18 2006年5月 中国制造业信息化第35卷第9期 汽车制动系统创新设计平台的关键技术研究 王语风,宋健,李亮,康荣学 (清华大学汽车安全与节能国家重点实验室,北京100084) 摘要:提出了知识管理技术在汽车制动系统开发中应用的解决方案,采用B/S结构,将.ISP与Ac. tiveX控件技术相结合,基于web的产品数据管理模式,并采用专家系统技术,构建汽车制动系统 创新设计的平台。融合了传统PDM协调管理功能和专家系统智能化的功能,使企业能够在Web 方式下进行协同的创新设计。这一平台是对传统的PDM功能的拓展,提供了制造业企业核心竞 争力的系统解决方案,具有良好的推广前景。 关键词:创新设计;知识管理;产品数据管理;ActiveX;制动系统;专家系统 中图分类号:U462 文献标识码:A 文章编号:1672—1616【2006)09—0018一O6 本文基于以上的构思,提出了系统的解决方 制造业企业已经广泛采用CAX(CAD/CAE/ CAPP/CAM)技术进行产品创新设计。但是目前 的CAX技术的应用,主要是由于各个阶段分别由 案,并在关键技术上提出了合理的解决方案,从而 实现了这一构想,建立了基于知识管理的产品创新 各类专业人员分别进行,前阶段的专业人员常常不 能及早考虑后阶段可能产生的问题,造成设计与制 造脱节,常因后期工装制造产生的问题,而不得不 设计平台,并在汽车制动系统生产企业进行实施。 1基于知识管理的平台的实现 1.1 基于知识管理的产品创新设计平台业 务模型 基于以上的规划设计思想,提出基于知识管理 反过来修改产品设计,使整个生产装备过程重复循 环,造成设计改动量大、产品开发周期长、成本高, 制约了CAX技术作用的发挥_1j。因此产品数据管 理(PDM)提出了基于工作流程的管理模式,以产 品数据管理为核心,构建项目的协同设计的平台。 CAX软件的分散的模式,造成了企业的 的产品创新设计平台的整体框架:采用基于Web 的产品数据管理理念,将JSP与ActiveX控件技术 相结合,在软件的用户界面UI层上,采用基于 Web 3层式的管理结构(B/S结构),构建一种实现 软件投资过大,尤其是三维CAD软件、CAE软件 的投入,对于希望提高企业核心竞争能力的企业而 言无疑是巨大的投资,这种投资同时也意味着一种 知识管理的平台,使之兼容传统的PDM的功能, 集成企业的CAX软件,并在此基础上实现了企业 创新设计的专家系统,具有重要的意义。基于项目 的设计目标,提出了以下的业务模型(如图1所 示)。为充分保证系统在安全性、跨平台性、易扩展 风险_2 J。为此,我们可以利用ActiveX控件,将这 些软件生成的各种类型的文档在web方式下可视 化。这样就大大降低了软件投入 ,更为重要的 是实现了统一平台下的知识互融。 此外,为了实现设计面向制造的设计理念,必 性、易维护性等方面的要求,建议将采用先进的基 于JAVA平台的3层(Browser/Application Server/ 须将存在于企业中的显性知识:产品数据、试验数 据、设计的案例、设计规范等进行系统的整合,这正 好是传统的产品数据管理系统(PDM)的功能;同 时为了充分发掘在企业工程师个体中的隐性知识, 必须采用智能知识管理方式,将这些知识进行外在 化,从而能够可视化,供所有的设计人员使用,面向 设计的专家系统恰好是这一问题的解决方案_4j。 收稿日期:2006—03—29 Database Server)应用体系结构,系统通过架构于 B/S 3层应用体系结构之上,并采用JSP、Servlet、 EJB、xML等编程技术和面向对象程序设计技术, 将复杂的业务处理逻辑、流程控制逻辑和数据存取 逻辑通过Enterprie Java]s ̄YIS组件来实现,并运 行在应用服务器之上,实现业务逻辑的快速部署和 灵活调整,并通过部署在应用服务器层的专用组件 基金项目:国家自然基金资助项目(50575120);浙江省重大科技攻关资助项目(2003C11016) 作者简介:王语风(1979一),男,内蒙古巴彦淖尔盟人,清华大学在读硕士研究生,主要研究方向为制动器设计专家系统。 维普资讯 http://www.cqvip.com
・企业管理与信息化・ 王语风宋健李亮等汽车制动系统创新设计平台的关… l9 一…服务器端结构………………………………………………-.一 图1 平台业务模型 实现对数据库的存取访问,以充分保证数据库系统 报告等;一种是隐性知识,主要存在于设计人员的 的安全可靠访问。 大脑之中,体现为一种业务素质,设计时的直觉、设 构建系统开发和运行环境的技术核心概括如 计经验等。从对创新设计的影响来看,可以分为两 F: 类:一类是支持核心业务的专业业务知识;一类是 a.采用多层架构的B/S结构。这样软件模块 支持创新设计的业务组织管理的知识。因此,本文 具有可配置性,可以根据企业的需求迅速地组织一 中提出的基于知识管理(KM)的产品创新设计平 个分布式结构的知识管理平台,软件升级相对简 台的业务功能包括两部分:一是对企业知识资源的 单,可以有效地降低成本和保证软件的有效性。 管理,包括显性知识的系统管理,隐性知识通过专 b.采用JAVA语言技术,基于J2EE技术的分 家系统的知识库和案例库进行深度发掘;二是对企 布式计算技术进行系统架构设计租系统开发;采用 业的设计部门进行管理流程再造,使得项目的管理 web Service技术;应用服务器采用JRUN或 过程扁平化、可视化、协同化。因此平台具有的主 TOMCAT;使得系统能够具有良好的跨平台性能。 要的业务功能如下。 c.采用Oracle数据库。考虑到数据量大,事务 产品数据管理。建立全厂统一的电子资料库, 处理复杂,需要大对象存储和全局检索,从性能和 实现企业级的产品数据共享,能够通过设置适当的 效率考虑,采用Oracle数据库;利用XML作为系 权限,通过图文档管理和产品结构树管理,按产品设 统接口的数据交换标准,进行信息资源整合。 计的阶段划分文件夹,实现图档的分类管理和检索 d.采用组件技术提供系统的快速开发和更新。 功能,能够方便快捷地利用图档属性、产品或零部组 框架的基础服务构件化,支持业务层的基本服务。 件节点属性查询各类产品数据。同时能够进行动态 采用MVC模式,业务逻辑封装在业务层,客户请 的增删改查功能,方便企业进行产品数据的扩充和 求都通过控制层的分发处理器来调用不同的服务 维护。同时,这一管理系统能够大大降低企业设计 来响应,安全检验或是其他的过滤功能可以动态调 过程中进行纸质文档查询中耗费的时间,同时减少 整,增强了系统的可扩展性和可维护性。 分散在各个技术人员个人电脑中的文档,提高检索、 1.2知识管理平台的功能设计 借用的效率,降低了产品数据流失的风险。这是传 企业的设计部门的知识资源主要是两类:一种 统的产品数据管理PDM软件系统的核心业务功能。 是显性知识,主要是以一种外在的形式存在,主要 产品数据的管理组织示意图如图2所示。 有产品设计的数模、图形文件、设计说明、试验分析 平台以项目和流程管理为引擎,以技术中心为 维普资讯 http://www.cqvip.com
20 2006年5月 中国制造业信息化第35卷第9期 产品设计进行组织管理。总师在平台上进行立项, 并将该项目开发任务下达到主任师,主任师在接到 总师的开发任务后将该“项目”细化分解,同时将每 一子任务下发给工程师;每一工程师平台能方便地 看到自动显示出来的主任师分派给自己的项目任 务。本系统中根据制动系统的创新设计的技术路 线,分别分析了机械式制动器的设计、分析以及 图2产品数据管理模型 ABS的开发设计的项目管理流程再造。图3所示 为企业进行创新设计和性能分析的业务流程。 平台系统 分析孥家系统 整个企业设计资源管理的源头,按照项目方式对新 设计专家系统 系统没计H总体设计布置I I I 立项(3阶段) ● ● ● 图纸设计阶段 :【:艺开发阶段 样件试制阶段 I 接受项目 t 『 接受项目 1 『 接受项目 总成设计 t ● 配置产品结构 任务分解 1『 配置工艺清单 ● 任务分解 ’任务分解 ● 没计任务 + 分析任务 『 .】:艺任务 1 『 样件任务 ● 接受任务 接受任务 I 接受任务 + 接受任务 ● 零部件设计 ’ t t ● 分析流程 提交任务 提交任务 任务提交 1『 任务提交 1 『 ● 查看设计结果 l….l 一 …。‘ .}l 主管:[程师审批l { 古 提交项目 t l主管工程师审批 古 提交项目 ● ● 查看分析 结果 提交项目 t 查看设计结果 总:【:审批 总工审批 l c>— 总:I=审批 『 ● 套看分析 结果 到圈文档查看产品 数据和工艺文件 ● 版本控制 图3项目管理流程图 平台通过工作流引擎,实现业务流程的可视化 监控,它可以创建、执行、监督和控制工作流程,使 得总师、主任师和工程师并行地协调工作。在设计 的过程中能实时查看协同工作人员的设计成果,并 维普资讯 http://www.cqvip.com
・企业管理与信息化・ 王语风宋健李亮等汽车制动系统创新设计平台的关… 21 方便地继承和利用系统中已管理的数据资源,实现 真正意义上的“资源共享”和“协同工作”,总师和主 任师可以在平台中实时监控项目进度,及时对相应 的部门做出工作调整。 通过流引擎的权限配置管理,对不同访问对象 做不同操作权限的,达到数据访问安全管理的 目的_5j。在本平台上主要提供3类不同的用户权 限:总师、主任师、工程师。其中,工程师的权限最 低,他直接进行产品的设计与分析;主任师除具有 工程师的所有权限外,还负责每个工程师的任务分 配与协调工作;总师的权限最高,除具有主任师和 工程师的所有权限外,还要负责制订产品开发计 划、召开技术会议、批准新品试制和实验任务等。 平台提供了操作接口,可完全按照企业的真实组织 结构建立相应的人员组织。系统管理员可以方便 地增加、删除、更改用户权限及项目组人员。 平台把产品作为系统中的管理对象,每个对象 中都存放了产品整个生命周期中的所有相关数据 (如设计任务书、方案可行性论证报告、说明书、设 计模型、工艺文件、I临时文件、更改单、产品图形信 息、各类实验数据及实验报告等),所有这些数据在 服务器上统一管理、存储、备份,确保产品数据的安 全。同时,能够对图档的版本和版本更改信息进行 管理与记录。实现产品图档更改电子流程管理,详 细记录每种型号零部件、总装的变化历史,图档或 产品节点发生更改后系统自动提示影响范围,以提 醒技术人员被借用到其他产品上的该零件如何处 理(是同步改动还是保留原样)_6j。 因此,对制造业企业来讲,上述功能实现了知 识的整合,体现了协同设计的思想,设计面向制造 的要求,这一平台充分地管理了公司的显性知识和 进行创新设计的流程管理的知识。但是对于隐性 知识的发掘和利用需要借助于专家系统来实现。 2专家系统的解决方案 在创新设计过程中,专家的知识在专家系统中 是原发性的知识,但是设计人员既是知识的获取者 和使用者,同时也是知识的拥有者和创造者。为 此,我们必须研究专家系统对知识的发掘过程,同 时又要研究设计过程中的知识的扩展和系统的自 学习。 2.1知识的发掘和应用 通过构建底层的PDM平台,能够实现企业现 有的显性知识资源的管理,同时可以直接通过平台 提供的查询、检索与浏览等实现知识的共享。借助 知识库和案例库系统的整合专家知识,同时借助案 例库自动获取设计工程人员的隐性知识。知识的 发掘和应用的流程如图4所示。 图4知识的深度发掘和循环使用流程图 对于一个以知识管理的创新设计系统而言,必 须考虑到知识的转化,将隐性知识转化为显性知 识,供设计人员使用。在这一设计实践过程中,又 将获得新的隐性知识,此时系统必须尽可能地能够 自动发掘这些隐性知识,将其进一步的外在化,这 样的螺旋循环过程,将逐渐提升企业的设计水平。 知识的发掘和应用,通过知识库的构建和案例 库的构建来实现。工程技术人员借助于知识库和 案例库进行创新设计,获得成功的设计结果并可以 直接动态的生成案例,自动扩充到专家系统的案例 库中,从而将蕴藏其中的隐性知识通过产生的产品 数据文件和设计流程外在化。 2.2 专家系统知识库的构建 采用面向对象的方式构建知识库。知识库系 统是由知识库、知识库管理机构、知识获取系统、人 机交互接口等基本部分组成,知识表示、知识利用 和知识获取是知识库系统实现的3大关键技术问 题。制动系统的知识库系统的逻辑框图如图5所 示,可以看出,知识库系统的主要功能模块包括知 识库的建立、知识的获取与更新,知识库的检索、查 询与维护,以及知识的一致性、完整性检查等。 通过专家系统的支撑,完成某一项目的产品创 新设计,在这一设计通过了试制、试验的验证并正 式投产之后,案例库管理系统能够根据项目的编 号,将所有相关设计的图纸、文档等直接传送到案 例库中,供以后的设计参照,从而实现知识的积累。 案例库系统通过参数匹配的方式,在线再现设计分 析过程,从而使得设计过程中的设计方式、设计过 程等隐陛知识外在化,提供给设计人员直接参照。 维普资讯 http://www.cqvip.com
2006年5月 中国制造业信息化第35卷第9期 计 行创新设计 图5设计知识库模块协作图 3软件集成的解决方案 CAX软件的分散的模式,造成了企业的 软件投资过大,尤其是三维CAD软件和CAE软件 的投入,对于希望提高企业核心竞争能力的企业而 言,无疑是巨大的投资,这种投资同时也意味着一 种风险。利用ActiveX控件,将这些软件生成的各 种类型的文档可视化,这样就大大降低了软件投 入,更为重要的是实现了统一平台下的知识互融。 获取CAD文件 ActiveX技术使应用程序之间不仅能共享数据,还 能够共享彼此的功能。共享功能是通过在应用程 序之间共享可编程的二进制对象来实现的。支持 ActiveX技术的应用程序可以实例化某个应用程 序公布出来的对象,调用对象的属性和方法,以此 应用系统 图6图形文件数据获取模式示意图 4结 论 提出了基于工作流程的管理模式,以产品数据 管理为核心,构建项目的协同设计平台。通过数据 来实现该对象所提供的功能。利用Autodesk提供 的ARX开发包,在VC下开发了一个可加载的 CAD控件,通过控件将图纸上的明细表信息导人 到一个Excel文件中。这个控件在CAD打开的同 管理平台和专家系统,实现了面向制造的设计理 念,将存在于企业中的显性知识、隐陛知识,分别采 时自动加载,在工具栏提供操作按钮,如果用户的 CAD是按照统一的规则做成的明细表,就可以直 接导人到Excel文件中,便于产品数据BOM的组 建,然后再将组建好的BOM导人到系统中。业务 流程如图6所示。 用PDM和专家系统,进行了智能化的管理,充分 实现知识的外在化、可视化,供所有的设计人员使 用。利用ActiveX控件,开发了CAX软件产生的 各种类型的文档在IE方式下的可视化。这样就大 大降低了软件投入,更为重要的是实现了统一平台 下的知识互融。通过这些关键技术的研究,解决方 案的实施,从而为企业基于web的协同设计提出 针对企业的需求,定制了能够进行CAD、UG、 Pretel软件在Web方式下的浏览的控件,实现了这 3类软件生成的图形文件在Web方式下的浏览、 了系统的解决方案,并实现了这一构想,建立了基 于知识管理的产品创新设计平台,目前这一系统正 在汽车制动系统生产企业进行实施。由于系统具 有模块化的结构,因此能够方便地向其他汽车零部 件制造业企业推广、实施,具有良好的应用前景。 缩放、旋转、移动、打印等功能。这些功能的实现不 需要对文件进行转化,因而操作的效率、用户友好 程度都高。系统运行的模式如图7所示。 维普资讯 http://www.cqvip.com
・企业管理与信息化・ 王语风宋健李亮等汽车制动系统创新设计平台的关… 23 图7三维图形文件集成功能示意图 参考文献: [1]范文慧,李涛,熊光楞.产品数据管理(PDM)的原理与实 施[M].北京:机械工业出版社,2004. [2] 童秉枢,李建明.产品数据管理(PDM)技术[M]北京:清华 大学出版社,2000. [4]吴丹,王先逵,魏志强,等.基于协同服务平台的分布式产 品数据管理[J].清华大学学报(自然科学版),2002,42(6): 79l一794. [5]史开林,朱建新.基于web的PDM系统信息安全探讨[J]. 计算机工程,2002(9):l16一l18. [3]王欣,魏生民.ActiveX技术在工程图档管理中的应用[J]. [6]孙国梓,郁鼎文,吴志军.面向企业的全局产品结构模型 [J].清华大学学报(自然科学版),2004,44(5):633—636. 中国机械工程,2001(9):l 056一l 059. The Key Technology Research on the Innovation Design Platform for Auto Brake System WANG Yu—feng,SONG Jian,LI Liang,TANG Rong—xue (Tsinghua University,Beijing,100084,China) Abstract:It uses the knowledge management into the development of auto brake system.Based on web PDM and expert system technology,it builds the innovation design platform for the auto brake system,which orfms with B/S structure.This design tool integrates the traditional PDM coorpation management with intel— lective expert system,supports the enterprie sto cooperate under web information condition.This develops the PDM function and advances the product innovation ability. Key words:Innovation Design;Knowledge Management;Product Data Management;ActiveX;Brake Sys— tem;Expert System (上接第17页) Dynamic Distributed Planning Schema Orientd to Wool—Textiele Industries LIU Ming—Zhong,XUE Heng—Xin,HUANG Hui—Jun,C卜Ⅱ N Peng (Nanjing University of Science and Technology,Jiangsu Nanjing,210094,China) Ahstr ̄t:Since the variation of oooperation strategy and integration,the production pln aof Virtual Enterprise(VE) has its complexity.The traditional multi—kvation plntas planning system resolves the problm eof distributed object of plannig,butn not the istdributd emode1.It analyzes the characteristics and renditions of the centralized plannig annd isdtributd pleannig inn te exthended enterprie envisonment.arnd takes the W 一Textile industris as ea example. Under the renditions of nmssive oooperation group and multi—process,it studies a dynamic distributd pleannig nschema with the distributd eobjectives nd plaanner.Based on oooperation thmry.it builds a three—layer“VE—Pln—a nig nAgent—Nots eenterprie”plsannig nchema,descrsibes the function framework and runnig nmechanima. Key words:Virtual Enterprie;Coopersation Network;Distributed Planning
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