1 引言
隨著個性化時代的到來，增加產品的多樣性及其個性化成為在這個競爭激烈的市場中取得勝利的重要手段。產品的多樣化和個性化要求企業能夠將客戶需求、產品結構管理與配置、智能設計、生產協作管理等過程有機地結合在一起，因此傳統的設計方法和規模生產都已經不能適應市場需求的個性化變遷。各行各業中產品個性化的大量增加使得非標設備在各種機械和自動化產品中得到大量運用。在機電設備市場中，非標設備占有的市場份額不斷攀升。相對于通用設備，非標設備一般都是單件小批量生產，其在保證多樣性的前提下也導致生產成本較高，同時由于客戶需求的多樣化，非標設備的設計變更也非常頻繁。因此，如何采用新的設計方法來進行非標設備的產品創新設計并快速地以低成本將其推向市場是目前急待解決的問題。
本文在分析現有的有關理論和實踐資料的基礎上，首先對模塊化設計技術和可適應設計技術做了理論上的探討，然后結合非標設備測漏機的模塊化設計過程，把模塊化設計技術和可適應設計技術相結合，從而提出一種非標設備模塊化可適應設計系統的實現方法。
2 模塊化設計技術
以數字化、集成化、并行化、網絡化為基礎，以縮短產品設計開發周期為目標的模塊化設計技術是快速設計出滿足用戶個性化需求的機械產品的有效手段。
模塊化設計首先在對一定范圍內的產品或系統進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能獨立、結構獨立的基本單元模塊，并使模塊系列化、通用化、標準化，通過模塊的選擇和組合組成不同的產品或系統，以滿足不同的需求。模塊按其結構和功能可以分為基本模塊、必選模塊和可選模塊，各個模塊按一定的選擇規則層層構成上層模塊，最終形成產品。模塊化后的機械產品具有下列特點：互換性強，便于維修；質量高、成本低，能解決多品種、小批量和大批量加工之間的矛盾；有利于企業采用先進技術改造舊產品，開發新產品；有利于縮短產品的設計、制造和供貨期限。模塊化產品族的主結構示意圖如圖1所示。
圖1 模塊化產品族的主結構示意圖
模塊化設計與傳統的產品設計在兩個方面表現出明顯的差異：第一，在遵循標準的前提下，模塊創新是分散進行的，具有相當的獨立性；第二，協調機制不再依靠一體化的組織，而是網絡化的知識集成。模塊化設計技術的關鍵在于模塊結構的標準化以及科學地、有節制地劃分模塊。
3 可適應設計技術
可適應設計是一種新的設計模式，它兼顧經濟效益和環境效益。可適應設計的理念要求在設計某一產品，系統時，不是僅僅考慮此單一產品/系統的實現，也應該考慮到可能的產品系統的衍生、擴展、提升等適應能力的可能性，并從結構上考慮其實現性。可適應設計與傳統設計方法相比具有許多優勢，可適應產品可重用于新產品開發中，從而縮短開發時間和降低開發成本。當通過維護和維修后產品功能仍無法滿足需求時，可適應產品通過更換或重構某些零部件或模塊來獲取新的功能，而不是丟棄或回收產品。這樣可以最大程度上減少產品對環境的影響，真正實現綠色設計。由此可見，模塊化設計技術是可適應設計的核心，但模塊化設計技術又不能代表可適應設計技術。因為模塊化產品并不一定具有適應性，也不能應對新功能需求的變化。
可適應設計能夠適應社會經濟、環境、資源的動態變遷；能夠適應技術進步；能夠適應用戶個性化需求；能夠適應全生命周期內產品與社會的協調。可適應產品在整個生命周期內對環境的影響見圖2。
圖2 可適應設計產品對環境的影響
可適應設計的構成要素見圖3。產品的設計需求通過劃分為獨立的功能、物理結構來進行建模，產品的設計方案通過可適應平臺架構中的產品族結構來進行建模，實現所需的設計功能與所需的可適應產品的模塊通過可適應接口來進行連接，可適應設計知識的建模通過知識的獲取、表達及應用來完成。
圖3 可適應設計的構成要素
對非標設備的可適應設計關鍵技術包括：面向大批量定制的非標設備需求建模方法，模糊需求的定量表達方法，需求相似性度量方法；非標設備功能建模理論，多功能和替換功能的建模方法，產品功能的層次化建模理論；可適應設計中可以靈活地添加、刪除或修改功能單元，需要研究功能的獨立性與功能組合方法；產品可適應設計模型，設計方案滿足功能需求的方法，建立設計方案與功能模型的映射機制；可適應定性和定量評價體系，設計制造知識管理與重用方法，設計方案評價與優化理論等。
4 可適應設計應用實例一測漏機可適應模塊化設計系統
近年來，我國工業制造行業得到快速發展，其相關產品質量與安全性能檢測也變得日益重要，其中氣密性檢測是保證其質量與安全的一項重要手段。氣密性檢測儀（測漏機）廣泛應用于汽車、摩托車、飛機、制冷設備、家用電器、燃氣設備用具、住宅設備等各種機電設備的零部件生產檢驗中，由于檢驗對象的多樣化與非標化，這就對測漏設備的設計與生產提出了更多的要求，同時也要求對各種非標測漏設備采用可適應的設計方法與思路。
4.1 測漏機可適應模塊化設計系統的規劃
可適應模塊化設計系統(Adaptable Modularize Design System，AMDS)的構基于于PDM(Product Data Management，產品數據管理)技術層次結構的理論。PDM是一門用來管理所有與產品相關信息（包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結構、權限信息等）和所有與產品相關過程（包括過程定義和管理）的技術。PDM的功能主要體現在：電子倉庫與文檔管理功能；產品流程及設計過程管理；產品結構與配置管理；產品生命周期管理；分類及檢索功能；集成開發接口。測漏機可適應模塊化設計系統總體框架見圖4。
圖4 測漏機可適應模塊化設計系統總體框架
最底層的數據層包括PDM數據庫、PDM電子倉庫、產品配置數據庫。在工業應用領域，凡是最終可以轉換成計算機描述和存儲的數據，都可以納入PDM的數據管理范圍，例如：產品結構和配置、零件定義及設計數據、CAD繪圖文件、工程分析及驗證數據、制造計劃及規范、NC編程文件、圖像文件（照片、造型圖、掃描圖等）、產品說明書、軟件產品（程序、庫、函數等“零部件”）、各種電子報表、成本核算、產品注釋等、項目規劃書、多媒體音像產品、硬拷貝文件、其它電子數據等。
構建于PDM數據層之上的PDM平臺層包括產品管理、模塊管理、零件管理、文檔管理、工作流程管理、用戶權限管理等功能，從而實現對產品全生命周期中相關的數據、文檔、流程等的統一集中管理，可在企業范圍內為產品設計和制造建立一個并行化的協作環境，大大提升產品開發和管理效率。PDM平臺層中的應用擴展和集成工具可以起到一個集成框架的作用，各種應用程序諸如CAD/CAM/CAE/CAPP、OA、ERP等將通過各種各樣的方式，如應用接口、開發（封裝）等，直接作為一個個對象而被集成進來，使得分布在企業各個地方、在各個應用中使用（運行）的所有產品數據得以高度集成、協調、共享，所有產品研發過程得以高度優化或重組，從而縮短設計所需時間，提高設計效率。CAX系統與PDM系統相集成，可以充分利用現有零部件資源，縮短產品設計時間；可以迅速向客戶提出正確的報價和展示產品原型；可以追溯整個產品生命周期內的產品情況等。
最上層的擴展應用層按照非標測漏設備的設計流程來進行組織。首先輸入客戶需求，同時對客戶需求進行歸類保存，然后利用系統的檢索功能在產品族中進行相似產品的查詢，從已有的設計中找到與新需求最接近的已有設計樣本，再根據新的功能或特性要求，進行模塊的替換或修改，得到新的設計，利用各種軟件進行基于虛擬設備的靜、動態分析，最終得到最佳設計方案，并進行方案的預裝配。最終設計方案定型后，再進行設計系統的維護，包括用戶需求的維護、模塊參數的維護、參數權重設置等。
4.2 測漏機可適應模塊化設計系統的構建與應用
測漏機可適應模塊化設計系統的構建工作流程如圖5所示。
圖5 測漏機可適應模塊化設計系統的構建工作流程
構建產品可適應模塊化設計系統的關鍵業務，是正確的產品基型劃分以及對基型的模塊化分解。
正確的基型劃分基于對產品架構的準確解析，產品基型劃分后，同時對產品基型進行模塊化分解，結構塊被劃分成不同的參數等級，因而其結構塊也是產品系列。組合產品的開發步驟首先是明確要求、劃分功能結構，然后確定分功能的作用原理、選擇方案和評價，最后計算導出產品尺寸，調整尺寸，形成產品的主結構和各種主文檔，將結構數據進一步進行標準化后，形成模塊化設計準則及有關標準規定。
其中產品編碼系統由企業自行設定，可由專業的SolidWorks編碼管理器插件進行定義和管理。面向物料的管理可以在編碼系統中任意定制符合企業特點的編碼規則，編碼系統的管理具有可維護性，可以在系統中對編碼進行修改、刪除、增加和唯一性校驗。
在模塊化開發平臺的基礎上，可以很方便地進行產品設計，通過產品配置設計、變型設計可以實現產品快速報價，也可以快速設計產品和制造過程。利用構建好的可適應模塊化平臺進行測漏機新產品設計選型生產流程如圖6所示。
圖6 測漏機新產品設計選型生產流程
在對非標新產品進行設計時，首先通過構建好的可適應模塊化設計平臺查找符合條件的基型產品，再從中選擇出與之最接近的產品設計，如果對最貼近的產品圖紙滿意，就可以在其基礎上按訂貨零件要求在已有設計上作出局部的調整與修改，進行總體方案設計。這個總體方案的設計過程就需要可適應設計平臺中模塊庫、產品庫、標準庫的參與，同時對新產品的專用卡具和需要作出修改的基型模型進行設計改進，在設計完畢后借助模塊化生產平臺的參與完成產品的總裝和驗收。如果對最貼近的產品圖紙不滿意，那就需要重復選型過程或者進一步充實測漏產品型譜系列。由圖示設計選型過程可見，采用可適應模塊化平臺的設計方法，可以大大減少設計時間和重復勞動，提高設計效率，從而保證新設計所消耗的成本最低。
5 結語
本文論述了把可適應設計技術和模塊化設計技術相結合應用于非標設備測漏機的設計系統的構建，以及利用構建好的設計平臺完成新產品的設計選型的基本流程。其作用在于利用已有設計實現新產品的快速開發與投產，從而提高企業在進行各種非標產品的設計和制造領域的核心競爭力，進一步提高中國制造在全球制造鏈的地位，把“中國制造”更好更快地升級為“中國智造”。
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本文標題：非標設備模塊化可適應設計系統的實現與應用
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