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摘要：本文介绍了产品设计过程中的设计活动，并以此为基础阐述了一种可以支持飞行器等复杂产品设计全过程的协同设计平台。
关键词：设计活动；协同设计平台
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）052-021-02
飞行器、航天器等复杂产品研发周期长、参与单位及人员多、涉及专业广，因此其研发过程中经常出现不按流程处理、数据管理混乱、协调效率低下等问题，近些年出现的协同设计平台有助于解决这些问题，所以得到了越来越多企业的重视。
但是，传统的协同设计平台有三大不足：一是任务管理太繁琐，对计划管理人员有较高的要求；二是数据管理太简单，没有实现对常用复合数据类型的专业化管理；三是数据接口不大丰富，缺少对外提供数据服务的接口。
以上种种不足，直接导致了协同设计平台应用范围受到较大限制，现有协同设计平台多用于产品的方案设计阶段，后期更重要的工程研制阶段应用甚少，给平台的推广使用带来了较大障碍。
设计活动是对工程设计或管理人员日常工作的抽象，以此为基础的新型协同设计平台能克服上述缺点，实现对产品设计全过程的支持，有利于协同设计平台获得更广的市场认同感。1设计活动
设计活动是指产品开发过程中常用的设计工作组织单元，譬如写一份设计报告、画一份设计图，计算产品的特性、进行一次试验验证产品性能、安排一次会议等等。
常用的设计活动有如下类型：
报告：指设计人员根据项目要求撰写某一报告、绘制某一图纸的过程。
计算：指一般性的针对产品的计算任务，以自编程计算为主。
协同计算：指多个计算类型设计活动的组合，并按照预先制定的逻辑顺序依次进行。协同计算能一次性自动完成多个计算任务，可用于产品的优化设计。
外协件：指对外采购产品零部件或临时陛使用产品的过程。
CAD设计：指产品三维设计，一般与某类型的三维CAD文件相关联，还可以带有模型驱动的脚本。
CAE分析：指利用各种商业CAE软件对产品进行计算机辅助分析，譬如计算产品的气动特性、结构强度、运动学仿真等等。
会议：指根据产品研发过程需求，召开的相关会议，既可以是讨论会等小规模会议，也可以是评审会、总结会等涉及面较广的会议。会议类型设计活动一般会包含一个或更多报告类型设计活动。
试验：指策划、实施、总结某项试验的过程，试验是诸多设计活动的集合体，包括从策划时期的方案报告、到最终的试验总结等报告类型设计活动，以及具体试验过程等一般任务类型设计活动，甚至还可能包括计算类型设计活动或外协件类型设计活动等等。
一般任务：指不能为上述类型设计活动包括的其他设计活动。
设计活动具有如下特点：
1）设计活动的具体内容根据经验、管理规范等条件设定，具体内容在“实例化”工作任务时确定。
2）设计活动一般都会产生数据，如试验会产生试验数据、报告类型设计活动会产生文档类型数据等等，所以，设计活动是任务和数据的综合体。
3）设计活动可以嵌套，既可能是独立的任务，也可能是一些任务的集合。2协同设计平台
协同设计平台以设计活动“实例化”后的任务为主要管理对象，编制计划的过程实际上就是“实例化”设计活动的过程。
利用设计活动任务与数据的共存性实现产品数据与工作任务的同步管理，产品可以看作是数据的集合，任务则是对数据进行加工、处理的过程，实现了数据与任务的同步管理也就实现了对产品技术状态的有效管理。
利用设计活动的嵌套性实现后台对设计活动细节的自动处理，提升工作效率。
通过请求式数据交互机制实现设计平台内部或设计平台与外部程序之间的数据沟通。
通过本地数据接口扩展数据使用范围、简化数据操作。
2.1 基本架构
协同设计平台由三大部分组成，数据管理系统、项目管理系统及用户系统。数据管理系统和项目管理系统主要运行在服务器端，分别为平台提供数据管理服务和任务调度服务；用户系统运行在客户端，提供用户界面，供工程设计人员日常操作使用。
2.2 数据管理系统
数据管理系统负责存储、管理产品设计数据及过程数据，并提供数据接口服务，供其他各类程序访问数据。
2.2.1 基本数据管理
数据管理系统实现对离散数据、表数据以及扩展表数据三类基本数据类型的管理。
离散数据：指单个的某一数据类型的数据，数据类型可以是字符串、整数、实数、布尔、二维向量、三维向量、四维向量、文件、日期等等。离散数据用来描述产品的某项属性。
表数据：指m×n的二维数组，每列数据可以有一个字符串类型的列名属性。除了常规的数据读写操作外，表数据还提供数据插值操作，即选定两列数据分别作为变量和值，然后根据给定的变量计算出相对应的值。表数据可以用来描述各种随时问变化的数据。
扩展表数据：如果说表数据对应的是一维插值操作，那么扩展表数据对应的就是二维插值操作，扩展表数据除了包括m×n个数据外，每行、每列均对应有相应的变量数据。扩展表的主要操作是二维插值，根据给定的两个方向的变量，计算出对应的数值。
2.2.2 数据组织
数据管理系统负责有效的组织所管理的各项基本数据，以便查询、使用。
2.2.3 方案管理
复杂产品设计过程中往往会出现多方案并存的现象，数据管理系统提供方案管理功能，管理同一产品不同方案的数据。
2.2.4 数据版本管理
数据的版本管理功能记录数据的变化历程。
2.2.5 数据状态管理 数据有可编辑、可更新、关闭、删除四种状态。
可编辑：用户可以对该项数据进行各种操作，包括改变数据的值以及创建新版本数据。
可更新：用户只能创建新版本数据，不能改变当前版本数据值。
关闭：数据只读，不能创建新版本，也不能改变当前值。
删除：数据不可见，不能访问。
2.2.6 关联关系管理
管理数据之间的对应关系。
2.2.7 数据交互
数据最终需为用户或其他应用程序所使用，复杂产品数据量大且复杂，各种计算程序随产品特性变化较大，很难用特定的方法对相似产品或产品系列进行计算分析，这也导致计算程序对数据的需求很难固化下来，因此在计算程序和数据进行数据交互时，采用更富有弹性的“请求”模式：计算程序告诉数据管理系统计算时需要哪些数据，数据名称、类型是什么等等，再通过人工或自动的方式，在数据与计算程序的请求之间建立数据关联关系，计算程序根据指定的关联关系从数据管理系统的读出相应数据，即获得了所需要的数据。计算模块的数据输出也采用类似方式：先通知数据管理系统会产生哪些数据、各是什么类型等等，数据管理系统负责接受并按预定的组织方式处理输出的数据。
2.3 项目管理系统
项目管理系统用于存储任务、流程相关数据，统筹、管理用户提交的工作任务。
2.3.1 资源管理、协调
由于工作任务可由多人提交，待审批后就正式执行，因此，确保人、设备、工具等资源的合理利用显得尤为重要，项目管理系统负责协调各类资源，确保资源的有效利用。
资源包括部门、人员、设备、工具、场地等等。
2.3.2 任务调度、跟踪
设计活动“实例化”成为工作任务并审批通过后，将变成正式的任务，需按时保质保量完成。项目管理系统管理项目的所有任务，供设计人员更新任务状态、查询任务周期、资源等信息，供管理人员跟踪项目执行情况，供各级领导监督项目运行指标。
2.3.3 流程驱动
复杂产品设计过程中还涉及到诸多审批程序，譬如文件审批流程、计划审批流程以及用户提交的设计活动审批流程等等，项目管理系统负责管理这些流程，并驱动这些流程的执行。
2.3.4 项目统计
项目管理系统还负责统计、展示资源的使用情况、项目运行指标等数据。
2.4 用户系统
用户系统是项目各设计、管理人员直接面对的系统，它接受用户输入的各种项目数据及任务，项目管理和数据管理则接受来自所有用户的输入或申请，并进行统一的调度、管理。
2.4.1 用户界面
用户系统提供用户界面，工程设计人员在此完成所有平台所有操作，包括“实例化”设计活动、查看项目状态、项目数据编辑、结果查看等等。具体功能如下：
1）数据组织。
用户界面启动时，系统会从服务器端同步数据，下载到本地后，用户系统按照预定的方式显示产品及流程相关数据。
2）多模式数据展示。
用户系统以多种模式向用户显示各种数据，包括数据、曲线图表、3D场景、CAD视图等等。
3）数据格式转换。
用户系统提供数据格式转换功能，既便于将现有多种格式的数据导入到协同设计平台，又便于将平台中的数据导出成指定格式，供后续设计工作使用。
4）插件管理。
复杂产品的设计中一般都会涉及到非常专业、无法通用化的计算仿真，用户系统允许将自定义的程序插入系统，形成专业化的系统。
2.4.2 数据接口
数据接口是一组随用户系统发布的API，供工程技术人员自编的程序与平台进行数据交互。数据接口提供多种编程语言支持，保证工程设计人员使用最擅长的工具高效完成任务。
3 结束语
本文提出了一种新型面向复杂产品的协同设计平台设计思路，既符合现有工作习惯及流程、能实现设计全过程管理与产品技术状态管理，还具有强大的数据管理能力和便捷的任务管理能力。
关键词：设计活动；协同设计平台
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）052-021-02
飞行器、航天器等复杂产品研发周期长、参与单位及人员多、涉及专业广，因此其研发过程中经常出现不按流程处理、数据管理混乱、协调效率低下等问题，近些年出现的协同设计平台有助于解决这些问题，所以得到了越来越多企业的重视。
但是，传统的协同设计平台有三大不足：一是任务管理太繁琐，对计划管理人员有较高的要求；二是数据管理太简单，没有实现对常用复合数据类型的专业化管理；三是数据接口不大丰富，缺少对外提供数据服务的接口。
以上种种不足，直接导致了协同设计平台应用范围受到较大限制，现有协同设计平台多用于产品的方案设计阶段，后期更重要的工程研制阶段应用甚少，给平台的推广使用带来了较大障碍。
设计活动是对工程设计或管理人员日常工作的抽象，以此为基础的新型协同设计平台能克服上述缺点，实现对产品设计全过程的支持，有利于协同设计平台获得更广的市场认同感。1设计活动
设计活动是指产品开发过程中常用的设计工作组织单元，譬如写一份设计报告、画一份设计图，计算产品的特性、进行一次试验验证产品性能、安排一次会议等等。
常用的设计活动有如下类型：
报告：指设计人员根据项目要求撰写某一报告、绘制某一图纸的过程。
计算：指一般性的针对产品的计算任务，以自编程计算为主。
协同计算：指多个计算类型设计活动的组合，并按照预先制定的逻辑顺序依次进行。协同计算能一次性自动完成多个计算任务，可用于产品的优化设计。
外协件：指对外采购产品零部件或临时陛使用产品的过程。
CAD设计：指产品三维设计，一般与某类型的三维CAD文件相关联，还可以带有模型驱动的脚本。
CAE分析：指利用各种商业CAE软件对产品进行计算机辅助分析，譬如计算产品的气动特性、结构强度、运动学仿真等等。
会议：指根据产品研发过程需求，召开的相关会议，既可以是讨论会等小规模会议，也可以是评审会、总结会等涉及面较广的会议。会议类型设计活动一般会包含一个或更多报告类型设计活动。
试验：指策划、实施、总结某项试验的过程，试验是诸多设计活动的集合体，包括从策划时期的方案报告、到最终的试验总结等报告类型设计活动，以及具体试验过程等一般任务类型设计活动，甚至还可能包括计算类型设计活动或外协件类型设计活动等等。
一般任务：指不能为上述类型设计活动包括的其他设计活动。
设计活动具有如下特点：
1）设计活动的具体内容根据经验、管理规范等条件设定，具体内容在“实例化”工作任务时确定。
2）设计活动一般都会产生数据，如试验会产生试验数据、报告类型设计活动会产生文档类型数据等等，所以，设计活动是任务和数据的综合体。
3）设计活动可以嵌套，既可能是独立的任务，也可能是一些任务的集合。2协同设计平台
协同设计平台以设计活动“实例化”后的任务为主要管理对象，编制计划的过程实际上就是“实例化”设计活动的过程。
利用设计活动任务与数据的共存性实现产品数据与工作任务的同步管理，产品可以看作是数据的集合，任务则是对数据进行加工、处理的过程，实现了数据与任务的同步管理也就实现了对产品技术状态的有效管理。
利用设计活动的嵌套性实现后台对设计活动细节的自动处理，提升工作效率。
通过请求式数据交互机制实现设计平台内部或设计平台与外部程序之间的数据沟通。
通过本地数据接口扩展数据使用范围、简化数据操作。
2.1 基本架构
协同设计平台由三大部分组成，数据管理系统、项目管理系统及用户系统。数据管理系统和项目管理系统主要运行在服务器端，分别为平台提供数据管理服务和任务调度服务；用户系统运行在客户端，提供用户界面，供工程设计人员日常操作使用。
2.2 数据管理系统
数据管理系统负责存储、管理产品设计数据及过程数据，并提供数据接口服务，供其他各类程序访问数据。
2.2.1 基本数据管理
数据管理系统实现对离散数据、表数据以及扩展表数据三类基本数据类型的管理。
离散数据：指单个的某一数据类型的数据，数据类型可以是字符串、整数、实数、布尔、二维向量、三维向量、四维向量、文件、日期等等。离散数据用来描述产品的某项属性。
表数据：指m×n的二维数组，每列数据可以有一个字符串类型的列名属性。除了常规的数据读写操作外，表数据还提供数据插值操作，即选定两列数据分别作为变量和值，然后根据给定的变量计算出相对应的值。表数据可以用来描述各种随时问变化的数据。
扩展表数据：如果说表数据对应的是一维插值操作，那么扩展表数据对应的就是二维插值操作，扩展表数据除了包括m×n个数据外，每行、每列均对应有相应的变量数据。扩展表的主要操作是二维插值，根据给定的两个方向的变量，计算出对应的数值。
2.2.2 数据组织
数据管理系统负责有效的组织所管理的各项基本数据，以便查询、使用。
2.2.3 方案管理
复杂产品设计过程中往往会出现多方案并存的现象，数据管理系统提供方案管理功能，管理同一产品不同方案的数据。
2.2.4 数据版本管理
数据的版本管理功能记录数据的变化历程。
2.2.5 数据状态管理 数据有可编辑、可更新、关闭、删除四种状态。
可编辑：用户可以对该项数据进行各种操作，包括改变数据的值以及创建新版本数据。
可更新：用户只能创建新版本数据，不能改变当前版本数据值。
关闭：数据只读，不能创建新版本，也不能改变当前值。
删除：数据不可见，不能访问。
2.2.6 关联关系管理
管理数据之间的对应关系。
2.2.7 数据交互
数据最终需为用户或其他应用程序所使用，复杂产品数据量大且复杂，各种计算程序随产品特性变化较大，很难用特定的方法对相似产品或产品系列进行计算分析，这也导致计算程序对数据的需求很难固化下来，因此在计算程序和数据进行数据交互时，采用更富有弹性的“请求”模式：计算程序告诉数据管理系统计算时需要哪些数据，数据名称、类型是什么等等，再通过人工或自动的方式，在数据与计算程序的请求之间建立数据关联关系，计算程序根据指定的关联关系从数据管理系统的读出相应数据，即获得了所需要的数据。计算模块的数据输出也采用类似方式：先通知数据管理系统会产生哪些数据、各是什么类型等等，数据管理系统负责接受并按预定的组织方式处理输出的数据。
2.3 项目管理系统
项目管理系统用于存储任务、流程相关数据，统筹、管理用户提交的工作任务。
2.3.1 资源管理、协调
由于工作任务可由多人提交，待审批后就正式执行，因此，确保人、设备、工具等资源的合理利用显得尤为重要，项目管理系统负责协调各类资源，确保资源的有效利用。
资源包括部门、人员、设备、工具、场地等等。
2.3.2 任务调度、跟踪
设计活动“实例化”成为工作任务并审批通过后，将变成正式的任务，需按时保质保量完成。项目管理系统管理项目的所有任务，供设计人员更新任务状态、查询任务周期、资源等信息，供管理人员跟踪项目执行情况，供各级领导监督项目运行指标。
2.3.3 流程驱动
复杂产品设计过程中还涉及到诸多审批程序，譬如文件审批流程、计划审批流程以及用户提交的设计活动审批流程等等，项目管理系统负责管理这些流程，并驱动这些流程的执行。
2.3.4 项目统计
项目管理系统还负责统计、展示资源的使用情况、项目运行指标等数据。
2.4 用户系统
用户系统是项目各设计、管理人员直接面对的系统，它接受用户输入的各种项目数据及任务，项目管理和数据管理则接受来自所有用户的输入或申请，并进行统一的调度、管理。
2.4.1 用户界面
用户系统提供用户界面，工程设计人员在此完成所有平台所有操作，包括“实例化”设计活动、查看项目状态、项目数据编辑、结果查看等等。具体功能如下：
1）数据组织。
用户界面启动时，系统会从服务器端同步数据，下载到本地后，用户系统按照预定的方式显示产品及流程相关数据。
2）多模式数据展示。
用户系统以多种模式向用户显示各种数据，包括数据、曲线图表、3D场景、CAD视图等等。
3）数据格式转换。
用户系统提供数据格式转换功能，既便于将现有多种格式的数据导入到协同设计平台，又便于将平台中的数据导出成指定格式，供后续设计工作使用。
4）插件管理。
复杂产品的设计中一般都会涉及到非常专业、无法通用化的计算仿真，用户系统允许将自定义的程序插入系统，形成专业化的系统。
2.4.2 数据接口
数据接口是一组随用户系统发布的API，供工程技术人员自编的程序与平台进行数据交互。数据接口提供多种编程语言支持，保证工程设计人员使用最擅长的工具高效完成任务。
3 结束语
本文提出了一种新型面向复杂产品的协同设计平台设计思路，既符合现有工作习惯及流程、能实现设计全过程管理与产品技术状态管理，还具有强大的数据管理能力和便捷的任务管理能力。