雷达结构工艺协同设计平台研究

周红桥，张红旗

（中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

0 引言

雷达结构和工艺设计是雷达研制过程中的重要环节，是实现雷达战术技术指标的基础［1］。雷达是一个复杂的电子机械产品，具有多品种、变批量和跨平台的研发特点，因而其结构和工艺设计关系密切、相辅相成。随着雷达技术的不断发展，结构和工艺设计不断融合，呈现一体化的发展趋势。然而，目前雷达结构工艺设计过程中存在着以下问题：结构和工艺设计人员缺乏统一的协同集成工作环境和协同机制，导致结构和工艺设计人员沟通不畅、各设计活动缺乏良好协调，影响设计效率和质量；计划管理还主要依靠手工方式，手段较为落后，与结构工艺研发过程的动态性矛盾日益突出，导致管理效率低下、研发进度和质量难以管控；结构和工艺设计专业软件各自为政，没有得到有效集成，造成设计过程和设计数据难以追溯和管理。

为了解决上述问题，迫切需要将单一和孤立的雷达结构工艺设计环境转变为雷达结构工艺集成化的协同环境。基于此，在参考文献［2］研究雷达结构协同设计平台的基础上，加入工艺设计活动协同与工艺数据管理功能，构建了面向雷达结构工艺设计一体化的协同平台，为结构和工艺设计人员提供了统一的协同工作环境和协同机制，实现了计划管理的信息化手段以及结构工艺软件的集成，保证了雷达结构工艺研发过程的规范和高效。

1 面向雷达结构工艺设计一体化的协同平台体系架构

雷达结构工艺协同设计平台面向结构设计、仿真分析和工艺设计人员，涵盖雷达结构工艺方案设计和详细设计阶段。雷达结构工艺协同设计平台的体系架构如图1所示，从上到下由用户层、协同层、工具层和数据层组成。

图1 雷达结构工艺协同设计平台体系架构

1.1 用户层

雷达结构工艺协同设计平台基于B／S架构，在用户层采用Javascript、HTML、轻量化模型浏览插件和JSP等多种 Web技术，为结构、工艺和仿真等多专业，结构设计师、工艺设计师和仿真设计师等多用户，以及总师、分系统负责人和设计师等多角色构建统一的协同集成工作环境。

1.2 协同层

协同层主要包括项目管理和产品数据管理功能。项目管理以任务书及其审签流程为核心，驱动结构、工艺和仿真等设计任务在多用户和多角色之间的流转，实现多用户、多角色的协同工作和设计过程的协同；产品数据管理通过数据建模、数据可视化和数据转换等，实现三维模型、工程图、工艺文件和仿真报告等各种设计数据的集成和共享。

1.3 工具层

工具层通过应用封装、接口封装和数据库读写等集成技术，将结构设计、工艺设计和仿真分析等专业软件与协同平台进行集成，使得各种设计数据能够在平台中进行统一管理，为设计数据的协同奠定基础。

1.4 数据层

数据层包括设计数据和平台数据。设计数据主要以非结构化文件形式存在，如三维模型、工程图等；平台数据以结构化数据库存在，如人员数据库、组织数据库等。

2 协同平台关键技术研究

2.1 基于任务书驱动的过程协同

根据协同关注对象的不同，协同设计包括过程协同和数据协同2个层次［3］。对于雷达结构工艺协同设计来说，过程协同的目标是使结构工艺设计活动有序进行，强调结构工艺设计过程中任务的调度和安排。

在分析雷达结构工艺设计实际业务的基础上，提出了一种基于任务书驱动的过程协同方法。该方法以任务书及任务书审签生成的设计任务为桥梁，将产品域映射为项目域，将产品结构形式映射为有序活动形式，其基本原理如图2所示。

图2 基于任务书驱动的过程协同

产品域按照雷达整机、分系统和整件进行组织，形成树状的产品结构形式。每个整件与相应的设计任务书相关联，通过设计任务书对应的审签流程生成设计任务，实现设计任务在文书、结构主师、工艺主师、分系统负责人、结构设计师、工艺设计师、仿真设计师和部门领导等多用户和多角色之间的流转（图2显示了其中的一种审签流程，无仿真设计师和部门领导参与）。

任务书审签流程生成的设计任务构成项目域中的项目 WBS分解，能够按照项目管理方式进行任务进度的跟踪与控制。设计任务对应的交付物与产品数据关联，为数据协同奠定了基础。

2.2 面向对象基于元模型的产品数据建模方法

数据协同的主要目标是对雷达结构工艺设计中协同的载体——设计数据进行建模，使得不同专业和不同角色的人员能够基于同一产品数据模型进行协同工作。

雷达结构工艺设计过程中产生的产品数据种类繁多、格式复杂，且动态多变。为此，提出了一种面向对象基于元模型的产品数据建模方法。该方法以“类”概念来封装异构类型的设计数据，以元模型表达设计数据之间的逻辑关系，能够支持构建与业务相匹配的动态数据模型。

图3以MOF规范［4］给出了产品数据元模型。产品数据元模型由4部分构成：结构信息元类，表达了产品结构组成信息；数据信息元类，表达了三维模型、工程图等产品数据信息；过程信息元类，描述了与整件关联的任务书及其审批流程信息；环境信息元类，描述了与产品有关的资源信息，如人员、设备和软硬件等资源。结构信息元类与数据信息元类、过程信息元类和环境信息元类存在引用关系，数据信息元类之间存在关联关系，通过引用和关联，形成了网状结构的产品数据模型，方便产品信息查询。

图3 产品数据元模型

产品数据元模型的实例即为产品数据模型，通过在产品数据元模型中采用派生、继承、聚合和关联等面向对象技术，可以很好地适应业务变化导致的数据模型动态变化问题，例如添加新的数据对象和属性，描述数据对象之间的复杂关系等。

2.3 网状多维数据集成技术

数据模型描述了异构数据在协同平台中的组织形式，然而这些数据来源于不同专业软件，分散在不同用户的计算机中。数据协同强调在多用户之间数据的共享和交换，这就要求需要抽取异构数据，并根据不同用户需求，以不同视图呈现，这就是数据集成问题。

系统采用了一种网状多维数据集成技术，其中网状是指异构数据形成的网状数据模型，多维是指为用户展现多种形式的视图，基本原理如图4所示。

图4 网状多维数据集成

协同平台通过应用集成接口抽取MCAD，CAPP，CAE，Office等软件产生的非结构化设计数据，在平台中按照产品数据元模型的规定生成网状数据模型实例。由其中的一个数据对象可以迅速地查找到所需的数据对象，如可以查找与任务书关联的审签流程，也可以查找到相应的数据文档等。

在用户层，平台从数据模型中查找所需数据对象，重构成规定格式的数据视图，如抽取某项目所有的任务对象以及任务对象关联的承接人、开始时间和完成时间等，形成计划管理人员所需的任务视图。

通过数据抽取、数据建模、数据重构以及多视图呈现等服务组件，实现了雷达结构工艺设计各专业软件的集成和设计数据的协同。

3 应用

为了验证上述关键技术，项目组基于PTC Windchill 9.1开发了雷达工程协同设计平台。平台以ProjectLink模块实现了项目管理功能，以PDMLink模块实现了产品数据管理功能。平台面向中国电子科技集团公司第三十八研究所（下文简称三十八所）工程技术部，涉及结构工艺总体、结构工艺设计、力学仿真分析、热设计和焊接等专业，涵盖文书、主师、分系统负责人、部门领导、专业组长和设计师等角色。

在过程协同方面，通过客制化开发和配置，构建了6类任务书及其审批流程：外部任务书、内部任务书、CAE任务书、试验任务书、技改任务书和零星任务书。这些任务书在审批完成后会自动生成设计任务以及与之相关联的交付物，并自动提交到设计师的工作列表中。设计师通过编辑交付物能够更新任务进度，以便主师、分系统负责人、计划员或部门领导及时掌握项目进展情况。

协同平台集成了Pro／E，ANSYS等设计软件，设计师可以在专业软件环境下直接检入设计数据。通过分析部门业务现状，归纳总结了主要数据模型，包括CAD文件、Part、CAPP文件、CAE文件和科技文件等设计数据。此外，构建了国标件、企标件和外购件库，为结构设计师提供了统一的设计数据源。

结合协同平台，制定了雷达结构工艺协同设计规范，并连同三维建模等企业标准在部门进行了推广和应用，提高了设计效率和质量。

4 结束语

雷达结构工艺协同设计平台有效打通了雷达结构工艺设计的过程链和数据链，以项目管理和基于任务书驱动机制实现了设计过程的协同，提高了结构工艺设计任务协作的效率和计划管理能力；以面向对象基于元模型的产品数据建模技术，实现了雷达结构工艺设计数据的动态性和可追溯性的支持；通过网状多维数据集成技术将结构工艺专业软件集成，实现了雷达结构工艺设计数据的统一管理。

目前，该平台已在三十八所得到实际应用，取得了较好效果。下一步将对设计数据的审签和更改协同进行流程设计和集成开发，进一步深化雷达结构工艺设计的一体化。

［1］张润逵，戚仁欣，张树雄，等.雷达结构与工艺［M］.北京：电子工业出版社，2007.

［2］张红旗，程翔宇，陈帝江.基于数字样机的雷达结构协同设计平台［J］.机械与电子，2008，（11）：73-75.

［3］熊体凡.主动式协同产品开发平台关键技术研究［D］.武汉：华中科技大学，2007.

［4］Object Management Group.OMG’s Meta Object Facility［EB／OL］.http：／／www.omg.org／mof／，2012-12-05.