电池装备多学科协同设计的数据管理模型研究

陈朝猛，杨伟力CHEN Chao-meng，　YANG Wei-li（贵州民族大学，贵阳 550025）

电池装备多学科协同设计的数据管理模型研究

陈朝猛，杨伟力
CHEN Chao-meng，YANG Wei-li
（贵州民族大学，贵阳 550025）

为了对太阳能光伏电池装备在多学科协同设计过程中产生的数据进行有效管理，针对电池装备协同设计过程的会产生大量的、多学科的、复杂的、异构的各种数据的特点，建立了基于顶层设计目标、产品三维空间、管理对象层的数据管理模型。解决了电池装备协同设计过程中实时数据交互困难，减少了设计冲突，提高了产品的设计效率。最后通过应用实例验证了所提出的数据管理模型的有效性。

电池装备；多学科协同设计；数据管理；数据模型

0　引言

多学科协同设计过程中，会产生大量的、多学科的、复杂的、异构的各种数据，为了能够使用一个通用的模型系统来解决多学科协同设计的数据管理问题，有学者提出了元模型和模型驱动下的系统构建技术，元模型在信息处理、程度语言及对象建模等领域得到了广泛的应用，文献［1］针对复杂多学科产品设计过程的特点，提出了采用元模型对多学科产品设计过程信息进行抽象表达，并建立了元模型和学科模型的映射关系，实现了它们之间的互相转化。除此之外，在系统和模型建立方面，文献［2］提出了可定制产品配置模型；文献［3］建立了单一产品语意与产品特征之间的多元线性回归模型；文献［4］提出了由产品主结构维、产品组维和视图维构成的产品族生命周期的三维模型；文献［5］和文献［6］分别将本体和Agent技术应用于数据模型及系统，提高了信息系统的适应性；文献［7］在公共组件模式的基础上，建立了组件之间的主从数据共享环境；文献［8］建立了一个项目管理系统来管理企业的协同设计数据集成活动；文献［9］采用耦合互动模式构建了文档动态管理对象模型。

上述研究在一定程度上解决了协同设计时数据交互困难、数据冗余等问题，但在信息模型的几何拓扑数据与设计过程所产生的非几何数据的动态跟随，设计信息的实时交互与异构数据的转换处理上仍不能很好并快速的解决。

为了解决前述问题，在以上研究的基础上，本文提出了基于顶层设计目标、产品数据三维空间定位、数据管理层层映射的思路进行建模。其中，顶层设计目标即为要设计的对象；产品数据三维空间定位即为根据产品设计过程、设计学科、所属部件来确定设计数据具体所在的位置；数据管理层即为根据产品设计数据的属性及它们之间的约束关系对设计数据进行管理操作。

1　模型建立

本文建立的数据管理模型框架如图1所示，通过分解与映射体系，采用对产品结构或组件进行扩展的方法，将产品的设计目的逐步向具体实现设计目的的产品结构映射，直到详细的零件的几何结构，进而建立起产品设计目的到具体结构设计之间的桥梁，依据结构功能的不同在设计时所涉及的学科部门不同对产品的设计进行多学科的划分，在此将电池装备多学科协同设计的数据管理模型架构分为四层：顶层设计目标、产品数据三维空间、数据管理对象层和数据存储层。

1）顶层设计目标：顶层设计目标指装备层，即为我们要对设计数据进行管理的对象，通过装备的各系统的功能与结构的不同，它可以分化为许多个小目标。

2）产品数据三维空间：产品数据的三维空间是从产品的设计流程、设计学科、以及所属部件来对产品设计数据进行准确定位的。由前述可知，产品的设计流程分为可行性论证阶段、方案研制阶段、初样研制阶段、试样研制阶段、定型研制阶段；产品设计学科根据其性能和用途的不同，所涉及的学科也各不相同；产品所属部件可以根据产品的结构树来确定。

3）数据管理对象层：数据管理对象层是对数据对象及其属性的管理。属性等定义在下一节中重点描述。

4）数据存储层：数据的物理存储形式有结构化和非结构化两种。结构化的数据存储在数据库或xml文件中。非结构化的数据是指设计图档、文档等，存储在文件系统中。从数据中提取出来的知识存储在知识库中。

表1　扩散炉部件设计数据属性集

2　实例验证

基于以上建模思想和建模方法，以本课题研究的扩散炉作为实例进行说明，其他电池装备协同设计过程数据管理模型的建立方法与此相同，在此不全部详述。

扩散炉主要由机架、净化柜、气源柜、控制系统、传送系统五大部分构成。对这五大部件细分涉及到的主要组件有炉膛、热电偶、电磁阀、水平丝杆螺母机构、竖直丝杆螺母机构、炉门、温控仪、质量流控制器、桨叶、发热电阻丝、单向阀等器件。

表1对扩散炉协同设计时产生的产品数据信息的属性进行了分析。数据管理对象包含各种2D、3D设计图纸，以及各种设计文档，这些数据按照它们的属性信息对其分类可以分为常规属性、物理空间属性、其他属性。

根据前文建立的数据管理模型，结合扩散炉协同设计过程中的设计对象、设计学科、设计数据文档，以及管理对象建立如图2所示的实例化模型。

1）建模根据产品从设计阶段、设计学科、结构树、管理对象这四个过程进行层层映射，以此将扩散炉的协同设计过程数据管理层层联系起来。

2）根据产品结构的不同对装备进行分解，扩散炉主要包含机架、净化柜、控制系统、气源柜、传送系统这五大部分，每一部件各自有自己的结构树，以此一直映射到其具体的零部件。

3）每一个部件的设计都可能涉及到多学科的协同设计，在整个涉及过程中会产生大量的，存储形态各异的数据，按照其文档类型可以划分为五大类文档。

4）协同设计过程产生的五大类设计数据文档有各不相同的属性信息，这些属性信息按照其性质的不同可以划分为：常规属性、物理空间属性、其他属性。

图2　扩散炉协同设计数据管理模型实例

3　结束语

本文针对电池装备协同设计的数据特点，建立了基于顶层设计目标、产品三维空间、管理对象层的数据管理框架，通过建立的框架模型可以有效的将多学科间的设计数据有效组织起来，实现设计数据快速、有效的查询和管理，同时可以使各个学科间实时了解彼此的设计信息，减少设计冲突，提高了产品的设计效率。

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Data management model for the multidisciplinary collaborative design of the cell equipment

TP391.72

A

1009-0134（2016）06-0131-05

2016-04-25

贵州民族大学科研项目（15XJS010）；贵州省科技合作计划项目（黔科合［2015］7217，黔科合［2015］7208）

陈朝猛（1988 -），男，贵州人，助教，硕士研究生，研究方向为制造业信息化。