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制造類企業如何快速的響應市場需求，如何在最大程度上滿足客戶個性化的需求的同時，盡可能的提高開發新產品的速度，以及減少成本，是擺在企業面前的一道難題。有調查研究表明，制造類企業的產品生產周期是由產品設計制約的，只有30%左右的產品設計是通過創新設計實現的，換言之，大部分的產品設計都可以通過修改產品的原有模型進行設計。基于設計重用基礎上，產品變型設計即可達到提高設計效率、節約產品設計成本，縮短研發周期，進而達到縮短上市周期的目的[1]。

大批量定制（MassCustomization,MC）是一種將相似性原理、重用性原理和全局性原理與應用實踐相結合的生產方式[2]。大批量定制的基本原理、大批量定制的產品開發設計技術、大批量定制的管理技術以及大批量定制的制造技術組成了大批量定制生產方式的技術體系，其中，大批量定制的產品設計技術為其生產模式的核心以及關鍵。

針對如何提高企業的設計效率、降低設計成本、縮短市場反應周期的基礎上，以Solidworks2010為具體研究對象，研究了基于事物特性表進行變型設計的原理和過程，并對基于事物特性表的敏捷設計系統的關鍵技術進行了較為深入的探討，提出了基于事物特性表的敏捷設計系統的流程。

1系統概述[3]

面向大批量定制的開發設計技術的主要內容有：根據合同和方案信息，將設計過程中確定的產品零部件的相關信息（如供貨商和價格等文檔）綜合起來進行快速準確的報價；利用產品開發過程中確定的產品模型和過程模型快速地設計和制造符合顧客需求的個性化產品。

制造類企業的的設計任務大致分為兩種：方案設計和合同設計。方案設計的主要目的在于快速報標，快速報價，只需1~2張工程總圖，無需詳圖；合同設計則需要詳細的工程圖，并且滿足一定的交貨周期。其設計流程如圖1所示。

傳統的串行產品開發模式上存在較多的弊端，如重復借用的可靠性不能保證、人力資源的重復、企業設計知識無法積累和繼承，設計周期大幅的延長，交貨期的不確定性等。大批量定制產品的開發設計技術即為解決這些弊端的強有力的手段，在大批量定制產品的開發技術的哲理上，結合基于事物特性表的產品變型技術，建立起產品3D模型和事物特性表之間的關系，搭建產品變型系統，從而快速準確的驅動產品模型。

2基于事物特性表的產品變型設計原理

2.1事物特性表原理[4]

事物特性(Tabularlayoutsofarticlecharacteristics,SML)是指表征部件、零件的功能、幾何、制造等事物特性，并以固定格式表的形式反映出來的信息集合。它源于德國，并與1981年制定了相關的國家標準，直至1995年我國才制定了相關的《事物特性表定義和原理》GB/T1009.1-95，如表1所示。

由此可見，事物特性表和其他的表格一樣，也由行與列組成。表中的第3行分別給出了產品零部件的屬性，第4行描述了事物特性的名稱。一行描述了一個具體的形狀特征或零部件；表的列組成事物特性表（表頭）的對象，包含著屬性的單位以及相關的取值。

對于同一個產品的不同層次上，事物特性表也描述了隸屬于不同層次上的內容，例如在零件層次上，它描述了零件相關的幾何特性和物理特性；產品裝配層次上，存放著產品上游、下游零部件的關系。換言之，事物特性表中存放著產品以及相關模型的屬性、特性、約束關系都用事物特性表表達出來，根據制定的約束關系，將需要的零部件選擇出來。由此可見，事物特性表可以將產品進行變型設計。

除此之外，需要采用從一般到抽象的方法，將大部分的近似對象集合起來，但前提是滿足預先設定的規定，對于變型程度比較大的產品，可以采用模板的方法，結合事物特性表和數學關系進行產品變型設計。用螺栓說明，特性包括螺紋規格，螺紋大徑，公稱長度等。所以產品可以按部件、零件及它們具有的特性建立表，修改這些特性進行修改，從而達到產品的變型設計。

2.2基于事物特性表（SML）的變型設計原理[5,6]

變型設計即在現有零部件和產品的基礎上，通過改變產品的幾何參數以及尺寸關系，進而形成于現有零部件模板和產品相類似的零部件和產品的變型設計方法。而事物特性表中存儲的事物屬性、特性描述了零部件的某些特征。

在產品變型過程中設計變量和用戶變量組成了變型過程中的重要因素，設計變量，顧名思義，源自設計過程，工程師可根據經驗公式獲得；用戶變量為次要變量，是自定義變量，為滿足變型設計過程中美觀和協調，通過定義數學關系，將其與尺寸變量控制起來。

參數化系統Solidworks提供了相應的開發程序接口（API函數），可直接實現對其特征及其參數的的驅動，Solidworks也提供了相類似的零件設計表功能，用戶可在此基礎上建立事物特性表，通過程序開發語言VisualBasic6.0將訪問相關函數接口，從而實現產品變型設計。

圖2為國內某廠家生產的硬齒面減速器外形事物特性表，對于某一系列不同型號的減速器3D建模完全可以采用基于事物特性表變型設計的原理與方法，如圖2所示，其中，PartId（零件代碼）是唯一標識產品的標識碼；D4@草圖1是基本事物特性，導出特性通過建立方程式的方式建立，當確定好模板的屬性和事物特性表之間的關系之后，在Solidworks的配置中，就可以點擊相關的標識碼自動生成新的配置模型，產品變型的目的達到。

3基于事物特性表的敏捷設計系統的關鍵技術和方法

3.1產品全息信息模型的構建技術

進行產品全息模型的構建之前，必須要先對產品信息模型進行詳盡的分析，主要是針對企業的現有產品進行詳細的分析，形成規范化和標準化的文檔，與其相關的產品分析有：產品編碼技術；產品原理分析；產品結構分析；產品參數分析；生產分析等。

產品編碼可以有效的地位相關的變型產品，當變型設計系統需要相關的零部件時，可以準確而迅速地查找已有的變型實例，提高設計產品的重用性；產品的原理分析主要包括，產品的工作原理、工作條件、工作性質等，通過產品原理分析，可以明確零部件之間的關系以及相關屬性；產品的結構分析則是通過分析產品結構的形似性，將不同零部件進行模塊功能劃分；參數分析則是指產品的的幾何屬性進行分析，如產品的設計尺寸、用戶尺寸，關聯尺寸等，以達到產品變型的尺寸準確性和美觀性，通過以上分析，著手編制產品的事物特性表的部分屬性；生產分析主要用于構建產品在生產過程中的裝配、工藝模型和數控模型。

通過以上詳盡分析，緊接著就需要明確產品信息模型以及上下游子模型之間的關系，進行要以事物特性表為核心，以3D模型為基礎，結合參數，并通過將零部件的參數通過映射和事物特性表的特性相聯系，即全息建模[7]。

3.2網絡結構設計技術

目前，分布式網絡體系結構主要有文件/服務器(File/Server,F/S)、客戶/服務器(Client/Server,C/S)、瀏覽器/服務器(Browser/Server,B/S)三種模式。F/S模式對數據一致性的控制能力較差，不符合要求；對于數據的安全性和一致性方面控制較為成熟，是C/S架構的一大優點，很大程度上滿足了基于事物特性表的敏捷設計系統的要求，其邏輯拓撲結構圖,如圖3所示。

建立各個事物特性表的ODBC數據源，使用Connection對象連接SQLSever數據庫，并用RecordSet對象實現對數據庫中的記錄操作序中引用了ADO之后，就可以使用Connection對象連接SQL數據庫，進而就可以操作數據庫中的記錄。

3.3基于事物特性表的產品變型設計系統

基于事物特性表的產品變型設計系統背后有一個龐大的事物特性表和數據庫作支持，只需要工程師根據合同方案信息進行必要的參數輸入，就可以驅動得到相關的產品模型，進而得到準確的產品施工圖紙。基于筆者在起重機公司的項目開發，開發出卷筒快速設計、起升機構快速設計、運行機構快速設計以及橋架快速設計系統，如圖4所示。

在具體的產品變型過程中，系統首先會根據合同方案信息在已有的產品族中進行查找，若不能借用，則需要進行新產品變型設計，步驟如下：首先存貯在事物特性表中的合同方案信息會在系統界面顯示，并根據一定的規則公式自動計算相關參數，另外一部分參數需要工程師對其進行人為修改；將以上得到的參數導入到Solidworks中進行模型產品的驅動，生成相關實例和圖紙；最后系統將客戶參數、設計參數存入相關的事物特性表中[8]。如圖5為基于事物特性表的變型設計系統流程圖。

3.3.1SolidWorks二次開發技術和ODBC技術基于產品事物特性表的產品變型設計系統的開發結果是獨立運作的軟件，它主要實現了在SolidWorks環境中利用ODBC技術訪問數據庫的功能，對該功能進行封裝和，提供給其他的SolidWorksAPI進行二次開發，Solidworks中存在相當數量的類，通過二次開發技術可以很方便的查找到相應的對象。例如，當要訪問DisplayDimension對象是，首先要得到Solidworks對象，利用Solidworks中的方法可以訪問一個DrawingDoc對象，進而可以訪問View對象，最終控制DisplayDimension對象。

3.3.2知識工程與事物特性表的整合技術

知識工程knowledgebasedengineering（KBE）在計算機上建立專家系統的技術。知識工程這個術語最早由美國人工智能專家E.A.費根鮑姆提出[9]。由于創建的基于事物特性表的專家系統存貯著專家的設計知識以及企業的知識庫，就像是在數據處理中數據是處理對象一樣，又稱知識處理學。知識的獲取、知識的表述以及知識的運用和處理等是其主要的研究內容，敏捷設計系統能夠滿足以上三大方面，具有以下特點：

①為了解決敏捷設計系統中的產品設計問題、除了需要一些公共領域的知識，更需要大量的能夠解決問題領域密切相關的知識，如設計知識。

②產品變型設計過程中，很多參數不是數學算法和公式得到，可以采用啟發式的試探性解決產品變型設計過程中的難題。

③除了采用演繹的方法外，基于新概念新知識的目的，不得不采用歸納和抽象的方法。

總之，在敏捷設計系統的構建過程中，事物特性表和知識工程的整合技術需要不斷的總結創新，鞏固、修正和創新企業的知識工程，只有這樣，問題才能解決。

5系統實現及應用實例

筆者結合項目實際開發經驗，在VB的環境下，采用面向對象技術，集成了參數化系統CAD系統（SolidWorks）和數據庫系統（SQLSever）,開發了一套產品變型系統的原型，并用電動機模型的變型設計對其進行了驗證。

實例中，電動機采用分類碼+識別碼的編碼方式，首先利用Solidworks建立一個基于事物特性表的電動機的主模型，同時得到相對應的變量表，其中，變量表的制定規則應該按照給出的外形尺寸示意圖（圖6所示），如圖7所示，電動機主要具有以下事物特性中心高、安裝螺栓位置、孔大小、出軸軸徑、出軸軸長、極數、接線盒位置等，產品變型的過程，結合Solidworks零件設計表功能，并對尺寸賦予一定的意義，大批量的龐大的電動機產品變型設計就可以迅速的實現。

經過筆者的項目實際開發經驗，結合國內制造類企業的實際情況，對基于事物特性表的敏捷設計系統開發進行了大量的富有成效的研究工作，并在此基礎上繪制了起重機類產品敏捷設計系統的流程（見圖9），該流程同樣適用于其他面向大批量定制產品的敏捷設計系統。

6結語

基于事物特性表的敏捷設計系統在一定程度上顛覆了傳統的串行產品開發模式，不僅縮短了產品設計開發周期，減少了大量的重復性工作，同時也實現了與工藝系統的并聯式銜接，但是原型庫、企業知識庫的建立，以及模塊化平臺的開發以及涉及到軟件的高級應用，需要不斷的探索與研究。