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1、 产品协同设计平台化必由之路 -Denova，助力卓越设计 北京锐峰协同科技股份有限公司 一引言随着知识经济时代的到来，人们越来越认识到企业研发的重要性，研发过程是整个产品生命周期中最重要的环节，该过程决定了产品70%的成本、利润、性能和质量。企业正是认识到这一点，也都纷纷不遗余力地增强企业的研发能力，例如引进先进的数字化应用软件CADCAECAMPDM等。 研发数字化不仅能提高产品设计效率,缩短研发周期,提高研发质量,降低成本。而且有利于更新企业传统的设计思想,建立全新的产品开发和设计模式,为产品创新设计提供了保障。目前我国企业研发信息化应用状况可以从两个方面说明:从企业方面,我国大型企业整
2、体研发水平已经达到了一个较高的程度,有些已经接近国际先进水平。而中小企业研发信息化水平还比较低,相当多还是简单用二维CAD进行设计、出图、生产的模式。从应用软件方面,工具软件相对成熟,如三维CAD、CAE的使用已经比较普遍,而对这些工具软件所产生的数据模型进行有效管理和深层利用却相对薄弱，没有一个很好将这些设计数据、仿真数据、试验数据进行协同管理的平台系统。虽然现在企业大都实施了PDM系统，并解决了CAD数据和一些文档数据的管理问题，但其对CAE数据的管理、以及CAD/CAE等多学科之间的协同过程的支撑却很薄弱。随着科技发展,产品复杂度也越来越高,这种多学科、多专业协同的重要性越来越高，对相关
3、平台的要求也愈发迫切。如何在先进的科研思想体系下，结合协同设计、协同仿真、虚拟试验以及制造方面等先进的理念，整合已有的工具和专业系统，发挥它们的整体效能, 这将是研发数字化所面临的重要课题。二产品研发面临的挑战随着企业信息化的深入推进。企业在研发数字化方面引入了各种CAD/CAE/CAM等工具软件，这为企业带来了便利的同时，也带来了各系统的异构问题，并引发各个专业领域在数据协同、过程协同、知识共享等方面的挑战。1、设计过程人工协调，过程不可控：虽然企业掌握了很多先进的设计软件和工具，但实际上工程师在操作这些软件的过程中，他们的协作过程仍然是靠人工来协调，工作量非常大，而且从领导层来看，很难对具
4、体的执行细节进行监控。2、存在信息孤岛：目前现存的设计、分析包括实验等等方面数据，由于系统的结构不同，厂家不同等原因,导致还存在着信息孤岛问题，而解决这个问题也需要向平台化发展。3、设计知识、经验分散，没有按照一定的规则固化和重用：知识是企业宝贵的财富，在设计过程当中，通常会积累了很多的经验、知识以及过程的方法，如何把这些知识积累和管理起来,这对企业的创新和后续发展意义重大. 但是目前并没有一个很好的手段对这些经验知识进行固化和重用。很多的宝贵的经验知识随着科技人员的退出而流失，没有成为企业的核心能力。 4、缺少专业化的快速设计工具：缺少面向具体产品的专业化的设计环境来支撑工程师们进行快速的设
5、计。实际上，这些掌握优秀技能的工程师、行业专家在工作中都不得不花费很多精力在一些重复的、低效能的环节。 5、多专业、多学科协同困难：目前的设计已经不是一个学科的问题，而是多专业，多学科共同协作的问题，那么由于前面所述的信息孤岛以及过程控制方面等原因，实际上目前在多学科协同方面依然存在着很多困难，如果要进行一个有效的协同，也要有一个统一的平台，使多学科的专业技术人才在上面进行充分的协作。 6、中间数据没有传承，过程难以追溯：目前对设计成果可以进行一些有效的管理，但是这个过程中产生的一些中间数据，一些很有价值的经验数据没有得到传承和共享。而且当设计出现问题需要查找原因修改时，因为过程很难追溯，就会
6、造成设计迭代周期显著增长。延误了产品的设计研发。7、专业间的壁垒，导致方案迭代困难：由于多学科之间并没有得到有效的互联互通，导致企业很难在大范围全产品周期的层面上进行很快的多学科优化设计工作，也使得多学科优化(MDO)的应用也受到了很大的限制。 图1 现状及不足三卓越设计的目标针对研发中的各种挑战，依然采用现有的技术方法和手段，已经难以得到满意的答案。因此，“卓越设计”正是针对这些挑战而提出的思想方法和理念，其目标可以概括为两个：第一个目标是设计任务的优质完成，这也是传统设计所追求的。但传统设计往往是面向任务型的，无论是来自市场的需求或是来自国家型号研制的需求，研制企业只要想方设法按时交出产品
7、即可，至于如何得到这个结果，并不需要很大的关注。因此，企业在成本、交付周期的压力下，可能会采取设计外包等方式来完成任务，忽视了核心竞争力的长期积累建设。卓越设计的第二个目标，正是针对上述弊端提出的，即通过先进的信息化平台，在保证企业高效完成任务的同时，使企业核心的设计能力得到持续的积累。例如把设计过程中产生的各种有效过程数据，好的经验和方法传承下来，把它从工程师的头脑中提炼出来，成为一个企业的核心设计知识。不管具体人员怎么变化，企业有自己的流程，仍然可以支撑企业持续地向前发展。减少因为人才流失而带来的知识流失。为了满足这两个核心目标，协同设计平台应该具备以下四个要素:1、必须要有一个灵活又强大
8、的业务流程系统，支撑协作过程，同时也可以进入过程数据以及过程的组织方法中，这样既可以把过程知识承用下来，成为企业的经验，同时也可以加速设计的协作。 2、支持快速设计的模板，企业在进行一些产品模型建模或分析的时候，有很多重复的劳动，经常要反复进行类似的工作，这都可以封装成一种模板，用户只需要输入初始化的参数,系统就会快速为用户提供想要的结果。而不用从基础的一些建模工作做起。大大加快设计的速度。同时，在封装成模板的时候，可以把企业的规范贯彻在这些模板当中，进而规范企业的设计。 3、各个专业的紧密集成,就是打通专业之间的数据孤岛，实现各个专业设计之间数据的协同和共享,提高专业间信息传递、识别、转换的
9、自动化程度，减少花人为错误和时间投入。 4、提供多学科优化设计的方法，通过自动化的快速迭代和寻优算法，能辅助设计师在更大的设计空间尝试更多的设计方案，获得更优化的设计结果。 协同设计平台 图2“新”设计的目标图2展示了在实施这个协同设计平台之后的所要达到的目标，这四个方面不是孤立存在的,而是相关支持和依存的。流程的协同,为消除信息孤岛提供了技术支持。而设计模板是快速设计以及知识优化的载体。专业集成为多学科优化提供了保障。在传统的设计里面，由于信息无法传递和共享,它们之间的联系也就丢失了，而通过这个协同设计平台化，用流程把过程知识承载下来，并用模板把学科知识封装起来，为用户提供了协同化的快速设计
10、平台。四DENOVA助力卓越设计 通过上面对企业需求和平台系统的分析,并结合锐峰科技多年在企业信息化方面经验, 锐峰科技适时地推出了公司旗舰产品-数字化协同设计平台(Denova), Denova是基于网络及门户技术，统一架构的分布式协同数字化设计平台，平台各子系统及功能模块均无缝集成于统一的协同高效运行平台。Denova将分散的设计过程、各专业学科及软件应用程序整合为真正集成的、跨多部门的、多专业的、多设计阶段的解决方案. 图3 数字化协同设计平台（Denova）架构1. 数字化协同设计平台体系(1)协同设计门户：为参与协同设计的各位工程师以及设计过程中的管理层提供一个统一的信息入口，系统提
11、供严格权限管理,不同层次的人员都可以看到跟他所关心的具体数据。工程师客户端也不需要安装一些的大型的、昂贵的工程软件，就可以看到设计的结果，浏览到一些三维的模型，以及动态的工程数据。管理层可以查看项目进展的程度,并对项目适时监控. 图4 协同设计门户(2)协同任务管理系统和协同流程管理系统：协同任务管理系统与单位里面采用的项目管理系统比较类似，也就是说对设计活动的一个任务进行测算细化，然后分配相应的资源进行工作。对于设计活动中的项目，如果企业没有一个现成的项目管理系统，可以用协同任务管理系统暂时地起到一个项目管理的作用。如果企业内部已经有一个规范的、项目管理的系统，通过Denova可以从上游管理
12、去接收这个任务，实现管理顶层到业务层有效地衔接，通过这个模块可以看到设计过程当中各种进展、工时、人员耗用的情况以及各种问题的反馈。协同流程指进行了一个产品过程中，必须要考虑各个学科、以及学科之间的混合关系。并且在每个学科之中，可以将所需要用到的工程软件进行集成和封装，每个协同都可以清楚地看到它的输入和输出数据，并且追溯它的设计过程。图5 协同任务和流程(3)功能应用系统,这主要有快速概念设计、快速的设计建模、协同仿真系统、多学科优化系统.l 快速概念设计：它提供一个集成的设计环境，使企业在型号设计的概念阶段，能够快速地用很短的时间论证产品的概念设计是否是比较地合理，同时地考虑到企业设计的信任要
13、求、质量要求、经济性要求，做一个快速的评估。当这个概念设计已经基本定型之后，企业可以转入到快速设计建模的方案设计。l 快速的设计建模:在方案设计阶段，企业可以将快速概念设计和确定了的主要参数集成起来，然后通过快速的模板化方式，用工程师直接熟悉的方式建立产品模型，比如说机翼设计，很多人不需要去画点、线、面，它直接操作的对象就是Denova提供的专业模版、各种连接线，便捷的构建出规范的设计模型。l 协同仿真系统:同国际领先的SimManager进行紧密的协作，打通了两套系统之间的数据流和任务流，实现了数据接口。在Denova中进行设计的模型，可以很顺畅地发挥到SimManager中进行仿真，同时将
14、仿真的结果返回到Denova，用户可以一步步地跟踪产品设计的细化过程，而且从设计一直追溯到仿真。l 多学科优化系统:将设计过程中产生的各种经验模板可以放在MDO设计环境当中，建立其它的混合关系，从而实现不需要人参与的、快速自动迭代过程，来辅助设计进行一个快速的优化。(4)过程数据管理：Denova 不仅能够产生结果的数据，同时也能够有效地管理过程数据。Denova 中存在着设计的迭代过程，在设计中，往往要采取很多的不同方案，每个方案要从迭代去尝试各种设计的参数的变化。Denova可以有效地根据上游的结点，以及下游的之间数据版本横向的匹配关系，以及历史版本的纵向关系，构建出整个过程数据的一个矩阵
15、式的追溯体系，使得整个过程数据，以及所采用的过程方法能够很好追溯，并且在新的过程中得到传承。(5)工程数据库系统：为设计提供一些丰富的资源和素材。比如说材料库，标准建库，成品建库等等，使设计能够在充分借鉴以前的经验和成果的基础上快速地进行。同时，它必须与企业中的其它的信息系统也有一个紧密的集成，系统采取了一个开放式的数据结果架构，产生的数据都是可读写的，其它的系统只需采取一定的技术手段，都可以很容易与Denova进行数据的双向交换。(6)MapleTr框架：MapleTr是锐峰科技所有支持“卓越科研”的产品（包括设计平台Denova、试验平台TDM3000、可靠性平台Renova等）共享的底层
16、框架，为植根其上的各专业平台提供稳定、强大的通用服务，并使各平台之间的无缝融合成为可能。2系统特点Denova是充分考虑到企业客户在设计中存在的问题和实际需求，并运用先进的信息技术手段，打造的企业级的数字化协同设计平台。其特点可以概括如下几点：(1) 统一设计门户在统一网络门户下集成整合了设计过程所需要的数据库资源，设计流程管理，专业学科软件工具等。以设计流程管理为主线，进行设计过程业务协同及数据协同，各团队通过统一的渠道获取所需要的数据信息，进行工作。各团队可以在不同的地理位置，通过浏览器进行分布式协同。(2) 良好的底层框架采用与TDM3000相同的MapleTr底层框架，在应对工程领域各
17、种高性能的海量数据、国防军工领域所强调的安全性等方面，能够站在一个非常高的起点上。同时它也为设计与试验的紧密集成提供更多的便利。(3) 灵活的体系结构系统采用模块化的设计，根据企业应用功能需求，进行统模块的划分，企业根据需求进行灵活的裁剪和配置，满足企业的具体的实际需求。实现即插即用的应用模式。(4) 灵活的设计流程控制框架系统提供灵活的设计流程控制体系，用户可以用图形化的方式快速配置满足要求的设计分析流程，定义流程之间的业务逻辑关系，并通过流程集成专业学科软件工具和方法，完成总体方案设计分析任务。使产品设计活动在一个规定的、合理的、有序的流程体系下进行，实现高效创新。(5) 基于知识的模板化
18、快速设计系统提供面向专业的模板化快速建模工具，例如，能够实现导弹总体方案设计外形快速设计建模，快速部位安排及结构布置设计建模模型。实现建模的快速化，知识化，标准化，规范化，从而提升建模的效率，减少手工处理模型的时间及不必要的重复工作。同时为用户降低了专业设计门槛，有利于企业知识的积累。(6) 方便强大的多学科集成优化设计环境 通过集成各专业模型，建立各相关学科之间多耦合关系，通过科学的MOD算法，帮助工程师寻找最优的设计方案，缩短设计周期。(7) 强大的数据安全保障机制系统采用基于角色的多级权限管理体系，进行身份认证和数字签名，可以按照企业研制单位组织结构体系为每个部门，人员设置不同的角色，为每个角色配置相应的权限，用户的数据访问及每一步操作均是受控的。 五总结Denova平台将设计模型管理、研发技术管理、研发流程管理、多学科优化、仿真数据管理及知识管理有机地融合在一起，成为一个整体，为用户提供快捷方便的协同环境设计平台。并且可以与PDM、TDM系统集成，从而可以形成贯通整个设计流程的集成平台。Denova系统的成功应用，必将助力企业迈入卓越设计的新阶段。从而最终为建立卓越科研体系奠定基础。
