模块化钢结构协同设计系统.pdf

收稿日期2005- 02- 24 作者简介郭皓明1978-男河北石家庄人硕士研究生主要研究领域为 CAD 随着工程设计的不断发展设计项目越来越 复杂大多数任务需要多个设计人员共同参与来 完成由于设计人员专业技能与工作经验的差别 的存在会不可避免的造成设计的冲突如何避 免与解决这种由多个设计主体参与造成的冲突 就构成协同设计中的主要问题 在钢结构大规模定制的技术要求背景下结 合模板的模块化设计能极大的提高设计效率与 速度[1], [2], [4]在模块化设计思想的指导下钢结 构整体结构的构造可以看成是若干层模块的有 序组合过程在这一过程中设计人员先对每个标 准层进行编辑工作通过各种模板来实现整个层 中杆件的布置与核查完成标准层的布置设计 后再根据具体工程情况以该层为模板生成 若干个构造层以此来完成整个设计框架的搭建 过程 基于钢结构设计的这种特点 可以将 层 视为构成整个协同设计的一个基本数据单元为 协同设计的实现提供良好的支持 1 模块化钢结构设计的研究 在钢结构设计过程中往往出现相似的结构 要求通过对以前的设计结构不做或做少量技术 修改就能满足设计要求 因此 实现模块化设计 通过对模块的编辑与整合就能快速完成设计要 求[3]工程 C A D 应用软件对模块化设计提出以 下一些要求 1划分模块 钢结构设计过程中整体 框架是靠若干层以一定形式组合而成层中包含 完整工程信息基于这一特点将层作为构成模块 化设计的基本元素 2模块间关系的建立 在设计过程中一 些构造模块是靠引用其他标准模块生成的因 此在这些构造模块生成时应自动产生这种关 联关系 3模块内部杆件间关系的正确建立 一个 层由若干杆件以一定形式构成在层内部这些 2 0 0 5年 工 程 图 学 学 报 2 0 0 5 第3期 JOURNAL OF ENGINEERING GRAPHICS No.3 模块化钢结构协同设计系统 郭皓明1 刘静华1 李士才2 1. 北京航空航天大学机械工程及自动化学院北京 1000832. 中国科学院计算技术研究所北京中科辅龙计算机技 术有限公司北京 100085 摘 要在面向对象的钢结构设计过程中结合工程 CAD 的设计特点与大规模定 制的要求提出了一种应用于模块的通用数据结构同时将模板与模块相结合以模块的动 态性来扩充模板的应用范围与数据规模 以提高系统中模型的布置与构造效率 将模块作为 网络协同设计的基本元素 结合基于冲突解决的协同设计工作机制提出并行协同设计中多 主体导致的冲突的解决方案与数据库管理与维护机制实现了基于 CAXA 平台的钢结构的 模块化协同设计系统 关 键 词计算机应用大规模定制模块化设计协同设计 中图分类号TP 391 文献标识码A 文 章 编 号1003-0158200503-0001-04 万方数据 杆件之间形成相互约束的位置关系与工程关系 层模块应能提供对这种约束关系的良好支持 4 对模块的操作处理 由于层之间存在一 定关联关系对标准层的操作会影响到所有对应 构造层中杆件的状态这种操作间的映射也反映 了层模块之间的关系 在模块化设计过程中模块构成了整个系统 框架构造的基本元素模块的有效组织与管理影 响到整个系统设计的效率与质量 模块是有一系列具有相互关系的实体构成 的集合其模型可以表示为 结合以上要求设计如下数据结构 class PDSLayer { ID m_ID ; // 标准层/组装层的标识 CArray m_staffIDArray// 层中包 含的实体数组 PDSfloat m_height //层的标高 CArray m_layerMapIDArray //层 对应映射关系 ID 数组 CArray m_templateIDArray //层 中包含的模板 ID 数组 vector m_engInfoList ;// 层的工程数据 vector m_geoInfoList ;// 层的几何数据 } 2 与模板相结合的模块 工程 CAD 中批量作业处理成为提高模型 构造与编辑效率的有效手段批量处理通常指 对具备同一标准的事物在该标准内实行统一 的作业处理通过批量处理可以提高作业的速 度与效率保证标准的持续性工程设计人员根 据项目具体性能要求与技术经验积累设计出能 满足工程要求的标准构件模板通过对该标准构 件模板的不断引用来实现模型的快速构造为 实现统一性将具体的工程信息图形信息映 射关联信息统一在这个标准构件模板中这个标 准构件模板就构成项目中所有具有这一工程特 征与图形特征构件的代表工程设计人员通过对 这一标准构件模板的编辑修改实现对其代表的 项目中所有构件的编辑修改同时通过这个标 准构件模板实现各种信息的有效提取[1], [2] 模块是一系列具有相互关联关系的实体构 成的集合其内部由若干实体模型构成这些实 体模型之间具有复杂的工程关系同时模块约束 了这些实体模型在其内部的布置方式模块本身 并不约束实体模型的构造同时也不能为实体模 型在构造时提供必要的工程参数与技术性能指 标模块与模型之间在逻辑上具有约束与被约束 的关系但在工程中模块的属性不影响单个模 型的属性模型块本身不具备任何工程属性其 表现出的工程属性是包含于其内部模型的属性 的集合 模板是一系列数据集合与其约束的统一体 它为模型的构造提供了直接支持实体模型的工 程参数与技术性能由其引用的模板决定对模板 的编辑直接影响到实体模型的属性模板不能规 范实体模型的布置它不能为实体模型在布置时 提供空间约束机制实体模型的空间布置受到其 所在模块的约束 因此一个有效实体模型的构造与布置是模 板与模块共同影响的结果如图 1 所示 图 1 模型模板与模块的关系 在工程 CAD 设计工程中很多情况下设计 存在相同性与相似性 为满足大规模定制的要求 设计人员往往最大限度的利用这些相同性与相似 性通过分析与归纳总结设计出具备代表性的 模块 将这些模块组合在一起构造出整个结构体 在很多情况下这个组合过程不是简单的堆砌 模块之间是按照一定约束进行组合将这种约束 与模块相结合就构成了模板化的模块设计 实体模型 模板 构造 布置 模块 2 工 程 图 学 学 报 2 0 0 5 年 万方数据 基于此种特点将模块的概念与模板相结 合利用模块的有组织性条理性与模板的通用 性相似性相结合开扩大型模板的应用范围与 规模实现模块的快速构造[1]见图 2将标准 模块作为一个综合模板实现同类模块的统一构 造与编辑处理通过对综合模板的引用来实现模 块的快速构造从而完成模型的快速生成与布置 过程综合模板结构如图 3 所示 图 2 构造模块 图 3 标准层综合模板构成 由于标准层模块与构造层模块间约束关系 的存在处于不同层内的模型之间也就构成了纵 向的相互映射关联关系作为模块相似性具体体 现的标准层中所有的模型都会在一个新构造层 生成时产生一个对应的映射构造层模型这种映 射关系形成了一种对应约束的存在在标准层中 任意一个模型的修改应反映在所有构造层中对 应这种映射关系的模型上构造层中对模型的修 改 只能作用在其自身上 同时由于修改的发生 其与标准层中对应的模型之间的关系可能就会 构造层 A 内部数据约束机制 实体 A1 实体 A2 实体 An 构造层 B 内部数据约束机制 实体 B1 实体 B2 实体 Bn 标准层模块 内部数据约束机制 实体 1 实体 2 实体 n 整体结构 模块构造机制 系统整合 标准层模板 柱 梁 撑 支架 设备支座 楼板 栏杆 柱模板梁模板撑模板 标准支 架模板 标准支 座模板 楼板模板 洞 洞口 模板 栏杆模板 楼梯 标准楼 梯模板 标准护 栏模板 标准跑 模板 型钢模板 钢板模板 图形库模板 第 3 期 郭皓明等模块化钢结构协同设计系统 3 万方数据 发生改变通过模块内部模型之间关系的正确建 立与维护提高模型编辑操作的效率与质量 3 协同工作环境中的模块管理 由于多人共同完成设计模式的出现协同设 计中的冲突问题就突显出来因此协同设计中 首要解决的是设计过程中的冲突问题冲突的起 因是设计的多主体参与[5]在多主体共同参与协 同设计时模块化设计工作模式为协同设计的实 现与应用提供了良好的基础 作为模块的层成为钢结构网络协同设计中 一个基本处理元素层中包含有完成描述层特征 的模板与各种杆件设计人员通过层来实现整个 钢结构的构建在数据提交时首先通过检验机 制在整个项目组的数据库中查询是否存在数据 冲突如顺利通过核查则将数据完整提交到服务 器中同时在数据提交资料表中记录下该设计人 员的提交历史记录在数据提交时首先通过消息 机制向服务器发送相应消息服务器在相关消 息下对数据和合法性与设计人员提交权限合法 性进行审查只有通过全部审查后才允许将数 据提交到服务器中并在服务器中建立相关记录 索引档案[6], [7]设计数据的提取工作会根据具体 提取数据的性质有所不同当设计人员提取的数 据是有本人设计的结果时顺利提取完整数据到 客户终端中以实现编辑操作当设计人员提取他 人的设计数据时需要核查该设计人员的设计权 限只有通过设计权限核查才能将设计数据提 取出来传送到客户终端上时根据偶合的结果 对数据进行必要操作以实现与设计人员权限和 愿望相符的数据管理[7] 4 结 论 模块化设计是工程C A D 中广泛应用的有效技 术手段作者通过对工程 C A D 与模块化设计特点 的研究在国产 C A D软件 C A X A平台中初步实现 了协同工作环境下钢结构模型布置系统的建立 为推动系统进一步发展提供了基础 参 考 文 献 [1] 李士才. 基于模板的模块化模型研究与实现[D]. 北 京 北京航空航天大学, 2001. [2] 刘晓平, 田景成, 黄永红, 等. 基于模板的工程CAD 设计方法研究[J].计算机辅助设计与图形学学报, 1999, 114 296299. [3] 唐荣锡, 等. 计算图形学教程[M]. 北京 科学出版 社, 2000. 20100. [4] 李士才, 黄永红, 戴肖峰, 等. 基于AutoCAD对象技 术的钢结构CAD软件模型的研究[J]. 计算机辅助设 计与图形学学报. 1999, 113 214217. [5] 何 刚, 李柏林. 协同设计系统体系结构研究[A]. 见; 数字化设计与制造学术会议论文集[C], 2003. 11, 149153. [6] 陈小安, 尹佑盛. 分布式协同设计及其模型实例设 计[J]. 机械工程学报. 2000, 364 14. [7] 裘建新, 王晰巍, 郭晓立. 分布式协同设计的系统 框架模型构建[J]. 中国制造业信息化, 2003, 323 7072. Collaborative Design of Steelworks with Modularized Template Approach GUO Hao-ming1, LIU Jing-hua1 , LI Shi-cai2 1. School of Mechanical Engineering and Autonation, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100083, China; 2.Institute of Computing Technology, Chinese Academy of Sciences Beijing Zhongke Fulong Computer Technique, Beijing 100085, China Abstract Concerning the specific features of CAD application and the principles of mass customization design, a kind of data model for module approach is proposed. Dynamic module approach and template approach are exploited jointly in software programming to enhance template’s application with larger scale of data, and to improve efficiency of the layout system. Meanwhile with help of conflict resolving system, the module is adopted as key element in collaborative steelwork design. A model of database is proposed in multi-agent design environment and the prototype system is developed on the plat of 3D modeler CAXA. Key words computer application; mass customized design; module design; collaborative steelwork design system 4 工 程 图 学 学 报 2 0 0 5 年 万方数据