摘要：为了使混凝土搅拌站生产企业可以快速响应市场，提高产品的设计速度和设计质量，开发了混凝土搅拌站快速设计平台。该平台以模块化设计为基础，使用参数化、变量化分析优化方法，实现了产品快速设计的目的。设计人员向平台输入设计需求后，系统会自动生成产品的有限元分析模型，并对模型进行有限元分析，如果分析结果不符合设计的需要，可以再次输入参数进行分析，直到产生合适的结果，然后平台会自动生成该产品的三维模型和工程图纸。 

            前言

            近年来，随着全球化经济竞争的愈演愈烈，产品客户化、快速交货要求的不断加强，迫切要求企业具有快速响应市场能力。企业对市场响应速度的快慢、产品开发一次成功率的高低，不仅决定了企业在市场上所占份额的大小，而且决定了企业能否立足市场的命运。如何在短期内设计出符合客户的个性化要求、质量可靠、性能优良、成本低廉的优质产品，是企业在市场竞争中占据有利地位的关键。为了达到快速响应市场的目的，我们开发了针对专门产品的快速设计平台。该平台集成了ANSYS、CATIA、SQL Server数据库、零件库、部件库和产品库等，综合利用已设计的产品族和各种CAD/CAE软件的强大功能，极大地缩短了产品的设计周期，提高了设计质量。在第一期中，首先开发了混凝土搅拌站快速设计平台。

            快速设计技术简介

            快速设计（Rapid Design，RD）也称快速响应设计（Rapid Response Design，RRD）、敏捷设计(Agile Design，AD)。快速设计技术是当前市场在对产品多样化、瞬变性等需求的形势下提出并发展起来的。快速设计是指在产品的概念设计阶段，针对市场和顾客需求，运用面向具体产品专用设计工具和设计知识，快速制定可以用于制造的方案，并使方案快速付诸实施的技术。

            当前国际市场需求快速变化的特点和21世纪更加个性化的市场趋势，使产品投放市场的时间日益成为决定产品竞争力的重要因素，促进了快速设计技术的发展。1992年6月，在 CIRP 国际会议(International Institution for Production Engineering Research，CIRP)上正式提出并行工程技术[1]，在此基础上发展成旨在缩短产品设计周期的快速设计技术[2]（Rapid Design Technology，RDT）。美国 AUTOFACT96 以 “快速设计与制造”为主题进行了专题讨论[3]，同时，各国纷纷掀起了“快速设计”理论、方法研究的热潮。1998 年，我国机械工程科学基金会开始对“快速设计”进行立项，一些大学与研究机构开始了对“快速设计”理论的研究。

            产品快速设计是一种新的哲理，与计算机集成制造（CIM），精良工程（LP），并行工程（CE）和敏捷制造（AM）相比，产品快速设计与制造的主要目的是缩短产品的设计周期，提高产品设计质量，以及提高企业对市场的快速响应能力。与 CIM、LP 等不同，产品快速设计与制造并没有将其解决问题的范围扩大到企业的整个生产领域，而只是将重点放在缩短产品的设计开发周期上，尤其是总体结构和工艺设计方案阶段，以提高产品一次开发成功和快速响应市场的能力。之所以如此，主要原因在于以下两个方面。

            （1）制造企业的许多产品须按照客户的特殊要求进行开发，据统计，有些企业的设计开发周期甚至超过产品整个生产周期的 60％，造成产品的交货期过长，使企业失去了很多客户。如果为了保证产品交货期的要求而压缩制造时间，将会影响产品的制造质量。

            （2）产品设计开发阶段是降低成本的重要环节。根据德国机械工程师协会（VDI）对企业的调查，虽然产品的设计开发成本通常仅占产品生产成本的 6％，但对产品总成本的影响却在 60％以上[4]，原因在于，制造必须依据设计来进行，产品的设计决定了产品的工作原理、结构、尺寸、材料及性能要求等，这些因素都对产品的成本有很大影响。

            系统总体框架设计

            系统总体框架如图1所示。设计人员首先将产品所需的各种参数输入到系统中，直观参数可以直接输入；有些参数是非直观的，可以通过系统配置平台输入。当所需参数输入集成管理平台上后，系统分析、判断输入的参数和用户的需求，然后确定产品所需的零件和部件，并确定系统各部分参数大小。

            集成管理平台根据已经确定的产品零件、部件和参数，自动生成产品主要受力部件的ANSYS模型，并进行有限元分析，如果满足要求，则通过CATIA模型接口，自动生成产品的三维模型和工程图。如果不满足要求，则调整部件的参数，比如型钢型号，再次进行有限元分析，直到得到满足需求的产品参数和配置。

            本系统基于局域网运行，平台各组成部分在局域网上的分布如图2所示。

            在服务器上分布有系统集成管理平台、系统配置平台、数据库、模型库和新建实例的模型等。在各客户端则是产品总体的设计人员和各部件的设计人员。当产品总体设计人员完成总体设计后，如果各部件还需要细部的修改，那么负责相应部件的设计人员，就可以在各个客户端对各部件进行协同设计。

            系统各子模块设计

            集成管理平台是本系统的核心模块，其主要功能为：通过相似度检索实例；将用户输入的各种参数转化为最终产品的参数和产品的配置；自动生成APDL代码；自动生成操作CATIA模型的宏脚本代码；将新实例存为模板；将所有提取的参数存入数据库等。

            本系统和ANSYS的接口是通过APDL语言实现的。APDL是ANSYS Parametric Design Language的缩写，即ANSYS参数化设计语言，它是一种类似FORTRAN的解释性语言，提供一般程序语言的功能，如参数、宏、标量、向量及矩阵运算、分支、循环、重复以及访问ANSYS的有限元数据库等，另外还提供简单界面定制功能，实现参数交互输入、消息机制、界面驱动和运行相应程序等[5]。

            本系统和CATIA的接口是通过CATIA的二次开发工具CAA实现的。 CAA(Component Application Architecture)是Dassault Systems产品扩展和客户进行二次开发的强有力工具。它可以进行从简单到复杂的二次开发工作，和原系统的结合非常紧密，对于用户的使用和系统的集成都很有利。CAA 的实现，是通过提供的快速应用研发环境 RADE 和不同的应用编程接口(Application Programming Interface ,API)程序来完成的。

            模型库中包括了CATIA模型和ANSYS模型。最终生成产品的模型是在现有模型的基础上重新生成的。CATIA的模型包括产品的零件库、部件库和产品库。

            系统实现

            系统采用VC#.NET2005开发。C# 是一种简洁、类型安全的面向对象的语言，开发人员可以使用它来构建在 .NET Framework 上运行的各种安全、可靠的应用程序。使用 C#，您可以创建传统的 Windows 客户端应用程序、XML Web services、分布式组件、客户端 -服务器应用程序、数据库应用程序以及很多其他类型的程序。Microsoft Visual C# 2005 提供高级代码编辑器、方便的用户界面设计器、集成调试器和许多其他工具，以在 C# 语言版本 2.0 和 .NET Framework 的基础上加快应用程序的开发[6]。

            数据库采用SQL Server2005。SQL Server 是一个全面的、集成的数据解决方案，它为组织中的用户提供了一个更安全可靠和更高效的平台，用于企业数据和 BI 应用。SQL Server 2005 为 IT 专家和信息工作者带来了强大的、熟悉的工具，同时降低了在从移动设备到企业数据系统的多平台上创建、部署、管理和使用企业数据和分析应用程序的复杂性。通过全面的功能集成、与现有系统的互操作性以及对日常任务的自动化管理能力，SQL Server 2005 为不同规模的企业提供了一个完整的数据解决方案[7]。

            结论

            通过构建零件库、部件库、产品库和对CATIA、ANSYS进行二次开发，并将它们和数据库集成，本文构建了混凝土搅拌站快速设计平台，实现了混凝土搅拌站的快速设计，提高了产品的质量和企业快速相应市场的能力。今后还应该对产品的模型库做更大的扩充，以适应更多产品的快速设计。