0 引言

　　现代设计理论的发展和CAD技术的应用促使了虚拟设计技术的出现。随着产品设计技术的不断进步，单纯的CAD软件已远远不能适应现代产品开发的需要，而虚拟设计技术在实现时可考虑到与其他应用软件集成，其辅助功能大大加强，更有利于计算机辅助设计／分析／制造／装配的集成及产品动态性能的模拟。另一方面，虚拟设计技术可充分利用网络资源，实现分布式并行设计。因此，虚拟设计技术的运用对缩短产品开发周期、节省产品开发设计制造成本、提高生产率有着重要意义。本文以注塑机开发为例，利用产品数据管理系统(PDM)作为支撑技术，讨论了产品数据管理(PDM)系统对整个产品生命周期的描述、控制和管理，构建了以产品数据管理系统作为支撑技术的注塑机虚拟设计集成平台。

　　1 PDM支撑技术

　　1.1 产品数据管理PDM的定义

　　PDM在逻辑上将各个CAX信息化孤岛集成起来，利用计算机系统控制整个产品开发设计过程，通过逐步建立虚拟的产品模型，最终形成完整的产品描述、生产过程描述以及生产过程控制数据。PDM系统可以有效、实时地控制从产品规划到报废处理的整个产品生命周期中的各种复杂的数字化信息。

　　1.2 产品数据管理系统的功能分析

　　1)数据管理 数据管理从数据的安全性和数据的质量方面对产品的规划、设计、生产等过程中所产生的海量数据进行有效管理。

　　2)过程管理 过程管理的任务是对整个产品形成过程进行控制、支持、改善所有与产品形成过程有关人员的协同工作，从而提高工作效率。在工作过程中，信息和数据的交换不再借助书面文件或文档，而是利用计算机网络进行电子方式的信息和数据交换。

　　3)系统集成 将各种不同应用系统的处理结果组成一个有机整体是PDM的核心任务，因此，PDM与计算机应用系统的紧密集成必不可少，只有这样才能形成完整的产品描述、生产过程描述以及生产过程控制数据。

　　2 注塑机虚拟设计与产品数据管理系统的融合

　　注塑机主要有锁模机构、注射机构、调节机构和床身等结构部件组成。注塑机的设计是利用虚拟设计技术及CAD／CAE技术，对关键部件进行有限元分析、运动学仿真、动力学分析和结构优化设计，对运动部件进行运动学和动力学建模仿真分析，结合系统工程理论建立产品功能评价参数，对产品开发的性能、经济性、适用性等诸指标进行综合优化的功能设计，以求探索一种高效、快捷的设计方法。其技术路线如图1(以锁模机构为例)。

　　图1. 锁模机构虚拟设计技术路线

　　一般来说，注塑机设计的主要内容包含有关的设计文档、模型和零部件工程图、注塑机机构的运动仿真、有限元分析等。通过建立一个注塑机的虚拟产品模型，利用PDM构建与该虚拟产品相关的管理模块，实现对整个产品设计的管理。其管理模型如图2所示。

　　图2. 基于PDM的管理模型

　　3 基于PDM的虚拟设计平台的集成

　　3.1 虚拟设计模型的体系结构

　　PDM的价值很大程度上取决于与其他应用系统的集成，也就是说基于PDM的虚拟设计平台必须与CAD、CAE等软件集成。一方面有利于实现对各种应用软件所产生的数据和文档进行有效的管理，另一方面，在PDM环境中做到应用软件间的信息共享、用户间的协同工作、应用系统与PDM系统中数据对象的一致性以及设计信息与经营管理信息的集成。以提高产品设计开发的效率．形成数字化产品的设计模型。图3为基于PDM的虚拟设计平台的体系模型。

　　图3. 基于PDM的虚拟设计平台的体系模型

　　3.2 PDM与CAX之间的接口

　　在PDM向CAX端存人数据时，PDM端用一个规定的名称将数据文件写入索引表，利用通信进程调用CAX系统。此时CAX系统启动运行，随后读出数据交换文件，然后CAX系统利用这些信息找到相应的数据文档进行相应的处理。此时PDM端被锁，直到该进程结束。同理，当CAX端向PDM端存人数据时也采用同样的方式，其接口模型如图4所示(以三维模型的存入为例)。

　　图4. 接口模型

　　3.3 通讯进程的实现

　　通讯进程的实现可利用远程过程调用RPC技术，或者远程方法调用RMI以及分布式组件对象模型(DCOM)等技术。此文采用CORBA技术来阐明通讯进程的实现。

　　如图5所示，当客户端向其ORB(对象请求代理)发出请求，ORB对其服务器端是否存在相应的对象进行检查并激活相应的操作，通过对象请求代理间的通讯协议(GIOP)，按照确定的消息格式发送有关的信息。在服务器端，这些数据以相反顺序被引入ORB，由其激活相应的对象方法，然后执行相应的有关任务。

　　这里只以CAD视图／模型为例，介绍了PDM与CAX的集成及通信方式。其他模块的集成与此类似。当所有模块的集成实现后，基于PDM的虚拟设计平台就已经建立起来了。

　　图5. 基于CORBA的通信框图

　　通过这个平台，可以完成注塑机虚拟设计的所有要求，如：锁模机构运动仿真，床身、模板等部件有限元分析等。也可以从工程学角度出发，在PDM中实现对注塑机整机开发设计过程的生命周期的管理，并使该设计过程在任何时候都可追溯。

　　4 结论

　　PDM集数据管理能力，网络通信能力，过程控制能力于一体，提供了对产品全生命周期的通信管理能力。并为企业提供了产品设计与制造并行化的协调工作环境，因此，PDM具有十分广阔的应用领域。利用PDM支撑技术建立注塑机可视化虚拟设计平台，必将为注塑机系列产品及其他新产品开发提供一种高效、快速可靠的设计理论和方法。

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