组织虚拟企业的企业称为盟主企业,参与虚拟企业的企业称为盟员企业。在敏捷制造环境下进行虚拟产品的协同设计,可以使虚拟企业中成员的设计水平和效率得到快速提高,从而缩短产品的上市时间,提高企业的竞争能力和生存能力。

1 基于客户需求的产品虚拟设计

    基于客户需求的产品开发模式能够针对用户需求确定企业的产品开发战略,可以使产品的功能和性能根据用户的具体要求进行改变,使产品的设计、制造和服务全程面向用户;通过产品模型的虚拟设计方法,应用Web技术和虚拟现实技术设计开发原型系统,可以让用户在远程参与定义产品的尺寸、款式、颜色和其他属性。

    虚拟制造为虚拟企业提供了全方位的支持,即敏捷制造是以虚拟制造技术为基础的。虚拟制造是实际制造过程在计算机上的本质实现,即采用计算机仿真和虚拟现实技术,在计算机上群组协同工作,实现产品的设计、工艺规范、加工制造、性能分析、质量检验以及企业各级工程的管理与控制等产品制造的本质工程,以增强制造过程的管理与控制能力。虚拟制造分为三类:面向设计的虚拟制造、面向生产的虚拟制造、面向控制的虚拟制造。

    为了进行虚拟产品设计,应当提供一个协同的虚拟设计环境。虚拟环境下的产品设计包括从概念设计、详细设计到数字样机支持下的各种性能的分析和仿真,并在各种技术的支撑下,实现产品设计阶段的虚拟化。基于客户需求的产品虚拟设计体系结构如图1所示。

2 网络化产品协同设计

2.1 网络化产品协同设计体系结构

    面向敏捷制造企业的开放式协同设计环境,是企业适应产品个性化需求的必然要求,协同设计的根本目的是智力共享、资源共享,旨在以物质资源共享为基础,如软件资源共享、设备资源共享等;通过网络将分布在不同地域、不同行业或不同专业特长的智力资源有机地组织起来,综合各方优势,提高产品的整体设计水平。

    网络化产品协同设计的体系结构包括用户层、协同应用服务层和数据库服务层。用户层为用户提供统一的协同设计环境,使设计人员方便地进行预期的功能操作。应用服务层包括协同应用和网络通信,主要负责协同活动发起、终止,维护协同过程中用户的加入、退出等协同控制,实现各设计人员之间的数据交换和功能交互,同时利用网络技术提供网络协同工具,保证产品数据、用户控制命令、协同信息等能正确到达各用户。数据层提供各种共享数据库,并利用产品数据管理系统( PDM)来管理这些数据,以保证数据在任何时刻的完整性、统一性和版本的正确性。

2.2 网络化产品协同设计的模式

    虚拟企业中不同的盟员企业在设计过程中涉及的CAD、CAE、CAPP等软件各不相同,软件的运行平台和操作系统也不尽相同,根据设计任务要求和网络环境条件可以采用不同的协同模式。协同环境下的协同模式可以分为协同环境下的协商模式、异步模式和同步模式三类。

2.2.1 协同环境下的协商模式

    设计人员的交流不通过对模型对象的操作来实现,而是在模型之上通过协商的方式来交流, 如E2MALL、电子白板、文件传输、音频会议等。这是一种简便、有效的协作方式,由于协作者不对底层模型进行操作,就避免了许多冲突。

2.2.2 协同环境下的异步模式

    通过协同工具(如会议软件NetMeeting)建立一个多媒体会议系统来支持异地协同设计。设计用户可以将CAD图形文件通过文件传输功能发送给协同设计用户,协同设计用户可以参考此文件或对此文件进行修改,并把结果返回给设计用户。

2.2.3 协同环境下的同步模式

    实时协同设计模式指多个设计用户在异地环境下,对同一零件或产品模型进行实时的操作。实时协同设计一般是指同构的设计环境,即设计用户采用的是相同的设计软件。这种模式对网络要求较高,以便能保证对模型数据修改的实时性。协同环境下的同步模式如图2所示。

    这种模式的协同环境中,需要两种Agent:模型访问代理(Model Access Agent,MAA)和协同控制代理(Collaboration Control Agent, CCA ) ,每个设计用户的计算机上都有一个MAA代理,负责发送、接受数据;CCA在系统的服务器上,负责协同过程中的冲突仲裁和其他策略的管理。设计用户对数据的修改通过CAD系统和CAD接口传递给MAA,反映给网络上的其他的设计用户,而这些设计用户计算机上的MAA接受到修改信息后,对各自的本地的模型库进行修改,再通过CAD接口和CAD系统将修改后的数据模型显示在设计用户面前。

3 敏捷制造环境下虚拟产品的协同设计模式

3.1 盟员企业内部基于PDM的产品协同设计

    敏捷制造环境要求盟员企业内部的信息系统实现集成,以便于实现盟员企业之间的信息集成以及形成虚拟企业信息系统,进而在网络环境下实现盟员企业间的虚拟产品的协同设计。

    盟员企业内部可以通过PDM 平台实现CAD /CAE /CAPP /CAM的信息集成,在此基础上,实现盟员企业内部设计人员之间