構建基于CSCD 技術的變壓器產品協同式設計系統

李 程 申會卓 孫 杰 張宏斌 劉東升

（河北保定天威保變電氣股份有限公司，河北 保定 071056）

近年來，隨著變壓器制造業的快速發展，不少企業為了開拓更大的區域市場，紛紛到異地、甚至海外辦廠。像天威保變，在秦皇島和合肥都建起了規模宏大的變壓器工廠。

有的新建異地工廠雖然擁有較為完善的設計部門，但是設計能力不可能同步到位，集中企業的設計資源組成動態團隊，共同設計產品，有利于彌補企業技術資源的不足，縮短設計周期，降低設計成本。為了保證企業產品全生命周期的一致性，需要構建基于網絡的計算機協同設計系統。

1 CSCD技術簡介

計算機支持的協同設計 CSCD（Computer Supported Collaborative Design）是計算機支持的協同工作 CSCW（Computer Supported Collaborative Work）相關技術與 CAD技術相互結合的產物。它基于協同學的思想，利用計算機網絡及成熟的CSCW技術，為異地的設計者之間提供交流、協調工作的手段和工具，使產品設計可以異地快速并行地進行，有效的縮短了設計周期。根據設計交互各方的地理位置和工作時間，CSCD的工作方式分類如圖1所示。

圖1 CSCD工作方式分類

2 變壓器產品協同設計內容

變壓器產品的設計過程往往由于產品的復雜性分為電磁設計→結構設計兩大步驟。而且為了設計的可靠性，每個步驟都要經歷從設計→校核→審查→審定等多個不同的階段。電磁設計主要是電磁方案計算單設計，必要時輔以一些特殊的計算；結構設計分解為布置圖設計、幾大部件設計、總裝配設計等。所以變壓器產品設計整個過程是比較復雜的，需要多名具有不同經驗和能力的技術人員參與，一個項目的設計團隊往往由十多人組成。變壓器產品設計流程如圖2所示。

圖2 變壓器產品設計流程

目前行業所有企業普遍使用二維、三維的CAD軟件進行產品的結構設計，CAD系統能有效地支持設計人員完成分工給他的設計任務。但是一般的應用并未涉及設計人員之間的溝通和協調。此外，在變壓器產品的電磁設計階段，還需要運用多種通用或專用軟件進行計算分析，這些軟件往往都不具備協同工作的能力。

基于此，變壓器產品CSCD系統必須為設計者們提供一個強實時的、緊密耦合的共享工作空間作為協同設計的計算機環境，即CSCW環境，來支持群體間的交流。

變壓器產品 CSCD系統需要具備產品設計信息、設計過程、設計工具、設計環境、設計通信的協同。為實現這些協同，需要做如下的工作。

1）制定適合企業自身特點的CSCD系統標準，規范設計的詳細范圍和工作流程，分級權限管理機制。

2）為參與項目的團隊提供統一的軟件工作環境，增強項目參與人員的信息溝通。

3）實現設計數據庫、設計資源、項目文件以及設計文檔版本的自動或人工統一管理。

3 系統架構的框架

基于企業自身特點以及變壓器產品設計流程的模型分析，我們采用3層B/S結構來實現系統架構，如圖3所示。系統包括協同應用層、協同服務層、協同支持層。

圖3 協同系統的框架模型

協同應用層包括本地或異地的變壓器產品設計項目團隊，向所有設計人員提供統一的應用軟件環境。每個成員承擔不同的任務，并且可以從其他成員那里獲取設計信息。

協同服務層具備強大的協同事件管理服務功能，提供產品設計流程、交互通信等功能。協同設計小組通過各種網絡協議，如 HTTP、FTP等，與協同設計系統進行交互，實現設計圖紙的瀏覽、評估、修改、校核、審查等功能。

協同支持層提供分布式公共數據管理、網絡連接管理等功能。

4 系統架構的平臺

我們采用美國PTC公司的Windchill系統，對變壓器產品協同式設計流程中的計劃、結構、圖文檔、BOM等進行管理。

Windchill是 PTC公司推出的一套集成應用軟件，可用于管理產品設計的整個生命周期。它充分利用了 Internet和相關的信息技術，為系統提供了一種應用軟件基礎，從而保證能快速、高效地部署產品信息應用軟件。

windchill具備3層體系的B/S結構，它能提供良好的應用集成接口，有效地和Pro/E、AutoCAD、Office等軟件集成，使得各類數據在最大程度上共享，真正實現設計平臺的協同。也就是說，它可建立一個跨企業的協同環境，用于產品和過程信息的共享和可視化，不管這些信息由什么樣的源系統創建而成。對于和設計無關的其他人員，可以使用Web瀏覽器來訪問、查看設計輸出圖檔、文件以及向設計反饋信息。

客戶端主要包括Web瀏覽器和Bootstrap client這兩類。Web瀏覽器起著用戶接口、執行windchill Applets、訪問HTML頁面的作用；Bootstrap client是可選的客戶端組成元素，使用它可以從當地文件系統上下載類文件。

服務器層包含了主要的邏輯規則并且承擔著處理所有工作數據的作用。它由HTTP Web服務器、HTTP網關、Method服務器、服務器管理器這幾個組件組成，以實現數據庫訪問、客戶端分布和交互、用戶權限和安全機制的功能。

數據庫層是保存元數據和大量的非結構數據的地方。數據庫可以是一個專門的服務器或建立在windchill服務器主機上。

圖4為整個系統的網絡架構簡圖。

圖4 協同系統的網絡硬件架構

5 具體應用實現

5.1 系統構建的人員組織

在明確系統構建的目標以后，成立由PTC實施工程師、企業IT人員、企業設計人員組成的項目組。由PTC實施工程師主導，企業IT人員協作，企業設計人員配合聯合實施、完成系統構建。

PTC實施工程師負責需求訪談及業務咨詢、軟件二次開發、生產環境配置文檔及撰寫培訓講義、系統部署推廣計劃等工作。本企業IT人員負責系統開發與配置、數據整理方法與指導、系統測試腳本與測試、生產環境部署與數據導入、系統上線與支持及后續系統支持。企業設計人員負責數據整理、管理制度建設、標準化、系統應用推進。

通常，變壓器產品設計部門具有項目多、變更要求多的特點。該系統建立了基于 WEB的項目管理與溝通機制，根據產品設計過程和產品特征優化項目管理規范并定義至項目模板中，實現基于各類項目模板（如投標設計、產品設計、科研開發等）的項目資源在線配置和任務下達。通過將項目計劃在系統中預發放，實現項目計劃制定過程中項目組成員間的交互協同功能。并通過在線更新、預警功能實現技術與管理的協同。建立企業級產品設計數據庫，以產品設計為中心，集中有效管理各種技術數據，構建異地協同設計平臺，實現總部和集團所屬異地企業的設計部門間、本企業設計部門各班組間順暢的數據交換和有效地協同。

通過系統構建項目組成員的通力協作，為企業量身打造了符合自身特色的變壓器CSCD系統。

5.2 變壓器CSCD系統工作示例

以下簡要介紹按照本企業變壓器產品的設計過程定制的產品設計模版，以結構圖紙設計流程為例。

項目成員通過電子郵件收到工作計劃郵件，打開W inchill系統，如圖5所示，在主頁→概述界面中的工作總攬一欄中可查看自己的工作任務。

圖5 項目成員查看工作任務

在項目主任已建好的項目文件夾內可查看相關的技術文件，如設計指導書、布置圖、已設計好的部件圖等，在存儲庫的相關電氣設計文件夾中可查看技術協議、電磁計算單等。在本機完成自己的設計任務后，將完成的圖紙檢入到項目文件夾里自己新建的子文件夾內，并保存，工作自動提交到給流程的下一步。校核者利用windchill ProductView軟件對圖紙進行電子審閱和圈紅批注，如圖6所示，設計者或其他用戶通過查看電子審閱記錄和圈紅批注實現交互協同。

圖6 項目成員間的交互協同

設計者收到修改任務的電子郵件，查看校核者在備注中留下的簡要信息及校核修改標記，到工作空間中，用CAD軟件對圖紙進行修改，最后將完成的工作檢入保存。設計者每修改檢入一次就會增加一次版本。并且所有版本都會在系統中保存，以備以后參考。根據需要重復以上流程，直至校核向下一步提交完成的工作。后續的審查、審定操作與此相同。最終審定的圖紙提交入庫，可以打印藍圖或以電子圖的形式下發工藝、生產。此圖紙設計項目到此完成。其他如投標設計、產品設計、科研開發等項目均可量身定制自己的項目模板。

此外，windchill還提供了高效率的協同式項目管理平臺，以及實時的協同交流平臺等多項協同應用功能。如圖7所示，項目主任可以很方便的通過平臺制定項目計劃，對項目進行管理。

圖7 項目管理

通過windchill ProductView還可實現基于網絡的項目組間（異地或本地）在線協同交流，如圖8所示。

圖8 實時的協同演示、交流

6 結論

本文對基于CSCD技術的變壓器產品協同式設計系統進行了研究，并針對企業自身特點，采用Windchill構建了一個支持 4種工作方式的協同式設計系統，并取得了良好的效果。從實際的應用來看，該系統能有效地實現變壓器產品的協同設計，縮短設計周期，降低設計成本。從長遠來看，變壓器產品的CSCD技術必將成為行業企業設計信息化發展的新方向。

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