计算机辅助创新设计平台与CAD系统的集成初探

作者：林岳 李海生 段海波

欢迎访问e展厅 展厅 2 工业设计/产品设计展厅 产品设计, 工业设计, 样件打样, 手板制作, 模型制作, ... 产品设计是一项复杂的创造性工作。一个新产品的设计过程是一个包括了许多复杂推理及做出决定的过程。目前CAD软件在产品的分析、计算、绘图以及制造等方面发挥了很大的作用，但是在产品的创新构思阶段，更多更重要的是非数据计算的、通过想象、推理和判断来解决的创新活动。以CAD为核心的计算机辅助工具主要应用在详细设计阶段，表达设计者头脑中己经形成的产品设计，缺乏对需求设计和概念设计的支持。因此，建立一个能支持产品创新设计的模型、方法和相应的计算机软件系统，并和现有的CAD系统实现集成，将有助于产品创新设计技术的发展。 1. TRIZ理论和计算机辅助创新 源于前苏联军方的发明问题求解理论——TRIZ理论是人类己有科技知识与创新思维规律和方法的完美结合。该理论通过对世界近250万件发明专利的分析研究，总结出人类进行发明创造解决技术难题过程中所遵循的一系列原理和法则。 TRIZ理论的创始人G. S. Altshuler及其追随者们通过对数百万件成功的世界各国著名发明专利的归纳发现了发明创造的基本规律. (1) 创新的本质就是不断地发现产品内在的技术矛盾和物理矛盾并消除它们，用妥协(trade off)设计不能从根本上解决矛盾。 (2) 用创造性方法解决产品内在矛盾所使用的创新原理具有普遍性，掌握了这些原理，就为创造性问题的解决指明了方向。而不象以往那样盲目地反复尝试(trial-and-error). (3) 各门学科领域的技术变革和产品创新就象生物系统的进化一样有规律可循。掌握了这些规律，就可能动地进行产品设计并能预测产品未来的技术发展趋势。 计算 机 辅 助创新(ComputerA idedIn novation，简称CAI)以TRIZ作为其发明创造方法学的理论基础和解决创造性问题的重要手段。计算机辅助创新设计平台Pro/Inriovator是亿维讯公司基于TRIZ理论设计的，为迅速提高研发人员解决技术难题效率而开发的软件。其所提供的问题解决工具是基于对大量的发明专利技术和科技文献分析后总结出的一系列创新问题求解的规律和方法。是工程师和研发人员实现技术创新的有效工具和得力助手。 2. CAI/CAD集成目前面临的困难 孤立应用的CAI软件，导致了“数字化孤岛”。在运用计算机辅助创新软件产生出好的概念或者工作原理，如何快速将产品创新设计的信息传递给后面的CAD系统，为CAD系统提供产品设计的信息支持，是解决“数字化孤岛”的关键所在，也是加快产品上市周期、增强产品市场竞争力的必由之路。 计算机辅助创新软件侧重的是产品的概念设计，其输出更多的是对方案工作原理以及产品设计和问题解决的一些描述信息，这些信息大部分都是一些非几何信息.而在CAD软件中，其所要求的输入是一些几何及结构信息。怎样将CAI.的概念设计阶段的这些非几何信息和设计草图交给后面的CAD系统去进行产品建模，成为了实现CAI与CAD集成必须要解决的一个关键问题。 3. XML 技术与可行性分析 XML具有可扩展性、独立于平台、自描述性、显示层次信息等特点，很自然地被选择采用作为各异构系统间数据的统一接口，实现跨平台的制造数据集成。目前，国内外在制造业领域对基于XML的数据集成进行了大量研究。XML语言可以让信息提供者根据需要，自行定义标记及属性名，也可以包含描述法，从而使XMI‘文件的结构可以复杂到任意程度，XML主要有三个要素:Schema(模式)、XSL(eXtensible Stylesheet Language，可扩展样式语言)和XLL(eXtensible Link Language，可扩展链接语言)。Schema规定了XML文件的逻辑结构，定义了XML文件中的元素，元素的属性以及元素和元素的属性之间的关系，它可以帮助XML的分析程序校验XML文件标记的合法性:XSL是用于规定XML文档样式的语言，它能在客户端使Web浏览器改变文档的表示法，从而不需要再与服务器进行交互通信:XLL将进一步扩展目前Web上己有的简单链接。 在计 算 机 辅助创新设计平台Pro/Irmovator软件中，对每种解决方案都提供了形象生动的描述概念设计思想的Flash动画文件，帮助用户理解。 基于XML的计算机辅助创新设计平台和商品化CAD软件的集成研究包括以下两部分: (1) 分析计算机辅助创新过程的管理数据，制定XML schema定义的接口规范。CAI与CAD软件的接口数据的XML表示，采用W3C推荐的XML schema进行规范，并进行必要的约定，以形成用于CAI和CAD集成的可扩展标记语言IDXML (Innovation Design XML)。 (2)确定数据产生与使用方式，开发读写XML数据的接口工具。在规范数据模型和接口规范之后，还要制定相应的接口工具,包括创新设计信息的提取与封装成IDXML实例文档的接口工具，以及读取IDXML实例文档的接口工具。采用统一的IDXML规范，CAI和CAD的开发方分别编制自己针对IDXIV几的接口工具，从而实现CAI与CAD的数据交换和信息集成。 4. 结论与展望 将基于发明创造方法学TRIZ理论支持的计算机辅助创新设计平台Pro/Innovator与商品化的CAD系统进行良好的集成，必将极大地提高企业的生产力和创新产品的能力，也是实现我国从制造业“大国”到制造业“强国”转变的必由之路.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (7/31/2007)