基于云制造的三维模型设计研究应用

1 引言

    随着信息化和经济全球化进程不断推进，国内外制造业市场竞争形势日益加剧，对快速低成本交付不断增长的高要求，许多项目都备受应用碎片化、人工手动设计流程和协作不佳的困扰。传统的以二维设计为主、以模拟量为辅的协调工作法不能应对当前制造业的需求。且产品设计主要靠实物验证，工艺设计主要靠试切试装，既耽误周期又耗费经费。三维模型正在取代二维工程图纸，产品的工艺设计、工装设计、零部件加工、装配与检测都以三维模型为数据源，这是未来必然发展趋势。在生产设备等外部硬件环境趋于一致的状况下，制造业生产厂家尤其重视对产品方案的设计，方案优选及决策，缩短设计周期，提高可靠度以及结构等优化产品设计相关环节。产品设计已经从过去的以经验设计或半经验版理论设计过渡到现在以知识为主的多学科协同设计，具有知识密集、分布式、协同工作等特点。三维模型设计的发展必将带给制造业崭新的发展契机。

    本文依托现有云制造服务平台，提出了基于云制造底层硬件网络架构以三维模型为核心数据源的现代制造设计服务模式，并对产品设计的工作流程和关键技术进行了阐述，最后以风力发电底座机舱为实例，验证平台的整体可行性。

2 三维模型设计模块服务模式及工作流程

    复杂产品设计往往涉及多学科、多领域多工种的设计加工，这就需要不同学科、不同领域、不同工种之间密切协作完成设计及制造。本文三维模型设计模式分为两个过程：系统分解过程与组合过程。将机械产品系统按照模块或功能角色分解为各个分系统，按照分系统模块下进行设计任务的划分，然后再将各个设计任务下放到各个设计小组进行设计活动，这就是系统分解设计过程。将各个设计小组的设计结果汇总完成设计任务计划，再将所有设计任务汇总，完成整个设计任务，这就是系统组合过程（见图1）。

图1 三维设计服务模式

    三维模型设计技术就是大量采用数字化建模、性能设计和仿真分析等，以三维模型为数据源实现产品研制过程中的信息准确传递和全过程的并行及协同，通过建模仿真技术及早发现设计问题并减少更改，从而在短时间内使产品完成加工装配并实现最优性能设计、工程分析与生产制造。三维设计流程见图2。

图2 三维设计流程

3 三维模型平台的实现

    私有云环境包括：管理节点服务器两台、资源池宿主机16台、共享存储一台。管理节点服务器使用dell R730，管理节点可满足局域网或者外网用户的访问。存储使用dell的md3800i作为桌面资源池和管理节点的数据存储；资源池宿主机使用12台，可根据桌面资源需求扩大资源池；4刀片服务器做应用服务器。平台硬件布局见图3。