国睿信维睿知知识驱动设计软件——REACH.KDD 产品介绍

一、研发背景

  随着社会的发展，当今市场对产品的要求越来越苛刻，产品更新换代快、研发周期短、功能复杂多样、可靠性要求高，而企业又存在人员年轻化、更迭频繁、设计手段落后等状况，传统的产品设计方法和手段面临以下问题：

(一)设计过程规范化不足

  每个设计师工作经验、设计思路各不相同，设计效率和质量层次不齐。好的设计实践无法得到固化和推广。设计师特别是新入职的员工在设计过程很难借鉴效率高的设计思路、设计步骤。已有的优秀产品设计很难有效利用、复用。

(二)数字化设计能力不足

  在设计的每个阶段，往往需要每一位设计师耗费大量的时间梳理设计模型，无法有效的借鉴已有设计，设计的集成化程度不高，重复性设计多，容易出错。

(三)知识固化复用能力不足

  设计过程中相关的设计规范、研发流程、操作指南、设计经验、优秀设计等知识散落各处，版本繁多、查询困难，不能有效利用、复用。设计过程中产生的经验教训、优秀设计等知识不能很好的积累和沉淀。

(四)设计过程质量控制不足

  设计师的经验和能力决定了产品的设计周期和质量。设计师工作经验、设计思路、研发流程各不相同，设计过程无法有效的管理、监督和检查，设计的质量无法得到保证。

  面对多样化、复杂化的产品的研制需求，这就需要企业在设计环境、设计方法、流程规范、知识积累等方面，整合已有的经验方法和资源，形成比较完善的研发体系，构筑能够统一协作的设计环境，实现基于知识驱动的产品设计。知识驱动设计是一种以缩短产品开发周期、提高产品设计质量为目的的现代设计方法。

  国睿信维软件公司着眼于智能设计领域对知识管理以及知识服务化的迫切需求，在2017年推出了知识驱动设计软件（REACH.KDD），旨在面向工业企业，以知识驱动设计和创新,为促进制造业企业产品规范化设计，提升产品数字化设计能力提供了一套智能集成设计平台。

二、产品理念

  知识驱动设计，以流程任务为导航引领设计过程，以知识资源库作为设计过程应用基础数据和规范设计的支撑，以界面化的操作传递设计意图，以模块或模板驱动作为模型快速生成的手段。产品包含以下四个理念：

(一)产品设计导航

● 将活动分解为更细颗粒度的步骤，按步骤进行设计

● 基于完整BOM结构进行裁剪，减少BOM结构搭建的时间

● 将参数直接传递给计算/仿真工具，再将结果返回

● 设计步骤页面、参数、规则等自定义配置，有效应对不同产品的设计过程

(二)设计过程参数驱动

● 将参数级的数据在活动之间、步骤之间作为输入输出传递

● 将需求参数、产品参数、各零组件参数等融入设计过程，直接关联，流转传递，保证数据源一致

● 与CAD工具集成，参数驱动生成模型

(三)知识贯穿设计始终

● 将参数间的计算过程作为公式固化到设计步骤中，简化设计过程

● 将模块、零件模板、特征模板等作为知识资源进行使用

● 优先推荐使用模块，增加设计的复用率，降低成本、提高效率

● 将设计方案保存到设计资源库，快速推荐、调用

● 将常用计算方法制作为模板，快速使用

● 设计过程中可设置碎片知识参考，包括提示信息、文档等

(四)设计过程质量控制

● 将设计过程中的质量控制点，以约束规则形式，固化到步骤中，在设计完成时进行判断产品的设计过程

● 使用零件模板、装配模板等，保证建模方法一致，提高质量和可维护性

● 基于设计结果自动生成报告，结果更规范

三、产品能力

  通过知识驱动设计（KDD：Knowledge-Driven Design）系统，构建产品平台，构建基础共用模块库管理，规范产品设计过程及步骤，实现平台化、模块化、智能化设计。

图 1知识驱动设计系统功能框架

  产品的能力如下：

(一)技术框架基础平台

  知识驱动设计系统基于技术框架基础平台（REACH.Foundation）搭建，使用其提供的用户组织，角色权限，审批流程，存储库，门户框架，消息通知，公告，菜单导航等功能。

(二)业务配置

1) 参数设置

  设置基础参数名称库，包括：参数值的类型、输入方式等，并可设置参数值的备选项。

2)规则管理

  转换计算规则：设置参数之间的转换计算关系。

  关联定义规则：设置参数之间的关联关系。

图 2 关联定义规则示意图

  条件约束规则：用于判断设计是否正确；也可用于逻辑推荐。

图 3条件约束规则示意图

  内置规则：提供其他需特殊处理规则的快速定制开发能力。

图 4内置规则示意图

3)步骤设置

图 5步骤设置示意图

  输入参数：设置步骤需要哪些输入参数；定义输入参数的数据来源，包括客户需求、产品参数、活动输入、平台、其他步骤等。

  设计参数：设置步骤需要设计的参数，设置对应规则、帮助信息等。

  输出参数：设置步骤最终输出的参数，可定义参数间的转换计算公式。

  条件约束规则：需遵守的约束规范，可用于进行正确性检查。

  其他几种步骤设置，也都存在输入/设计/输出参数等基本内容，除此外各有自己需要设置的内容。

  方案推荐类的步骤，可设置对应的方案类型、设置推荐规则，以便执行此步骤时，系统自动推荐适用的方案。

图 6方案推荐步骤示意图

  部件设计类步骤，可设置模块推荐规则，以便执行此步骤时，系统自动推荐适用的模块；设置特征及匹配规则，自动生成模型。

图 7部件设计类步骤示意图

  装配设计类步骤，需配置对应的待装配部件、部件之间、部件与模板之间，在CAD工具中进行组装时的匹配规则。

图 8装配设计类步骤示意图

4)活动设置

  可设置标准活动的输入、输出内容，包括文档、参数。

  设置活动包含的步骤，目前包括五种步骤类型。

(三)知识资源库

1)模块库管理

  模块库：模块是构成产品的可配置单元，产品设计过程中提炼出来的可通用或借鉴的零部件，放在模块库中进行管理，便于设计时根据参数值进行匹配、推荐。

  模块参数：显示当前模块的参数及其具体值；不同节点的模块可设置各自对应的参数。

  模块成本：将模块的各类成本，如设计成本、材料成本、加工成本等数据在此管理，新产品选用模块时可将成本作为参考；也可作为产品设计完成后的总体成本估算。

  所属产品：显示所有直接选用该模块的产品列表，从而分析模块库的使用率。

2)其他资源库

  骨架模板/零件模板库：3D模型的模板库。

  程序模板库：计算/仿真工具中所需使用的模板文件。

  特征模板库：常用特征的模板库。

  设计方案库：产品设计方案库，主要为一系列相关参数的管理。

(四)平台管理

  平台库是企业当前所有平台的集合，是所有产品设计初期进行选型的基础和支撑。平台库将所有平台有序分类和组织，对平台基本信息、平台超级BOM、基于平台的产品信息、基于平台的产品设计流程进行管理。

图 9平台管理示意图

  平台参数：根据需求参数进行匹配，系统自动推荐选用哪个平台；也可作为后续设计过程的参数设计范围。

  产品列表：显示此平台相关产品；可查看权限范围内的产品详情，作为新产品的设计参考。

  超级BOM：设置平台对应的完整BOM结构，新产品设计时进行裁剪；可查看各节点对应的模块信息，便于快速选用适用模块。

图 10超级BOM示意图

  设计流程：设置平台的标准设计流程，规范设计活动，为设计师提供导航。

(五)客户需求管理

  将客户需求进行管理，包括需求相关参数、文档等。

  需求可关联到产品上，并进行版本管理。

(六)产品管理

图 11产品管理示意图

  详细信息：产品参数、关联需求、所属平台等。

  产品结构：初始默认显示平台的BOM结构，可进行裁剪，任务执行后相应的设计结果会展现在BOM中。

  设计方案：产品或其分系统、组件等的设计方案、参数组合。

(七)任务执行

  任务执行时，根据各种步骤类型，根据步骤中设置的参数、转换规则等，进行自动计算，得到输出参数或设计参数。

  根据步骤中设置的方案、模块等的推荐规则，系统自动匹配，推荐最优，选择后即可将相关参数自动赋值。

  调用计算/仿真工具，将参数直接传递过去，并将计算/仿真结果值返回到界面上。

图 12任务执行示意图

  在设计过程中，输入参数值，驱动creo等工具生成模型。

图13驱动creo生成模型示意图

四、产品优势

  REACH.KDD是一个专门面向工业企业的知识驱动设计平台，针对工业企业研发设计的现状，结合国睿信维公司在工业企业产品全生命周期信息化过程积累的丰厚实践经验，具备如下优点。

● 流程驱动设计过程：基于流程驱动，将参考知识、设计规则、参数传递等融入任务模型，让设计师打开任务即可按照步骤操作引导，线上完成设计过程，实现产品设计导航；

● 产品模块化设计：基于参数匹配和逻辑判断进行模块推荐，实现产品的模块化设计；

● 知识资源统一管理：基于知识库的配置，实现设计过程知识资源的统一管理，包括模块库、参数库、规则库等；

● 知识贯穿设计始终：将碎片化知识融于设计过程中，系统自动识别设计任务要求，智能匹配设计模板、设计案例、设计参考等知识，通过自动推荐、决策建议等方式及时提醒、方便设计；系统灵活可配置：系统支持通过配置方式，实现灵活可扩展，能够适应设计步骤的用户化配置，用户能够基于自身业务特点，快速构建适用的产品设计平台；

● 第三方系统、工具集成：系统支持通过标准集成接口与其他设计工具或业务系统集成，实现平台统一、快捷操作。

五、成功案例

  目前该平台已经服务于航天、轨道交通等多家客户单位，并在市场上得到了充分的检验。具体包括中车戚墅堰所基于知识驱动的快速设计系统、航天八院八部导弹结构快速设计系统等项目。下面介绍下航天八院八部导弹结构快速设计系统。

(一)航天八院八部导弹结构快速设计系统功能简介

  航天八院八部导弹结构快速设计系统基于国睿信维REACH睿知知识驱动设计软件实现，其系统功能架构由基础平台、知识资源库、结构快速设计、产品管理、门户及可视化、集成接口组成。

图 14导弹结构快速设计系统功能架构

1)基础平台

  基础平台提供了功能单元、用户管理、权限管理、系统管理、配置扩展的基本能力，具有良好的配置性、可扩展性。

2)知识资源库

  知识资源库包括通用通用模块库、模板库、标准规范库、程序模板库、报告模板库，通过对库数据的分类管理和搜索查询调用，为结构快速设计过程提供基础数据支撑。

3)结构快速设计

  结构快速设计是系统的主要功能应用，包括结构总体布局、多方案比较、设计任务分发、模块详细设计、计算校核、仿真优化、设计报告生成、三维标注、二维图纸、同型号产品协调、三维管路设计、三维电缆设计等业务内容和环节，这些应用将通过模板模块、参数化驱动、界面化的操作等手段实现。

4)门户及可视化

  门户及可视化是结构快速设计系统提供的操作和界面展示，包括导航驱动、任务引领、参数交互、示意说明、搜索筛选、列表展示、文档输出、知识推送等，这些功能将在知识资源库、设计环节过程、产品管理的访问和操作中体现。

5)产品管理

  产品管理是对结构快速设计结果的管理，包含基本信息、设计任务管理、产品结构管理、团队管理等，结构快速设计具体实现起于产品创建，通过设计步骤的驱动导航逐步完成设计任务，归于产品的结构化管理。

6)集成接口

  与其他工具系统的集成接口主要包括Pro/E、A4系统、MathCAD、NASTRAN、Office、人员库、八院标准化工作网络平台、八部标准化质量管理、八部综合管控平台等。

(二)航天八部导弹结构快速设计系统建设成果

  通过应用结构快速设计系统，将会给产品研发带来如下提升：

1)消除重复设计、显著提高设计效率

  消除了重复建立相近的装配结构、骨架模型、特征结构、参数关联、特征关联、整件安装等工作，一般可减少重复工作量50%～70%以上，从而显著地提高设计效率，根据部件特点结构不同，可提高设计效率100%到200%，有时甚至更高。

2)设计方法导引，降低设计难度

  设计人员在系统的导引下分步骤完成设计，通过系统模板，将建模难度大工作量大的部分自动派生，设计人员仅需对个别部位进行修改即可。另外，通过系统可以使设计人员有更多的精力关注在设计上，而不是消耗在模型和特征的具体操作上。因而，降低了对设计人员的要求，设计更容易。

3)模型由系统产生，提高设计规范性

  系统的模型由模板创建，而模板是经过优化建模的优质模型，因此可以保证通过系统产生的模型的质量和规范化，消除了人为差异。

4)提高设计自动化程度

  结构快速设计系统中可以将设计经验和知识融入系统，植入经验算法或公式。对不合理的参数进行校和，一方面提高了设计质量，另一方具备了自动化设计或智能化设计的特点。

5)设计分析一体化

  通过结构快速分析模块，八部可在整合现有结构分析流程的基础上，实现将当前的结构分析流程经验、知识集成化的管理。并能够打通“设计→分析”及“分析←设计”的中间环节，可真正意义上实现基于最佳实践的“分析驱动设计”，同时“设计变更可直接驱动分析模型改变”。最终能够提升八部整体的产品设计研发效率。

6)缩短工程师培养时间

  工程师的成长一方面依靠导师和领导的引导，另一方面依靠在工程实践中反复的摸索、学习和总结。成长的过程因人和环境而异，通常需要3到5年以上才能成为研发的中坚力量。此外，在长期的工程实践中，还要允许研发人员出现一定的错误，从错误中汲取教训并提高。这些都造成了企业的学习成本过高，降低了企业的竞争力。

  在结构快速设计系统环境下，新员工从一开始就按照规范的流程、方法进行设计。防止设计失误，快速学习和提高。符合上岗条件的新员工，在结构快速设计系统上，经过1年左右的使用即可在指定的岗位进行工作，节省企业的培养成本。