基因工程应用于分液罐的快速设计

　　0引言

　　随着计算机技术的快速发展，产品设计的效率得到很大程度的提高，但仍无法实现市场个性化需求的快速响应。面对这种设计创新和效率上的瓶颈，开发出一款具有效率高、质量优、成本投入少等特点的新兴模式的设计平台将是制造业亟待解决的问题[1].本文以小批量生产的分液罐产品为对象，将基因工程应用于分液罐的快速设计过程中，实现分液罐的快速化设计。

　　1快速设计

　　快速设计（Rapid Design,RD），也称为敏捷设计（Agile Design,AD），是指建立在互联网和计算机技术上，以产品的通用化、标准化和系列化为基础，在一定的调控机制下通过对产品基型进行重新配置、结构变形等快速设计出新产品，以满足用户个性化定制需求的设计方法[2-3].目前，国内外关于快速设计的原理和方法主要有：基于实例推理的产品智能快速设计；基于特征和参数化的快速设计；基于公理化和知识的机械产品快速设计；基于模块化的机械产品快速设计；基于遗传学的产品快速设计等。

　　2产品基因工程

　　2.1产品基因工程概述

　　基因工程（Genetic Engineering）也称DNA重组技术，是在分子水平上对基因进行操作的复杂技术，即通过基因载体将目的基因传递到受体细胞中，并使之进一步扩增和表达，从而创造理想生物性状的一种工程技术。

　　产品基因工程是针对成熟的产品，将其功能和结构划分为最小的结构和功能单元，并进行分类提取，按照一定的数据结构存储到产品基因文库中，为获取产品目的基因奠定基础，与此同时对产品的基因信息进行扩增，按组织结构分离产品基因，依照产品基因的配置规则进行基因重组，经过一系列操作与控制，获得符合设计要求的产品实例。

　　2.2产品基因的基本特征和内容

　　产品基因是传递产品结构和功能的最小遗传单位，与生物基因相似，产品基因也具有自组织性、遗传性和适应性。

　　产品基因包含了产品全生命周期中的所有信息，通过对产品功能和结构进行全面、综合的分析，可以得到产品基因的信息内容，如表1所示。

　　3基于基因工程的快速设计的关键技术

　　3.1 SQL Server数据库技术

　　ODBC是微软公司开放服务结构的一个组成部分，它提供了标准的ODBC API作为信息流以方便互联访问，而API利用SQL来执行其大部分任务。OD-BC亦提供了对SQL的支持，用户可以直接将SQL语句传输给ODBC.

　　3.2基因提取技术

　　在基于基因工程的产品快速设计过程中，采用TOP-DOWN模型建立产品的基因模型，再进行模块划分，建立基于功构映射机制的功能表面集，最终确定涵盖产品全生命周期的产品信息。产品基因提取主要包括其功能基因、结构基因、控制基因以及目的基因的提取。按照功能需求，本文设计的分液罐可划分为罐体、支撑机构、爬梯以及其他附属机构等模块，各机构中的使定表面和定位表面组成了分液罐的功能表面，然后通过“逆转录”得到分液罐的功能基因。

　　在产品快速设计过程中，产品的单个功能需求可以由多种结构实现，因此，功能和结构是“一对多”的映射关系。结构基因的提取基本上解决了功构“多对一”映射模式中存在的问题，从而实现了从产品功能信息到结构信息之间的传递和映射。分液罐的功构映射关系如表2所示。

　　控制基因是结构基因的表达，它在管理结构信息的同时进行结构基因序列的调控，从而表达它们之间的关系。驱动产品模型时，产品的功能和结构信息伴随详细设计的进行而被收入基因文库，从而功能和结构需求信息能够随着产品基因的逐步表达遗传给新的零部件，最终在新产品中得以表达和体现。

　　在产品基因工程中，依据功能基因能够表达产品某项子功能或者结构基因能够表达产品某种子结构，而这类用于重组或表达的特定产品基因称为产品的目的基因[4].目的基因主要通过构建基因文库及数据库的检索方式来提取，依据目的基因和产品基因的概念，对产品进行功能及结构分解，并将其快速设计系统进行模块划分，主要包括设计计算模块、零件草图和草图装配关系、工程图图元位置及属性信息等内容以及程序化语言块等，对其进行分类存储。

　　3.3产品基因扩增技术

　　在产品基因工程中，基因的扩增是指产品的几何结构、装配定位和工程图调整等相关信息的扩增，并不是产品基因数量的增加。基因扩增为基因重组提供了物质基础和条件。产品基因扩增过程如图1所示。

　　3.4产品基因重组技术

　　产品基因重组流程如图2所示。基因重组的具体步骤如下：

　　①按照产品总需求，分析基因模型中不合理的配置规则和有缺陷的结构，确定产品的不良表面，根据基因文库检索机制和功构映射关系，查找出不良产品基因，将其从产品基因中分离，最终得到载体基因；②检索产品基因文库，依据个性化定制需求获得产品目的基因；③对目的基因和载体进行基因扩增；④依据产品基因重组的配置规则，将目的基因和载体进行基因重组；⑤根据评价体系，判断是否满足需求，不满足跳转至步骤2重新检索产品目的基因，满足则表明产品基因重组成功，将重组后得到的新基因储存到产品基因文库中。

　　3.5产品基因表达技术

　　产品基因表达是指在产品基因工程理论的指导下，将产品的遗传信息依据一定的配置规则在其进化方向上借助调控手段令其在具体的产品结构上表达。产品基因的表达过程如图3所示。

　　4分液罐快速设计系统的实现

　　选用SolidWorks为开发平台，以Microsoft Visu-al Studio 2008为 编 程 工 具，Microsoft SQL Server2008为数据库，构建分液罐的快速设计系统[5].用户按照其个性化功能和设计需求将产品信息录入文件，文件以Excel格式提交给系统，进而实现项目的新建、功能需求的分解、模块分解以及设计方案录入。分液罐快速设计系统主界面如图4所示，零部件的参数设置界面如图5所示。

　　5总结

　　以产品快速设计理论为基础，将基因工程应用到产品的快速设计中，通过对产品进行基因获取、扩增、重组和表达，实现产品的系列化、规范化和自动化设计，有助于提高企业设计效率，能快速响应市场个性化的定制需求，最终提高企业的市场竞争力。

　　参考文献：

　　[1] 马如平，仲梁维。基于事物特性表的除氧器参数化设计系统[J].计算机系统应用，2012,28（3）：62-64.

　　[2]Li XM,Lu WH,X N,et al.A rapid design system for thetransmission system of mounter worktable based onsecond development of SolidWorks[J].Advanced MaterialsResearch,2013,605:592-595.

　　[3] 高博，阎艳，丁洪生，等。基于知识组件的夹具元件快速设计研究[J].北京理工大学学报，2013,33（10）：1021-1026.

　　[4] 杨金勇。基于功能表面的机械产品基因工程理论与技术研究[D].济南：山东大学，2007:44-48.

　　[5] 吴淑芳，苏铁熊，王宗彦，等。基于遗传学的产品快速设计系统研究与实现[J].机械设计与研究，2013,29（4）：6-10.