關(guān)于特種汽車正向設(shè)計的流程探索

崔洪杰

摘 要：特種汽車正向設(shè)計中最重要的三個流程：一是產(chǎn)品經(jīng)理完善方案設(shè)計，二是公司相關(guān)部門人員方案評審，三是設(shè)計人員運用現(xiàn)代化設(shè)計手段進行詳細技術(shù)設(shè)計。通過運用三維協(xié)同設(shè)計和有限元軟件仿真分析及拓撲優(yōu)化，在模型初始階段即投入實際生產(chǎn)前就實現(xiàn)了優(yōu)化設(shè)計，避免了產(chǎn)品后期生產(chǎn)裝配過程中的干涉及過多售后問題，從而大大縮短了產(chǎn)品設(shè)計周期，保證了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了人力、物力、財力浪費，降低了成本。

關(guān)鍵詞：特種汽車;正向設(shè)計;流程;成本

1 引言

隨著特種汽車任務(wù)持續(xù)增長，產(chǎn)品在生產(chǎn)、售后服務(wù)中暴露出的問題呈上升態(tài)勢，造成設(shè)計方案更改，研制過程反復(fù)。這些問題在不同程度上帶來極大浪費，影響產(chǎn)品的質(zhì)量、交付，甚至企業(yè)的聲譽。

特種汽車正向設(shè)計流程作為新產(chǎn)品開發(fā)過程最重要的控制環(huán)節(jié)，流程的落實將直接影響產(chǎn)品生產(chǎn)、交付和服務(wù)各環(huán)節(jié)。在產(chǎn)品開發(fā)的整個過程中，產(chǎn)品先天質(zhì)量決定于設(shè)計，產(chǎn)品在原材料、制造、使用、維修等各方面的花費，很大部分是設(shè)計階段決定的。因此設(shè)計方案的修改需盡可能在產(chǎn)品開發(fā)的前期進行，使產(chǎn)品設(shè)計一次成功。但實際研發(fā)生產(chǎn)過程中，由于種種原因會造成設(shè)計過程反復(fù)，給后續(xù)的研制、生產(chǎn)工作帶來一系列問題和隱患，浪費人力、物力、財力和時間。

為保證產(chǎn)品質(zhì)量，減少浪費，降低成本，生產(chǎn)制造型企業(yè)亟需重視技術(shù)，按程序開展正向設(shè)計。從用戶需求出發(fā)確立頂層設(shè)計要求，盡可能減少產(chǎn)品在生產(chǎn)環(huán)節(jié)發(fā)生的質(zhì)量問題，避免引起過程反復(fù)，做到一次成功。

2 設(shè)計開發(fā)流程

特種汽車的新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)會涉及到公司內(nèi)外多個部門或單位組織，大致流程簡化為：市場調(diào)研→項目評估→設(shè)計開發(fā)策劃→方案設(shè)計→方案評審→技術(shù)設(shè)計→樣車制作→樣車評審→優(yōu)化資料→小批試制→試驗驗證→設(shè)計確認→研制總結(jié)→批量生產(chǎn)→結(jié)束。

正向設(shè)計是整個設(shè)計開發(fā)流程中的重要部分，是產(chǎn)品質(zhì)量形成的根源。在產(chǎn)品設(shè)計過程中，整個項目組的設(shè)計知識庫以及設(shè)計人員的質(zhì)量意識、技術(shù)水平和設(shè)計能力對確保產(chǎn)品質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。產(chǎn)品發(fā)生設(shè)計質(zhì)量問題的原因有多種，如設(shè)計知識及方法掌握不到位、設(shè)計流程不明晰、設(shè)計過程不規(guī)范、設(shè)計要求及質(zhì)量要求的落實不到位等。為了從源頭杜絕或減少產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量問題，提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量和固有可靠性，有必要從正向梳理設(shè)計流程，研究設(shè)計方法，形成一套科學(xué)、規(guī)范的設(shè)計體系，使設(shè)計人員對標開展設(shè)計工作，規(guī)范設(shè)計流程與行為。

本文主要對影響產(chǎn)品質(zhì)量最關(guān)鍵的三個正向設(shè)計流程展開探索，即產(chǎn)品經(jīng)理完善方案設(shè)計，公司相關(guān)部門人員進行方案評審，設(shè)計人員運用現(xiàn)代化設(shè)計手段進行詳細技術(shù)設(shè)計。

3 方案設(shè)計

方案設(shè)計的主體是產(chǎn)品經(jīng)理，在各分系統(tǒng)設(shè)計師中起著領(lǐng)頭羊作用，一個好的產(chǎn)品很大部分程度上取決于產(chǎn)品經(jīng)理綜合素質(zhì)及能力。方案設(shè)計能充分體現(xiàn)產(chǎn)品經(jīng)理產(chǎn)品的總體水平及設(shè)計思路，他們對相關(guān)產(chǎn)品的繼承性最透徹，在各分系統(tǒng)的詳細設(shè)計中起到統(tǒng)籌作用。俗話說：火車跑得快，全靠車頭帶。產(chǎn)品經(jīng)理，首先是技術(shù)骨干，能為設(shè)計者提供設(shè)計思路，提供前進方向，能勇挑重擔(dān)，敢于承擔(dān)責(zé)任，遇到問題時能從容判斷應(yīng)對，能拍板做決定。在該階段，磨刀不誤砍柴工，設(shè)計方案越優(yōu)化越詳細，影響因素考慮越充分，后期產(chǎn)品問題越少，質(zhì)量越高，對后續(xù)開展其他工作越有利，帶來的經(jīng)濟效益越顯著。

該階段產(chǎn)品主要配套已基本確定，重點關(guān)注整車布置合理性，底盤三大件、車身、上裝接口、各分系統(tǒng)零部件詳細定位后，方案設(shè)計是否合理便一目了然。整車布置是一個反復(fù)檢查校對，逐漸完善優(yōu)化的過程。最初的整車布置僅是很簡單的框架，只有發(fā)動機、變速器、分動器、車橋、駕駛室、車架等輪廓，但隨著方案設(shè)計的推進，產(chǎn)品經(jīng)理及時更新各分系統(tǒng)最新的設(shè)計，干涉、難制作、維修性差等問題很容易暴露，經(jīng)過產(chǎn)品經(jīng)理調(diào)解，先解決主要矛盾，后解決次要矛盾，哪些分系統(tǒng)必須更改，哪些適應(yīng)性更改，經(jīng)過多輪反復(fù)適應(yīng)性優(yōu)化調(diào)整，一個相對完美的整車布置就此產(chǎn)生。

4 方案評審

整個研發(fā)流程過程中設(shè)置的評審點很多，有項目可行性評審、設(shè)計輸入評審、整車方案評審、各分系統(tǒng)方案評審、技術(shù)設(shè)計評審、工藝評審、樣車評審、制造驗收規(guī)范評審、試驗大綱評審、轉(zhuǎn)階段評審。每個項目的評審點，在設(shè)計和開發(fā)計劃中均已列出，必要時再進行可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性和環(huán)境適應(yīng)性以及元器件、原材料等專題評審。根據(jù)需要可增加或取消評審點，實際研發(fā)流程正向設(shè)計過程中我們重點關(guān)注設(shè)計方案的評審，希望所有更改事項能在該階段一次性完成。

方案評審由產(chǎn)品經(jīng)理組織該車型所有設(shè)計者、工藝人員、科研生產(chǎn)計劃部、車間、質(zhì)量、售后服務(wù)等部門相關(guān)人員參加，必要時，邀請公司總工、總經(jīng)理等領(lǐng)導(dǎo)參加，這樣可達到集思廣益，優(yōu)化設(shè)計方案的目的。產(chǎn)品經(jīng)理將整車布置方案用三維模型展現(xiàn)給參會人員，匯報結(jié)構(gòu)、功能、計算分析依據(jù)等，然后由各評審人員根據(jù)自身崗位從不同角度發(fā)現(xiàn)提出問題，經(jīng)過大家探索討論，集思廣益，最后由設(shè)計者去落實解決。經(jīng)過兩三輪優(yōu)化更改模型，完善更改方案，探討合理性，計算驗證，再次評審，達到產(chǎn)品優(yōu)化狀態(tài)，將實際生產(chǎn)裝配或售后過程中可能出現(xiàn)的問題做出預(yù)判并采取措施消除，避免后期樣車造出來再去更改方案帶來的過程反復(fù)及浪費。

方案評審在正向設(shè)計流程中起承上啟下的作用，在所有評審環(huán)節(jié)中最重要，能優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計、提高產(chǎn)品質(zhì)量、提高綜合效益。確定后的方案可以作為技術(shù)設(shè)計的依據(jù)，是具體設(shè)計的行動指南。主要目的是：避免類似產(chǎn)品制作過程中發(fā)生的問題，確定產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)，提升產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量。

5 技術(shù)設(shè)計

技術(shù)設(shè)計是在產(chǎn)品方案評審?fù)瓿珊?，設(shè)計人員結(jié)合評審意見對產(chǎn)品進行全面的技術(shù)規(guī)劃，具體確定零部件結(jié)構(gòu)、尺寸、配合關(guān)系、技術(shù)條件，確定各系統(tǒng)原理圖，產(chǎn)品設(shè)計計算書，外購件、標準件采購明細，編制試驗大綱等詳細的優(yōu)化設(shè)計過程。

技術(shù)設(shè)計是產(chǎn)品正向設(shè)計流程中重在落實的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，產(chǎn)品的合理性、工藝性、經(jīng)濟性、可靠性都在這一階段完成。技術(shù)設(shè)計的目的，是在已批準的技術(shù)任務(wù)書基礎(chǔ)上，完成產(chǎn)品的主要計算和主要零部件的詳細設(shè)計工作。

在該正向設(shè)計流程中，設(shè)計人員通過充分運用Creo建模，三維協(xié)同設(shè)計，ANSYS等有限元軟件分析及拓撲優(yōu)化等新的設(shè)計方法和手段，對模型進行產(chǎn)品性能的仿真計算，虛擬試驗，初步考察其工作應(yīng)力、運動過程、產(chǎn)品壽命等，為設(shè)計的可視化、精準性、可靠性提供保障。協(xié)同效應(yīng)同時帶來了高效率、高質(zhì)量，規(guī)范了設(shè)計流程。原來二維設(shè)計在生產(chǎn)階段才能發(fā)現(xiàn)的干涉等低級錯誤有效避免，原來通過參考經(jīng)驗才能確定的材料應(yīng)力可以通過有限元分析軟件模擬仿真迅速得出結(jié)果。最后，設(shè)計師完成的圖樣經(jīng)過豐富經(jīng)驗工程師的校對，產(chǎn)品經(jīng)理的審核，加上工藝、標準化、審定人員的進一步檢查審簽，能有效保證圖紙質(zhì)量。同時，工藝部門提前介入到設(shè)計流程，根據(jù)零部件圖紙及焊接、裝配順序，技術(shù)要求，熟悉各零部件預(yù)留公差、技術(shù)指標，哪些是關(guān)鍵尺寸需要控制，哪些是非關(guān)聯(lián)尺寸按自由公差即可，提前繪制零件下料圖，編制下料、焊接、機加、涂裝、裝配等工序過程流程，明確各工序安排，優(yōu)化工藝流程，進一步保證了產(chǎn)品的高質(zhì)量，高效益。

6 某特種汽車三維協(xié)同設(shè)計案例

某特種汽車采用了三維協(xié)同設(shè)計，在整車骨架模型中通過使用發(fā)布與復(fù)制幾何功能來實現(xiàn)設(shè)計過稱中信息共享，保證了設(shè)計質(zhì)量。產(chǎn)品經(jīng)理建立了較高級別的整車骨架，低級骨架由設(shè)計人員單獨完成。具體步驟如下：

6.1 新建整車裝配體并添加參數(shù)。

6.2 創(chuàng)建骨架。

6.3 打開骨架模型，創(chuàng)建車架中心面、車架上平面、各橋中心面。

6.4 創(chuàng)建整車坐標系。

6.5 參照一橋中心面，創(chuàng)建拉伸特征，新建左右縱梁輪廓。

6.6 創(chuàng)建整車發(fā)布幾何。

6.7 創(chuàng)建整車產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，完成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)搭建及任務(wù)劃分，分系統(tǒng)均為默認裝配。

6.8 車架總成設(shè)計師打開車架總成并創(chuàng)建骨架，在骨架模型中完成幾何復(fù)制。

6.9 在車架總成中創(chuàng)建子裝配并完成各零部件設(shè)計及裝配。

其他分系統(tǒng)操作類似。

按照上述步驟，產(chǎn)品經(jīng)理在三維設(shè)計環(huán)境中，根據(jù)骨架模型建立了直觀的數(shù)字化參照模型，表達整車重要的參照信息，方便各分系統(tǒng)設(shè)計按照整車參照，獨立設(shè)計自己負責(zé)的分子組，以最大限度地避免初始階段的設(shè)計參照錯誤，提高設(shè)計速度和質(zhì)量。開展三維協(xié)同設(shè)計，所有設(shè)計師擁有相同的設(shè)計平臺，統(tǒng)一的設(shè)計環(huán)境及標準庫，方便快速查找及調(diào)用，避免重復(fù)設(shè)計帶來的成本浪費。各部分變動能及時發(fā)現(xiàn)，可實現(xiàn)快速設(shè)計變更，并且效果直觀，有助于提高設(shè)計質(zhì)量，降低工程成本，是工程設(shè)計技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。這種通過Top-Down的協(xié)作設(shè)計方法讓我們的設(shè)計更準確更快速。

7 結(jié)束語

本文主要探索了特種汽車正向設(shè)計的三個關(guān)鍵流程，方案設(shè)計階段，產(chǎn)品經(jīng)理統(tǒng)籌全局，積極溝通協(xié)調(diào)敲定技術(shù)要求，完善優(yōu)化整車布置;方案評審階段，技術(shù)、工藝、生產(chǎn)、質(zhì)量、售后等部門相關(guān)人員對產(chǎn)品方案進行討論，集思廣益，優(yōu)化改進;技術(shù)設(shè)計階段，設(shè)計人員借助現(xiàn)代化設(shè)計工具及手段，對模型進行產(chǎn)品性能的仿真計算，虛擬試驗，初步考察其工作應(yīng)力、運動過程、產(chǎn)品壽命等，為設(shè)計的可視化、精準性、可靠性提供保障。如果產(chǎn)品不能滿足使用要求，可以立即返回設(shè)計人員進行重新設(shè)計或修改或優(yōu)化，從而大大減少實物試驗的周期和費用。在正向設(shè)計三個關(guān)鍵流程基礎(chǔ)上，以某特種汽車設(shè)計為例，通過三維協(xié)同設(shè)計，提高了設(shè)計速度和質(zhì)量，進而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了浪費，節(jié)約了成本。

參考文獻：

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