關(guān)于特種汽車正向設(shè)計(jì)的流程探索

崔洪杰

泰安航天特種車有限公司 山東省泰安市 271000

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(jì)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(fèi)，影響產(chǎn)品的質(zhì)量、交付，甚至企業(yè)的聲譽(yù)。

特種汽車正向設(shè)計(jì)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(shí)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(gè)過程中，產(chǎn)品先天質(zhì)量決定于設(shè)計(jì)，產(chǎn)品在原材料、制造、使用、維修等各方面的花費(fèi)，很大部分是設(shè)計(jì)階段決定的。因此設(shè)計(jì)方案的修改需盡可能在產(chǎn)品開發(fā)的前期進(jìn)行，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)一次成功。但實(shí)際研發(fā)生產(chǎn)過程中，由于種種原因會(huì)造成設(shè)計(jì)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(fèi)人力、物力、財(cái)力和時(shí)間。

為保證產(chǎn)品質(zhì)量，減少浪費(fèi)，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(jì)。從用戶需求出發(fā)確立頂層設(shè)計(jì)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(jì)開發(fā)流程

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

正向設(shè)計(jì)是整個(gè)設(shè)計(jì)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(jì)過程中，整個(gè)項(xiàng)目組的設(shè)計(jì)知識(shí)庫以及設(shè)計(jì)人員的質(zhì)量意識(shí)、技術(shù)水平和設(shè)計(jì)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(jì)質(zhì)量問題的原因有多種，如設(shè)計(jì)知識(shí)及方法掌握不到位、設(shè)計(jì)流程不明晰、設(shè)計(jì)過程不規(guī)范、設(shè)計(jì)要求及質(zhì)量要求的落實(shí)不到位等。為了從源頭杜絕或減少產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量問題，提高產(chǎn)品的設(shè)計(jì)質(zhì)量和固有可靠性，有必要從正向梳理設(shè)計(jì)流程，研究設(shè)計(jì)方法，形成一套科學(xué)、規(guī)范的設(shè)計(jì)體系，使設(shè)計(jì)人員對標(biāo)開展設(shè)計(jì)工作，規(guī)范設(shè)計(jì)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(gè)正向設(shè)計(jì)流程展開探索，即產(chǎn)品經(jīng)理完善方案設(shè)計(jì)，公司相關(guān)部門人員進(jìn)行方案評審，設(shè)計(jì)人員運(yùn)用現(xiàn)代化設(shè)計(jì)手段進(jìn)行詳細(xì)技術(shù)設(shè)計(jì)。

3 方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)的主體是產(chǎn)品經(jīng)理，在各分系統(tǒng)設(shè)計(jì)師中起著領(lǐng)頭羊作用，一個(gè)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(jì)能充分體現(xiàn)產(chǎn)品經(jīng)理產(chǎn)品的總體水平及設(shè)計(jì)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(xì)設(shè)計(jì)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(jì)者提供設(shè)計(jì)思路，提供前進(jìn)方向，能勇挑重?fù)?dān)，敢于承擔(dān)責(zé)任，遇到問題時(shí)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(jì)方案越優(yōu)化越詳細(xì)，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(jì)效益越顯著。

該階段產(chǎn)品主要配套已基本確定，重點(diǎn)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(xì)定位后，方案設(shè)計(jì)是否合理便一目了然。整車布置是一個(gè)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(dòng)機(jī)、變速器、分動(dòng)器、車橋、駕駛室、車架等輪廓，但隨著方案設(shè)計(jì)的推進(jìn)，產(chǎn)品經(jīng)理及時(shí)更新各分系統(tǒng)最新的設(shè)計(jì)，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(gè)相對完美的整車布置就此產(chǎn)生。

4 方案評審

整個(gè)研發(fā)流程過程中設(shè)置的評審點(diǎn)很多，有項(xiàng)目可行性評審、設(shè)計(jì)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(jì)評審、工藝評審、樣車評審、制造驗(yàn)收規(guī)范評審、試驗(yàn)大綱評審、轉(zhuǎn)階段評審。每個(gè)項(xiàng)目的評審點(diǎn)，在設(shè)計(jì)和開發(fā)計(jì)劃中均已列出，必要時(shí)再進(jìn)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(diǎn)，實(shí)際研發(fā)流程正向設(shè)計(jì)過程中我們重點(diǎn)關(guān)注設(shè)計(jì)方案的評審，希望所有更改事項(xiàng)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(jì)者、工藝人員、科研生產(chǎn)計(jì)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(shí)，邀請公司總工、總經(jīng)理等領(lǐng)導(dǎo)參加，這樣可達(dá)到集思廣益，優(yōu)化設(shè)計(jì)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(huì)人員，匯報(bào)結(jié)構(gòu)、功能、計(jì)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(jì)者去落實(shí)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(jì)算驗(yàn)證，再次評審，達(dá)到產(chǎn)品優(yōu)化狀態(tài)，將實(shí)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(fèi)。

方案評審在正向設(shè)計(jì)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(jì)、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(jì)的依據(jù)，是具體設(shè)計(jì)的行動(dòng)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(jì)質(zhì)量。

5 技術(shù)設(shè)計(jì)

技術(shù)設(shè)計(jì)是在產(chǎn)品方案評審?fù)瓿珊螅O(shè)計(jì)人員結(jié)合評審意見對產(chǎn)品進(jìn)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(jì)計(jì)算書，外購件、標(biāo)準(zhǔn)件采購明細(xì)，編制試驗(yàn)大綱等詳細(xì)的優(yōu)化設(shè)計(jì)過程。

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

在該正向設(shè)計(jì)流程中，設(shè)計(jì)人員通過充分運(yùn)用Creo建模，三維協(xié)同設(shè)計(jì)，ANSYS等有限元軟件分析及拓?fù)鋬?yōu)化等新的設(shè)計(jì)方法和手段，對模型進(jìn)行產(chǎn)品性能的仿真計(jì)算，虛擬試驗(yàn)，初步考察其工作應(yīng)力、運(yùn)動(dòng)過程、產(chǎn)品壽命等，為設(shè)計(jì)的可視化、精準(zhǔn)性、可靠性提供保障。協(xié)同效應(yīng)同時(shí)帶來了高效率、高質(zhì)量，規(guī)范了設(shè)計(jì)流程。原來二維設(shè)計(jì)在生產(chǎn)階段才能發(fā)現(xiàn)的干涉等低級錯(cuò)誤有效避免，原來通過參考經(jīng)驗(yàn)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(jì)師完成的圖樣經(jīng)過豐富經(jīng)驗(yàn)工程師的校對，產(chǎn)品經(jīng)理的審核，加上工藝、標(biāo)準(zhǔn)化、審定人員的進(jìn)一步檢查審簽，能有效保證圖紙質(zhì)量。同時(shí)，工藝部門提前介入到設(shè)計(jì)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(biāo)，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(jī)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(jìn)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(jì)案例

某特種汽車采用了三維協(xié)同設(shè)計(jì)，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(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)過稱中信息共享，保證了設(shè)計(jì)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(jì)人員單獨(dú)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(biāo)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(rèn)裝配。

6.8 車架總成設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)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(dá)整車重要的參照信息，方便各分系統(tǒng)設(shè)計(jì)按照整車參照，獨(dú)立設(shè)計(jì)自己負(fù)責(zé)的分子組，以最大限度地避免初始階段的設(shè)計(jì)參照錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)速度和質(zhì)量。開展三維協(xié)同設(shè)計(jì)，所有設(shè)計(jì)師擁有相同的設(shè)計(jì)平臺(tái)，統(tǒng)一的設(shè)計(jì)環(huán)境及標(biāo)準(zhǔn)庫，方便快速查找及調(diào)用，避免重復(fù)設(shè)計(jì)帶來的成本浪費(fèi)。各部分變動(dòng)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)快速設(shè)計(jì)變更，并且效果直觀，有助于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量，降低工程成本，是工程設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。這種通過Top-Down的協(xié)作設(shè)計(jì)方法讓我們的設(shè)計(jì)更準(zhǔn)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(jì)的三個(gè)關(guān)鍵流程，方案設(shè)計(jì)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(jìn)行討論，集思廣益，優(yōu)化改進(jìn)；技術(shù)設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)人員借助現(xiàn)代化設(shè)計(jì)工具及手段，對模型進(jìn)行產(chǎn)品性能的仿真計(jì)算，虛擬試驗(yàn)，初步考察其工作應(yīng)力、運(yùn)動(dòng)過程、產(chǎn)品壽命等，為設(shè)計(jì)的可視化、精準(zhǔn)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(jì)人員進(jìn)行重新設(shè)計(jì)或修改或優(yōu)化，從而大大減少實(shí)物試驗(yàn)的周期和費(fèi)用。在正向設(shè)計(jì)三個(gè)關(guān)鍵流程基礎(chǔ)上，以某特種汽車設(shè)計(jì)為例，通過三維協(xié)同設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)速度和質(zhì)量，進(jìn)而提高了產(chǎn)品質(zhì)量，減少了浪費(fèi)，節(jié)約了成本。