基于CSCW的復雜光學遙感器工藝與設(shè)計協(xié)同方法研究

王彥崢 韓 杰 張志剛 郭 鋒

設(shè)計·工藝

基于CSCW的復雜光學遙感器工藝與設(shè)計協(xié)同方法研究

王彥崢 韓 杰 張志剛 郭 鋒

（北京空間機電研究所，北京 100094）

闡述了復雜光學遙感器協(xié)同制造中工藝與設(shè)計協(xié)同工作方法和管理思路。針對產(chǎn)品設(shè)計過程中工藝參與設(shè)計的活動，運用CSCW技術(shù)構(gòu)建工藝與設(shè)計協(xié)同工作平臺，建立新的工藝與設(shè)計協(xié)同工作方式，完善工藝與設(shè)計協(xié)同工作流程和程序，將工藝與設(shè)計協(xié)同工作覆蓋產(chǎn)品方案設(shè)計/三維模型構(gòu)建/詳細設(shè)計全過程，實現(xiàn)與產(chǎn)品設(shè)計并行開展設(shè)計工藝性審查和工藝設(shè)計。

CSCW；復雜光學遙感器；工藝與設(shè)計協(xié)同；工作流程和程序

1 引言

復雜產(chǎn)品是指用戶需求復雜、技術(shù)復雜、構(gòu)成復雜、制造復雜和項目管理復雜的一類產(chǎn)品[1]。復雜光學遙感器是集光學、精密機械、電子學、探測器、熱控技術(shù)于一體的復雜、精密光學儀器設(shè)備，在軌運行中完成對地球或其它星球的觀測任務(wù)。企業(yè)在現(xiàn)有管理體制下，產(chǎn)品設(shè)計時設(shè)計人員更加關(guān)注產(chǎn)品功能和性能的需求，因工藝知識不夠而缺乏對產(chǎn)品可制造性即設(shè)計工藝性方面的考慮，時常造成產(chǎn)品加工難度大、生產(chǎn)周期長、制造成本高的現(xiàn)象。因此很有必要對產(chǎn)品設(shè)計過程中工藝參與設(shè)計的活動加以規(guī)范，建立工藝與設(shè)計協(xié)同工作方式，以保證工藝人員能夠從產(chǎn)品方案設(shè)計開始介入產(chǎn)品開發(fā)全過程，提高產(chǎn)品設(shè)計方案的工藝可行性、產(chǎn)品的可制造性。

CSCW（Computer Supported Collaborative Work，計算機支持協(xié)同工作），即利用計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，在不同部門、不同地域的用戶之間進行互聯(lián)互通的協(xié)同工作。當前普遍基于Web Service技術(shù)，可以方便地實現(xiàn)制造系統(tǒng)的數(shù)據(jù)標準化，解決當前制造系統(tǒng)集成瓶頸?；贑SCW的復雜光學遙感器工藝與設(shè)計協(xié)同平臺是計算機支持協(xié)同工作的一個應用領(lǐng)域，它將產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PLM）、產(chǎn)品項目協(xié)同研制系統(tǒng)（AVIDM）、計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)（CAPP）和科研生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)（MES）深度融合，解決了信息孤島問題，實現(xiàn)了信息交互、三維設(shè)計下廠和結(jié)構(gòu)化工藝；工藝人員借助協(xié)同工作平臺參與產(chǎn)品設(shè)計全過程，并同步開展工藝技術(shù)準備。

2 工藝與設(shè)計協(xié)同內(nèi)涵

工藝與設(shè)計協(xié)同是產(chǎn)品設(shè)計過程中一項重要工作，是提高產(chǎn)品設(shè)計工藝性、可制造性的重要措施。設(shè)計工藝性是指設(shè)計的產(chǎn)品在現(xiàn)有生產(chǎn)條件（生產(chǎn)單位已有的或即將具備的廠房、設(shè)備、人員技能、工藝水平和可以實現(xiàn)的協(xié)作），以較短生產(chǎn)周期、較低制造成本和質(zhì)量較穩(wěn)定的方式和方法將其生產(chǎn)出來的可行性[2]。

在現(xiàn)有設(shè)計工藝性審查流程的基礎(chǔ)上，將設(shè)計工藝性審查提前至產(chǎn)品方案設(shè)計階段，增加設(shè)計方案工藝可行性分析與評價、三維模型技術(shù)交流兩個環(huán)節(jié)。在產(chǎn)品設(shè)計過程中工藝與設(shè)計協(xié)同工作主要有三項，設(shè)計方案工藝可行性分析與評價、三維模型技術(shù)交流、設(shè)計文件工藝性審查與會簽，詳見圖1。

圖1 工藝與設(shè)計協(xié)同工作主要項目

本文提出的工藝與設(shè)計協(xié)同內(nèi)涵是指工藝、設(shè)計人員共同完成產(chǎn)品設(shè)計中一些事項的過程，如設(shè)計方案工藝可行性分析與評價、三維模型技術(shù)交流、設(shè)計文件工藝性審查與會簽等。

3 工藝與設(shè)計協(xié)同方式改進

原有工藝與設(shè)計協(xié)同工作是以工藝和設(shè)計人員現(xiàn)場集同工作形式為主，使用的設(shè)計文件需要打印或?qū)㈦娔X搬到集同現(xiàn)場，存在參與集同人員到不齊、異地人員花費往返路途時間較多等缺點。

通過對現(xiàn)有應用軟件再開發(fā)，構(gòu)建基于CSCW的工藝與設(shè)計協(xié)同平臺，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、產(chǎn)品項目協(xié)同研制系統(tǒng)、計算機輔助工藝設(shè)計系統(tǒng)和科研生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)之間的信息互聯(lián)互通，達到網(wǎng)上、異地進行工藝與設(shè)計協(xié)同工作的目的。

3.1 基于CSCW的工藝與設(shè)計協(xié)同平臺功能模型

針對產(chǎn)品設(shè)計過程中的工藝與設(shè)計協(xié)同工作項目及要求，建立基于CSCW的工藝與設(shè)計協(xié)同平臺功能模型，見圖2，主要有如下層次：

圖2 基于CSCW的工藝與設(shè)計協(xié)同平臺功能模型

應用層為不同部門、不同地域之間協(xié)同工作的交互層，能夠?qū)a(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計的應用程序互通，為工藝和設(shè)計人員提供便捷的協(xié)同環(huán)境。

通信層為工藝和設(shè)計人員對某產(chǎn)品進行多人協(xié)同工作時，通過建立的通信協(xié)議，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計文件（二維/三維圖紙）、設(shè)計工藝性審查、工藝文件等信息的傳遞。

協(xié)同工作層為工藝和設(shè)計人員在產(chǎn)品設(shè)計過程中提供協(xié)同工作空間，能夠開展設(shè)計方案工藝可行性分析與評價、三維模型技術(shù)交流和設(shè)計文件工藝性審查等協(xié)同工作。

數(shù)據(jù)庫層在產(chǎn)品設(shè)計過程中能夠記錄工藝與設(shè)計協(xié)同等信息，并提供產(chǎn)品數(shù)據(jù)、產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計和生產(chǎn)管理等信息共享。

3.2 基于CSCW的工藝與設(shè)計協(xié)同工作過程模型

針對產(chǎn)品設(shè)計過程中的工藝與設(shè)計協(xié)同工作項目及要求，建立基于CSCW的工藝與設(shè)計協(xié)同工作過程模型，見圖3。

圖3 基于CSCW的工藝與設(shè)計協(xié)同工作過程模型

4 完善協(xié)同工作流程和程序

結(jié)合工藝與設(shè)計協(xié)同方式改進，完善工藝與設(shè)計協(xié)同工作流程和程序。工藝與設(shè)計協(xié)同工作從產(chǎn)品方案設(shè)計時開始。若產(chǎn)品設(shè)計變更較大，適時重新對設(shè)計方案進行工藝可行性分析、三維模型技術(shù)交流和設(shè)計文件工藝性審查與會簽。

4.1 完善協(xié)同工作流程

完善后的工藝與設(shè)計協(xié)同工作流程見圖4。

圖4 工藝與設(shè)計協(xié)同工作流程

a. 產(chǎn)品主任設(shè)計師根據(jù)產(chǎn)品組成和特點，確定工藝與設(shè)計協(xié)同具體工作項目，納入型號技術(shù)流程和計劃流程。

b. 針對復雜新研產(chǎn)品，必要時成立工藝與設(shè)計協(xié)同工作組，重點圍繞產(chǎn)品關(guān)鍵技術(shù)開展協(xié)同工作。

c. 在主任設(shè)計師組織下，主管設(shè)計人員負責、主管工藝人員參與，采取集同工作、技術(shù)交流、審查確認方式，開展工藝與設(shè)計協(xié)同的活動。具體內(nèi)容如下：

集同工作方式：通過集同工作，共同完成產(chǎn)品設(shè)計方案工藝可行性分析與評價。技術(shù)交流方式：采用交流方式，開展產(chǎn)品設(shè)計（如三維模型設(shè)計）技術(shù)交底，傳遞設(shè)計意圖、了解工藝要求。審查確認方式：以會議、會簽形式，對設(shè)計方案報告審查確認，對設(shè)計文件進行工藝性審查與會簽。

4.2 完善協(xié)同工作程序

圍繞產(chǎn)品方案設(shè)計、三維模型構(gòu)建、詳細設(shè)計三個過程，完善工藝與設(shè)計協(xié)同工作程序，并制定相關(guān)管理規(guī)范如《工藝工作程序》和《產(chǎn)品設(shè)計方案工藝可行性評價方法》等。

4.2.1 設(shè)計方案工藝可行性分析與評價

設(shè)計方案工藝可行性分析與評價是指在滿足產(chǎn)品功能和性能的前提下，為確定合理、優(yōu)化、經(jīng)濟的設(shè)計方案，對產(chǎn)品設(shè)計方案進行工藝可行性分析與評價。

a. 新研產(chǎn)品，特別是復雜產(chǎn)品方案設(shè)計時，通過設(shè)計集同工作或設(shè)計技術(shù)交底等活動，按部組件、單機、分系統(tǒng)對設(shè)計方案進行工藝可行性分析與評價。

b. 設(shè)計方案工藝可行性評價方法，按照對工藝可行性影響程度，評價要素分為五個關(guān)鍵要素和九個一般要素，詳見圖5。不同產(chǎn)品可對要素進行調(diào)整。

將每個評價要素設(shè)定為優(yōu)秀、良好、一般和差四個等級和不同的分值，根據(jù)關(guān)鍵要素和一般要素的分值累計結(jié)果，工藝可行性評定分為好、一般、差三個等級[3]。

c.將設(shè)計方案的工藝可行性分析與評價內(nèi)容作為獨立章節(jié)納入產(chǎn)品設(shè)計方案報告，必要時單獨形成報告。

圖5 設(shè)計方案工藝可行性評價要素

4.2.2 三維模型技術(shù)交流

目前，產(chǎn)品設(shè)計已使用三維設(shè)計軟件，為確保產(chǎn)品三維設(shè)計做到可制造、可檢測，應增加三維模型技術(shù)交流環(huán)節(jié)，進行三維模型的設(shè)計工藝性審查。

a. 在復雜新研產(chǎn)品三維模型設(shè)計時，一般以單機、部組件為對象，通過技術(shù)交流，傳遞設(shè)計意圖，了解工藝要求。

b. 應從產(chǎn)品總布局、結(jié)構(gòu)和零件的合理性及可制造性、原材料和元器件的選用、工藝成熟和穩(wěn)定性、裝配關(guān)系及裝配路徑的合理性、裝配可操作性等方面提出工藝意見或建議。

c. 通過三維模型技術(shù)交流完善三維模型設(shè)計。

4.2.3 設(shè)計文件工藝性審查與會簽

設(shè)計文件工藝性審查與會簽是指在產(chǎn)品詳細設(shè)計時，工藝部門負責全面審查產(chǎn)品和零件結(jié)構(gòu)等設(shè)計圖樣工藝性，提出工藝意見和建議并完成工藝會簽的過程。

a. 依據(jù)各研制階段工藝性審查要素，審查設(shè)計文件的工藝性，提出工藝性審查意見及建議。

b. 必要時，通過溝通了解產(chǎn)品的功能和性能、結(jié)構(gòu)特點、使用要求等，知曉設(shè)計思路。

c. 通過設(shè)計工藝性審查識別工藝風險和制造難點，確定工藝攻關(guān)項目和新工藝鑒定項目，及時開展工藝攻關(guān)和新工藝鑒定試驗工作。

4.2.4 記錄要求

在產(chǎn)品設(shè)計過程中開展各項工藝與設(shè)計協(xié)同工作并做好記錄。

5 應用實例和效果

空間光學遙感器是集光、機、電、熱等技術(shù)的復雜產(chǎn)品。在某型號產(chǎn)品設(shè)計時，設(shè)計師首次選用了碳化硅作為大口徑反射鏡材料，同時在結(jié)構(gòu)上進行了輕量化設(shè)計，為此鏡坯制備過程在鏡面一側(cè)增加了工藝筋。碳化硅屬于難加工且易崩邊的材料，去除工藝筋成為碳化硅反射鏡加工中遇到的第一個難題。工藝人員從產(chǎn)品方案設(shè)計就與設(shè)計人員進行協(xié)同工作，在圖紙下廠投產(chǎn)前識別出碳化硅鏡坯工藝筋去除加工難點和工藝風險，提前開展工藝攻關(guān)，經(jīng)工藝試驗研究突破并掌握了機器人柔帶濕磨去筋工藝技術(shù)，實現(xiàn)碳化硅鏡坯工藝筋高效去除，與外協(xié)加工相比，大大縮短去除工藝筋加工時間，加工效率提高了30%，大幅降低加工費用，為型號進度提供工藝保證，有力支撐了產(chǎn)品研發(fā)。

6 結(jié)束語

開展基于CSCW的復雜光學遙感器工藝與設(shè)計協(xié)同方法研究，建立新的工藝與設(shè)計協(xié)同工作方式，明確工藝與設(shè)計協(xié)同工作流程和程序，在產(chǎn)品設(shè)計過程中實現(xiàn)了從產(chǎn)品方案設(shè)計、三維模型設(shè)計和詳細設(shè)計的三個切入點開展工藝與設(shè)計協(xié)同工作。一方面工藝人員從方案設(shè)計階段就參與產(chǎn)品設(shè)計，討論設(shè)計工藝性并提出改進建議，有助于產(chǎn)品設(shè)計工藝性和可制造性的提高。另一方面提前做好工藝技術(shù)準備，針對工藝難點提前開展工藝攻關(guān)，為復雜產(chǎn)品研制提供工藝保證，為降低產(chǎn)品制造成本和縮短生產(chǎn)周期給予技術(shù)保障，特別是對于復雜產(chǎn)品研制產(chǎn)生了事半功倍的效果。

1 李伯虎，柴旭東，朱文海．復雜產(chǎn)品集成制造系統(tǒng)技術(shù)[J]．航空制造技術(shù)，2002(12)：17～20

2 尚育如. 航天工藝基礎(chǔ)知識培訓教材（上）[M]. 北京：中國宇航出版社，2005

3 Q/QJ59 產(chǎn)品設(shè)計方案工藝可行性分析要求[S]. 2010：2～3

Research on Collaborative Process and Design Method of Complex Optical Remote Sensor Based on CSCW

Wang Yanzheng Han Jie Zhang Zhigang Guo Feng

(Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094)

The paper presents the cooperative work method and management ideas of process and design for the collaborative manufacturing of complex optical remote sensor. For the craftsman participating in design activities in the process of product design, the method builds the process and design collaborative work platform using CSCW technology, and establishes a new collaborative working mode of process and design, and improves the workflow and procedures of process and design collaborative, which covers the whole process of product scheme design/3D model construction/detailed design with the collaborative work of process and design, thus carries out the design process review and process design in parallel with product design.

CSCW；complex optical remote sensor；process and design collaborative；workflow and procedures

王彥崢（1962），工程師，機械工程和工商管理專業(yè)；研究方向：工藝管理和產(chǎn)品保證。

2020-05-15