協(xié)同設(shè)計在制造企業(yè)的運用

1、摘要隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展， 傳統(tǒng)的分散式串行研發(fā)模式已不能滿足目前新形勢下企業(yè)快速發(fā)展的要求。分析了企業(yè)產(chǎn)品研發(fā)階段的現(xiàn)狀與需求， 研究了協(xié)同設(shè)計的概念及其發(fā)展的合理性， 最后對企業(yè)協(xié)同設(shè)計提出了目標和建議。關(guān)鍵詞產(chǎn)品研制；制造企業(yè)；協(xié)同；在某些制造企業(yè)，尤其是科研院所，長期以來一直采用產(chǎn) 研分離的產(chǎn)品科研生產(chǎn)體制， 主要體現(xiàn)在設(shè)計所負責(zé)產(chǎn)品的設(shè)計需求、 設(shè)計開發(fā)和試制、設(shè)計定型、工藝設(shè)計等工作，而生產(chǎn)廠則根據(jù)設(shè)計 提供的圖紙、工藝路線及相關(guān)工藝文件進行產(chǎn)品的批量生產(chǎn)。計提供的通常都是二維圖紙和紙質(zhì)技術(shù)資料， 工藝文件編制和生產(chǎn)過 程中的二維圖形和三維數(shù)據(jù)模型都要重新繪制， 使得工藝準備周期較

2、長，這樣的串行工作模式也使得設(shè)計更改頻繁， 設(shè)計效率低下，設(shè)計、工藝和制造部門間的溝通成本大，研發(fā)制造成本高。目前結(jié)合數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展方向， 傳統(tǒng)的以數(shù)字量為主、 模擬量為輔的協(xié) 調(diào)工作法開始被全數(shù)字量傳遞的協(xié)調(diào)工作法代替，實現(xiàn)設(shè)計、工藝、制造的一體化協(xié)同管理模式， 使產(chǎn)品研發(fā)的信息充分共享， 縮短產(chǎn)品研制周期，降低生產(chǎn)成本，提升企業(yè)的競爭力。1 需求背景傳統(tǒng)的產(chǎn)品研制通常是采用按順序作業(yè)的工程方法， 企業(yè)的設(shè)計、工藝、 檢驗、制造都是相互獨立的活動，前一個階段的工作完成后，后一階 段的工作才能開始， 組織和管理也都是圍繞這個思路展開， 在設(shè)計階 段，設(shè)計人員無法考慮制造工藝方面的問題，

3、造成設(shè)計與工藝制造環(huán) 節(jié)的脫節(jié)，設(shè)計方面的錯誤往往要在設(shè)計后期甚至是在制造階段才發(fā) 現(xiàn)，只能返工重新設(shè)計生產(chǎn)，造成人力、物力、財務(wù)的浪費，同時產(chǎn)品質(zhì)量也無法保證。由此可見，企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計環(huán)節(jié)至關(guān)重要，好的產(chǎn)品設(shè)計，不僅體現(xiàn)在優(yōu)越的功能和性能，更要便于制造，降低成本。傳統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計過程面臨如下諸多問題。1 設(shè)計流程管理問題。設(shè)計、工藝、制造的串行流程使產(chǎn)品研發(fā)周期長、進度難以掌控，成本增加， 由于缺乏產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理應(yīng)用，因此資源共享性較差。2 三維數(shù)模應(yīng)用問題。由于企業(yè)車間采用二維圖紙指導(dǎo)生產(chǎn)， 而設(shè)計部門的三維設(shè)計應(yīng)用越來越廣泛， 設(shè)計部門需 要將三維數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換為二維圖形， 由于產(chǎn)品的復(fù)雜性，

4、很多零部件 需要多張 2 圖紙才能表示完整的信息， 工藝員和操作工需要花很多時間來理解圖紙， 設(shè)計版本控制和更改的及時性得不到保證， 這為后續(xù)的應(yīng)用帶來不便。3 設(shè)計工具分散獨立。不同設(shè)計問題的設(shè)計過程中用到的軟件工具是分散獨立的， 系統(tǒng)設(shè)計軟件之間存在不 兼容問題，在一定程度上影響了三維數(shù)據(jù)模型在生產(chǎn)制造過程中的應(yīng)用。產(chǎn)生上述問題的原因錯綜復(fù)雜，但根本原因之一是在設(shè)計時缺乏從整個產(chǎn)品生命周期考慮各環(huán)節(jié)的活動， 考慮生產(chǎn)、交付周期、成本等要求，同時缺乏知識的積累與重用。因此，要求在設(shè)計階段盡早考慮產(chǎn)品生命周期內(nèi)所有的影響因素，工藝、檢驗、材料、隨著目前新形勢下企業(yè)的快速發(fā)展，現(xiàn)有的研發(fā)模式難以

5、滿足產(chǎn)品研制過程中的跨部門、 跨單位協(xié)作的需求，必須對企業(yè)現(xiàn)有研發(fā)模式進行優(yōu)化和創(chuàng)新才能適應(yīng)外部激烈的競爭環(huán)境。對標國外先進水平，歐美國家產(chǎn)品的研發(fā)以產(chǎn)品研發(fā)中心、協(xié)同工程環(huán)境和并行設(shè)計環(huán)境等為主要支撐， 并行協(xié)同的研發(fā)模式是研發(fā)的主要發(fā)展趨勢。數(shù)字化協(xié)同研發(fā)技術(shù)是一種全新的研發(fā)模式， 其核心是多專業(yè)的數(shù)字樣機， 強調(diào)強耦合的快速設(shè)計和集成化的研發(fā) 1 。在國內(nèi)，大型制造企業(yè)的數(shù)字化技術(shù)也發(fā)展迅速，基于三維模型定義， 簡稱的數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)已經(jīng)成為新的發(fā)展趨勢，三維數(shù)字化設(shè)計技術(shù)得到廣泛應(yīng)用?；诩夹g(shù)的產(chǎn)品定義標準和規(guī)范是實現(xiàn)全三維設(shè)計技術(shù)在設(shè)計工藝制造各個環(huán)節(jié) 落地的基礎(chǔ)， 也是協(xié)同設(shè)計

6、的前提， 其廣泛應(yīng)用并行工程設(shè)計理念和方法，實現(xiàn)全生命周期數(shù)據(jù)管理，提高研發(fā)設(shè)計制造一體化，從而提高研制效率、縮短研制周期，減少研制成本。2 協(xié)同設(shè)計內(nèi)涵協(xié)同設(shè)計是以數(shù)字化設(shè)計制造為基礎(chǔ)， 設(shè)計、工藝和制造協(xié)同工作的生產(chǎn)模式。由計算機提供強大的建模和仿真環(huán)境，使產(chǎn)品的零部件從設(shè)計到工藝到生產(chǎn)及裝配過程各環(huán)節(jié)的內(nèi)容都在計算機上仿真實現(xiàn)，使產(chǎn)品研發(fā)的信息貫穿各個環(huán)節(jié)充分共享。協(xié)同設(shè)計研發(fā)模式是基于的全三維數(shù)字化研發(fā)模式， 用一個集成的三維實體模 型來完整地表達產(chǎn)品定義信息， 基于三維模型定義標準規(guī)范必須涵蓋 設(shè)計的各類零部件，將設(shè)計信息如三維尺寸標注、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息、各 種制造信息如加工要求方法共同

7、定義到產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型中， 將 模塊化設(shè)計理念應(yīng)用到產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計中， 采用數(shù)字化手段， 利用三維產(chǎn)品模型、工裝模型和三維工藝數(shù)據(jù)完全替代二維圖紙和紙質(zhì)工藝指令，成為生產(chǎn)現(xiàn)場指導(dǎo)工人工作的技術(shù)依據(jù)。協(xié)同設(shè)計包含數(shù)據(jù)協(xié)同和流程協(xié)同 2 。1 數(shù)據(jù)協(xié)同。數(shù)據(jù)協(xié)同既包括設(shè)計向工藝傳遞設(shè)計、設(shè)計圖紙及文檔，工藝轉(zhuǎn)換為工藝后，輸出工藝、工藝路線、工時定額、材料定額等，將這些信息快速傳遞給制造環(huán)節(jié)， 在制造環(huán)節(jié)加以生產(chǎn)所需的屬性后快速地進行采購和生產(chǎn)。時，業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的物料屬性例如成本、庫存等共享給設(shè)計，設(shè)計人員在任何設(shè)計環(huán)節(jié)都能查詢到材料和零部件的成本、 庫存信息， 以提供設(shè)計成本核算或報價時使用。在各業(yè)

8、務(wù)環(huán)節(jié)，特別是制造執(zhí)行環(huán)節(jié)能方便地查詢到設(shè)計文檔和設(shè)計信息， 以提供生產(chǎn)作業(yè)指導(dǎo)， 避免出錯。2 流程協(xié)同。流程協(xié)同包含銷售根據(jù)客戶對產(chǎn)品的需求和個性化描述， 快速從市場營銷環(huán)節(jié)傳遞到研制設(shè)計環(huán)節(jié)， 設(shè)計 環(huán)節(jié)完成產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計后迅速傳遞到生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)及檢驗環(huán) 節(jié)，生產(chǎn)部門根據(jù)確認的產(chǎn)品設(shè)計參數(shù)組織加工生產(chǎn)產(chǎn)品， 在訂單交期范圍內(nèi)將產(chǎn)品按質(zhì)按量地交付給客戶，最后進行相關(guān)倉庫、賬款、成本核算等業(yè)務(wù)處理。其次，流程協(xié)同體現(xiàn)在設(shè)計變更時各環(huán)節(jié)的快速決策和執(zhí)行， 發(fā)生設(shè)計變更需求時， 首先在要進行變更分析， 此時就要與業(yè)務(wù)協(xié)同， 分析變更的影響度， 對客戶或?qū)Ξa(chǎn)品。次設(shè)計變更帶來的設(shè)計、 工藝、設(shè)

9、計及工藝的變更不但要把變更的物 料、工藝信息傳遞給制造，還要把對庫存的處理、制造的處理、檢驗調(diào)試的處理、采購的處理、成本的處理通知到各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，保證業(yè)務(wù)部門進行相應(yīng)的業(yè)務(wù)處理。3 協(xié)同設(shè)計的目標改變傳統(tǒng)的設(shè)計研發(fā)模式， 以數(shù)字樣機為核心， 實現(xiàn)單一數(shù)據(jù)源的協(xié)同設(shè)計并行工作模式，保證設(shè)計和制造流程中數(shù)據(jù)的唯一性。將全三維數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)推廣到企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計的各個階段， 將數(shù)據(jù)管理和流程 管理延伸到產(chǎn)品設(shè)計的各個環(huán)節(jié)實現(xiàn)產(chǎn)品快速設(shè)計， 達到設(shè)計的標準化和規(guī)范化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提高研制效率，縮短研制周 期，降低企業(yè)成本， 推動企業(yè)從傳統(tǒng)研制模式向數(shù)字化研制模式的轉(zhuǎn)變，同時實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計知識和

10、經(jīng)驗的積累和重用， 加強知識管理和利用的手段，促進產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。4 結(jié)語數(shù)字化協(xié)同研發(fā)模式以并行工程為核心思想，是對傳統(tǒng)研制工作及流程的優(yōu)化和創(chuàng)新。利用協(xié)同研發(fā)平臺進行產(chǎn)品研發(fā)的技術(shù)狀態(tài)管理模式， 可以滿足多型 號多批次產(chǎn)品的全生命周期數(shù)據(jù)管理需求，形成網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、集 成化的多級協(xié)同工作能力，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低企業(yè)成本，適應(yīng)產(chǎn)品系列化快速研制的發(fā)展趨勢， 加快對市場的響應(yīng)速度， 從而提高企業(yè)核心競爭力。在實際運用中，建議可以借鑒國內(nèi)外相關(guān)成功經(jīng)驗，盡快開展適應(yīng)企業(yè)的協(xié)同設(shè)計建設(shè)， 提升企業(yè)的核心競爭力，推動企業(yè)發(fā)展。參考文獻 1 萬家嗣協(xié)同設(shè)計理論及其應(yīng)用研究 武漢武漢理工大學(xué)， 2

11、0022 施迸發(fā)，李濟順，焦合軍面向網(wǎng)絡(luò)化 制造的中小企業(yè)協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)研究 制造技術(shù)與機床， 20081243-47 作者張敏張順旺單位中國電子科技集團公司第三十二研究所化和規(guī)范化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提高研制效率，縮短研制周 期，降低企業(yè)成本， 推動企業(yè)從傳統(tǒng)研制模式向數(shù)字化研制模式的轉(zhuǎn)變，同時實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計知識和經(jīng)驗的積累和重用， 加強知識管理和利用的手段，促進產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計。4 結(jié)語數(shù)字化協(xié)同研發(fā)模式以并行工程為核心思想，是對傳統(tǒng)研制工作及流程的優(yōu)化和創(chuàng)新。利用協(xié)同研發(fā)平臺進行產(chǎn)品研發(fā)的技術(shù)狀態(tài)管理模式， 可以滿足多型 號多批次產(chǎn)品的全生命周期數(shù)據(jù)管理需求，形成網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)字化、集 成化的多級協(xié)同工作能力，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低企業(yè)成本，適應(yīng)產(chǎn)品系列化快速研制的發(fā)展趨勢， 加快對市場的響應(yīng)速度， 從而提高企業(yè)核心競爭力。