淺議并行設(shè)計(jì)及柔性設(shè)計(jì)在大型部件及其工藝裝備設(shè)計(jì)過程中的應(yīng)用

苑崢 趙輝

【摘要】本文論述了并行工程CE(Concurrent Engineering)在某型相控陣?yán)走_(dá)天線研制過程中起到的重要作用。產(chǎn)品中的大型結(jié)構(gòu)件在設(shè)計(jì)階段與其裝配型架采用并行設(shè)計(jì)，且對裝配型架采取柔性設(shè)計(jì)，縮短了該產(chǎn)品的研制周期，降低了生產(chǎn)成本，也為該產(chǎn)品后續(xù)改進(jìn)型的研制提供了裝備。

【關(guān)鍵字】并行工程、裝配型架、柔性設(shè)計(jì)

并行工程(Concurrent Engineering)是對產(chǎn)品及其相關(guān)過程（包括制造過程和支持工程）進(jìn)行并行、集成化處理的系統(tǒng)方法和綜合技術(shù)。自20世紀(jì)80年代提出以來，美國、歐共體和日本等發(fā)達(dá)國家均給予了高度重視，成立研究中心，并實(shí)施了一系列以并行工程為核心的政府支持計(jì)劃。并行工程的產(chǎn)品開發(fā)模式在現(xiàn)代制造業(yè)中是一種很重要的模式，成為中國制造業(yè)和自動化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。該技術(shù)在我公司某大型相控陣?yán)走_(dá)天線的設(shè)計(jì)和制造過程中發(fā)揮了重要的作用。

一、并行工程的產(chǎn)品開發(fā)模式克服了傳統(tǒng)串行工程產(chǎn)品開發(fā)模式的弊端

在制造業(yè)中傳統(tǒng)的串行工程的產(chǎn)品開發(fā)模式如下：產(chǎn)品需求分析 產(chǎn)品設(shè)計(jì)工藝設(shè)計(jì) 生產(chǎn)準(zhǔn)備 加工裝配質(zhì)量檢驗(yàn) 修改并完善設(shè)計(jì)批量生產(chǎn) 。這種將整個(gè)產(chǎn)品開發(fā)全過程細(xì)分為很多步驟，按照勞動分工的模式劃分為各部門和個(gè)人都只做其中相對獨(dú)立的一部分工作，它的缺陷是設(shè)計(jì)與制造的嚴(yán)重分離，設(shè)計(jì)師只負(fù)責(zé)按照功能要求把產(chǎn)品設(shè)計(jì)出來，至于如何加工生產(chǎn)，則是工藝師的事，這種形式的設(shè)計(jì)可以形象的稱為“扔過墻”式的設(shè)計(jì)。

隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，這種設(shè)計(jì)方式的弊端越來越多的暴露出來：出于設(shè)計(jì)沒考慮工藝性，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品制造成本高，沒有競爭力；出于各環(huán)節(jié)串行，生產(chǎn)準(zhǔn)備只能在設(shè)計(jì)完全結(jié)束后啟動，延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，喪失了占領(lǐng)市場的機(jī)會；更為嚴(yán)重的情形是，一些設(shè)計(jì)要求在制造時(shí)很難實(shí)現(xiàn)甚至根本無法實(shí)現(xiàn)，很多難題在進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)時(shí)才體現(xiàn)出來，由此導(dǎo)致的返工既浪費(fèi)了人力，又延誤了工期。產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)是串行的，工藝設(shè)計(jì)和工藝裝備設(shè)計(jì)不能提前，延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，由此導(dǎo)致的設(shè)計(jì)圖紙更改頻繁，如果再加上繁瑣的設(shè)計(jì)圖紙的審批流程，那么將嚴(yán)重影響產(chǎn)品的生命力。

現(xiàn)代制造業(yè)已開始廣泛的應(yīng)用并行工程，它研究的范圍包括并行工程管理與過程控制技術(shù)、并行設(shè)計(jì)技術(shù)、快速制造技術(shù)。其中并行設(shè)計(jì)技術(shù)要求設(shè)計(jì)階段并行地設(shè)計(jì)產(chǎn)品及其相關(guān)過程（包括制造過程）的系統(tǒng)方法。它的作法是在產(chǎn)品開發(fā)初期，組織多種職能協(xié)同工作的項(xiàng)目組，使有關(guān)人員從一開始就獲得對新產(chǎn)品需求的要求和信息，積極研究涉及本部門的工作業(yè)務(wù)，并將所需要求提供給設(shè)計(jì)人員，使許多問題在開發(fā)早期就得到解決，從而保證了設(shè)計(jì)的質(zhì)量，避免了大量的返工浪費(fèi)。

二、并行工程的產(chǎn)品開發(fā)模式在我公司研發(fā)技術(shù)方面發(fā)揮了良好的作用

我公司在研發(fā)某新型相控陣?yán)走_(dá)系統(tǒng)過程中廣泛采用了并行設(shè)計(jì)的技術(shù)。在設(shè)計(jì)層面，建立計(jì)算機(jī)網(wǎng)路，廣泛采用虛擬制造，模型仿真，并讓產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)人員形成交流機(jī)制，廣泛采取設(shè)計(jì)評審和工藝評審，提高了設(shè)計(jì)正確性，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，增加上下游階段人員的信息交流，使下游人員獲得足夠的信息以開展他們的工作，以利于設(shè)計(jì)工作并行，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，實(shí)現(xiàn)工藝裝備與產(chǎn)品設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)工藝、工裝、材料的并行準(zhǔn)備，使制造系統(tǒng)與設(shè)計(jì)系統(tǒng)不形成大循環(huán)，縮短產(chǎn)品試樣的生產(chǎn)周期。在管理層面，建立如“XX指揮部”機(jī)構(gòu)，管理項(xiàng)目開發(fā)經(jīng)費(fèi)、進(jìn)程和計(jì)劃。采用這種模式該樣機(jī)產(chǎn)品復(fù)雜程度雖然遠(yuǎn)大于以往產(chǎn)品，但是卻提前9個(gè)月交付于最終的實(shí)戰(zhàn)打靶檢驗(yàn)。該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案如下圖：

該相控陣制導(dǎo)雷達(dá)站是大型電子產(chǎn)品，電子元器件高度集成化，其天線在不足5平方米的圓形陣面內(nèi)安裝了1萬2千多個(gè)移相器組件，該陣面的框架結(jié)構(gòu)件采用加工成為柵格的大型鋁合金板用飛機(jī)裝配工藝鉚接而成，為了保證移相器組件的安裝精度，滿足作為天線的電氣性能，散熱需要，該部件具有相當(dāng)高的尺寸要求及平面精度，以及結(jié)構(gòu)輕便的特點(diǎn)（約280kg）。面對該部件如此高精度的要求，裝配工作需要在裝配型架上進(jìn)行。以往的型架為減小裝配過程中框架結(jié)構(gòu)的變形，并保證零件間正確定位，型架設(shè)計(jì)成為剛性結(jié)構(gòu)，而且一套型架只能用于一個(gè)裝配對象，因此，該系列雷達(dá)天線生產(chǎn)準(zhǔn)備過程中需要制造大量的裝配型架，由于尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此裝配型架的制造周期長，成本高，而且占地面積大，傳統(tǒng)的裝配型架上要安裝許多定位件，為保證定位精度，定位件的安裝往往需要專用安裝儀器，如電子經(jīng)緯儀、激光準(zhǔn)直儀等，工作的分散性差，安裝效率低，周期長。

與該部件設(shè)計(jì)同時(shí)開始的裝配型架設(shè)計(jì)，為了節(jié)約成本，解決生產(chǎn)場地緊張問題，提高空間利用率，減少型架加工周期，在該框架結(jié)構(gòu)件的裝配型架設(shè)計(jì)過程中采用了柔性設(shè)計(jì)、零件模塊化的方法，打破了以往“專用型架”的模式。對于型架的定位零件、夾緊等零件采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化模式設(shè)計(jì)。對與大型零件如橫梁、底座等成熟設(shè)計(jì)則采取并行措施，設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行材料準(zhǔn)備。對于型架的立柱采取柔性設(shè)計(jì)，在立柱上加工坐標(biāo)孔，使定位緊固元件可以準(zhǔn)確地安裝在多個(gè)位置，靈活調(diào)整，為了定位裝配對象，將定位板加工成刻度板，并在刻度板上加工坐標(biāo)孔，通過銷釘將刻度板定位在立柱上，使型架“去專用化”。

該相控陣?yán)走_(dá)天線的外框材料采用鋁合金板及其成型零件，用氬弧焊焊接而成，焊接后的框架也具有較高的精度要求。其焊接夾具設(shè)計(jì)時(shí)采用柔性設(shè)計(jì)方法，在焊接夾具的基準(zhǔn)板上設(shè)計(jì)了經(jīng)緯格式的凹槽，對定位夾緊元件采用模塊化設(shè)計(jì)。雖然單個(gè)焊接夾具的成本略有提高，但是該焊接夾具已成為該系列框架結(jié)構(gòu)的通用工裝，減少了后續(xù)投資，并節(jié)省了生產(chǎn)用地。同時(shí)，正是在設(shè)計(jì)階段采取了并行的方法，為完善設(shè)計(jì)贏得了時(shí)間，在工藝裝備設(shè)計(jì)上使用了柔性設(shè)計(jì)的方法，則為一項(xiàng)產(chǎn)品（例如我公司的大型武器系統(tǒng)）形成系列化，后續(xù)改進(jìn)型產(chǎn)品不斷推出，延長產(chǎn)品的生命周期提供了可能。

現(xiàn)代大型裝備制造過程已經(jīng)廣泛采取了并行工程，但在該方法的具體運(yùn)用上還存在不足，各分工的交叉并行的管理方面還存在執(zhí)行力不足的情況，還需要工程技術(shù)人員和管理人員更加協(xié)同合作才能使并行工程的方法發(fā)揮最大效能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 秦現(xiàn)生 并行工程的理論與方法 西北工業(yè)大學(xué)出版社2008-5-1

[2] 馬履中、周建忠 編著《柔性制造技術(shù)要求，柔性制造技術(shù)參數(shù)》化學(xué)工業(yè)出版設(shè)2010-9

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