PTC開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境下的產(chǎn)品模塊化與系列化設計研究

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1 前言    模塊化與系列化已成為現(xiàn)今裝備產(chǎn)品發(fā)展的一個趨勢。在保持產(chǎn)品基本模塊的基礎上,，通過模塊化、系列化設計,，可以方便地實現(xiàn)內(nèi)部功能的整合,、外部功能的擴展，既保持了成熟產(chǎn)品的內(nèi)在優(yōu)勢,，又大大拓寬了產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展的空間,。
    中國兵器裝備研究院通過引進和應用PTC 公司的產(chǎn)品開發(fā)體系，在裝備產(chǎn)品快速研發(fā),、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等方面,，獲得了一體化集成的高效工具和先進實用的設計思想。從而有能力快速高效地在統(tǒng)一集成環(huán)境下,，以模塊為基礎,，構建通用化零部件庫和基型參數(shù)化產(chǎn)品庫，形成對接口特征的固化技術,。利用PTC產(chǎn)品開發(fā)體系的專用工具,，靈活地實現(xiàn)Top- down自頂向下的裝備新產(chǎn)品模塊化、系列化設計工作,。

3 p8 S8 X8 G3 q8 w+ f9 B, W( J% ~2 模塊化與系列化,、組合化、通用化和標準化的關系
9 w4 [5 J: ]- I1 _: D    模塊化設計技術是由產(chǎn)品系列化,、組合化,、通用化和標準化的需求而孕育的。
    系列化的目的在于用有限品種和規(guī)格的產(chǎn)品來最大限度,、且較經(jīng)濟合理地滿足需求方對產(chǎn)品的要求,。組合化是采用一些通用系列部件與較少數(shù)量的專用部件、零件組合而成的專用產(chǎn)品。通用化是借用原有產(chǎn)品的成熟零部件,，不但能縮短設計周期,，降低成本，而且還增加了產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性,。標準化零部件實際上是跨品種,、跨廠家甚至跨行業(yè)的更大范圍零部件通用化。由于這種高度的通用化,，使得這種零部件可以由工廠的單獨部門或?qū)ｉT的工廠去單獨進行專業(yè)化制造,。
$ v  O6 X0 W7 J/ g9 s/ ^/ W' J$ _+ ]    在進行產(chǎn)品系列化設計時，進行統(tǒng)一規(guī)劃,，使盡可能多的零部件相互通用,，僅設計和制造其中專用的零部件，然后與現(xiàn)有的或外購的通用部件組裝在一起,，這巳成為一條必須遵循的原則,。
    所以針對這一目標采取的項目進程是：通過模塊化設計的研究，建立模塊分類及庫管理,，確立模塊接口的特征匹配,，使零部件模塊能夠按照功能要求實現(xiàn)通用化、組合化,，進而實現(xiàn)產(chǎn)品的系列化,。
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' Q: x5 F% m* m: c, G% x. L% [& f2 B3 產(chǎn)品模塊化、系列化設計分類與庫管理
    產(chǎn)品模塊化設計按照自頂向下研究分類,，包括系統(tǒng)級模塊,、產(chǎn)品級模塊、部件級模塊,、零件級模塊；再按照功能及加工和組合要求研究分類,，包括基本模塊,、通用模塊、專用模塊,；然后按照接口組合要求研究分類,，包括內(nèi)部接口模塊、外部接口模塊,。以產(chǎn)品級模塊化為例,，就是在需求調(diào)查的基礎上，對裝備產(chǎn)品的構成進行分析,，考察其中的功能互換性與幾何互換性的關系,，并劃分基本模塊，通用模塊或?qū)Ｓ媚�塊，以模塊為基礎進行內(nèi)部接口,、外部接口設計,，通過加、減,、換,、改相應模塊以構成新的產(chǎn)品，并滿足裝備產(chǎn)品的功能指標要求,。
9 a! ^$ e. u9 H4 j- N  |    裝備產(chǎn)品系列化設計基于上述的各個層次的模塊規(guī)劃和相互組合,，裝備產(chǎn)品是滿足戰(zhàn)術技術要求的一類產(chǎn)品，它的系列化方法與普通機械產(chǎn)品有所不同,，以產(chǎn)品級系列化為例,，采用系列化的思想可將裝備產(chǎn)品進行抽象與系列分類，構成橫系列（在基型裝備產(chǎn)品基礎上擴展外部模塊的變型產(chǎn)品系列）,，縱系列（主要零部件可通用的幾種規(guī)格裝備產(chǎn)品形成一個家族化產(chǎn)品系列）,，以及跨系列（主要零部件相近或通用的幾種裝備產(chǎn)品形成一套系列）。
    實現(xiàn)產(chǎn)品模塊化,、系列化設計的首要基礎是建立一定數(shù)量的參數(shù)化零部件模塊庫或基型產(chǎn)品型號庫,，并建立相關的統(tǒng)一分類管理框架。然后,，在應用過程中不斷擴展充實以使其成為一個精確,、無冗余、通用化的零部件模塊庫和確保重用度的產(chǎn)品型號庫,。
# |1 {1 j3 _3 N) L, ^3 q    在Pro/ENGINEER Wildfire野火版環(huán)境中,，通過確定零部件關鍵參數(shù)、寫入計算關系,、構建零件級或部件級族表的方式,，建立各級零部件的參數(shù)化、系列化模塊,，并不斷充實到通用模塊庫中,。一些標準件的模塊庫可以從市場上購置添加，而一些專業(yè)性強的通用模塊庫需組織專門人員開發(fā),。如圖1所示為：采用參數(shù)關系族表建立的可撓性裝配的專用系列化多股螺旋壓縮彈簧的設計模塊,。進一步可采用Pro/INTRALINK更好地管理這些通用模塊庫。
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4 產(chǎn)品模塊接口特征的固化技術

    產(chǎn)品模塊化,、系列化設計的另一重要基礎是必須建立各模塊間接口的主要結構特征匹配,。對于產(chǎn)品內(nèi)部接口模塊，由于其專用性強,、通用性低,，并且組合性弱,，主要是固化模塊接口的主要結構特征，目標是便于模塊的變形設計和內(nèi)部擴展,。對于產(chǎn)品外部接口模塊,，由于接口通用性要求高、裝配組合性能要求強,，除固化模塊接口的主要結構特征以外,，還需建立接口的標準化，實現(xiàn)更大范圍的組合,。
    在Pro/ENGINEER Wildfire野火版環(huán)境中,，接口特征依據(jù)裝配情況選擇用零件級特征或是部件級特征，可以采取兩種方式實現(xiàn)接口特征的固化技術,。一是針對內(nèi)部接口,，通過在入庫模塊中采用約束及鎖定相關特征的方式，固化接口特征,。二是針對標準化的外部接口,，通過使用UDF用戶自定義特征方式，形成固化的接口特征庫,。進一步可采用Pro/ToolKit二次開發(fā)技術,，對上述接口特征進行方便快速的設計與管理。如圖2所示為：采用UDF和二次開發(fā)技術進行某瞄準具模塊的接口特征固化設計,。圖3所示為：采用模塊化與系列化設計,，可靈活拆卸組合，為裝備系列附件提供接口的導軌接口系統(tǒng),。
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6 J$ h/ ?1 q) Q0 ]  c& w1 S6 L5 產(chǎn)品模塊化,、系列化的Top- down設計
9 x7 B6 K$ N6 p5 i# E3 C6 t    完成了一定數(shù)量的零部件模塊庫或基型產(chǎn)品型號庫，形成了各模塊間接口的主要結構特征匹配固化,，并建立了相關的統(tǒng)一分類管理框架之后,，即可進行Top- down自頂向下的新產(chǎn)品模塊化、系列化設計工作,，并在實際的產(chǎn)品變形設計,、產(chǎn)品組合設計及產(chǎn)品創(chuàng)新設計中，不斷擴充通用模塊庫,、型號庫和標準化的模塊接口特征定義，逐步實現(xiàn)Top- down設計的優(yōu)化,。
# Z7 w/ J( m9 e0 ?    在Pro/ENGINEER Wildfire野火版環(huán)境中,，通過方案規(guī)劃設計Layout技術，導入系列化的主產(chǎn)品結構定義,，建立系統(tǒng)模塊骨架模型,，控制設計意圖在系統(tǒng)模塊間的接口參數(shù)傳遞，形成產(chǎn)品模塊化系列化的邏輯裝配，依靠通用模塊庫和接口特征庫的支持,，實現(xiàn)產(chǎn)品的詳細設計和完全裝配,，最終實現(xiàn)系列產(chǎn)品完整樣機的數(shù)字化模擬裝配。如圖4所示為Top- down自頂向下的產(chǎn)品模塊化,、系列化設計工作流程框圖,。
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6  結束語

    實際應用中，要求設計人員具有較高的技術水平,，在PTC的產(chǎn)品開發(fā)體系環(huán)境中,，用簡練的特征和參數(shù)表達模塊及接口特征，采用Top- down自頂向下的設計,，有效管理模塊化,、系列化產(chǎn)品組織的復雜設計，并將總體的設計意圖和方案有效貫徹始終,。通過循環(huán)優(yōu)化,，完成產(chǎn)品的整體設計，并及時豐富和完善模塊化與系列化的資源庫,。模塊化與系列化設計應用體現(xiàn)了發(fā)展思路,、設計思路、管理思路的變革,，產(chǎn)品設計師運用PTC的產(chǎn)品開發(fā)體系包含的先進設計思想和高效工具,，通過嚴謹細致的全面規(guī)劃，將繼承,、整頓,、開發(fā)、預研相綜合,，充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)或成品,，最大程度地降低了各方面的研制風險，節(jié)省了開發(fā)費用,、縮短了研制周期,，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。同時,，通過整合,、規(guī)劃、改造成熟產(chǎn)品,，使原有的產(chǎn)品系統(tǒng)煥發(fā)了新的活力,。

老鷹

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