PTC開發(fā)系統(tǒng)環(huán)境下的產(chǎn)品模塊化與系列化設(shè)計(jì)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(gè)趨勢(shì),。在保持產(chǎn)品基本模塊的基礎(chǔ)上，通過模塊化,、系列化設(shè)計(jì),，可以方便地實(shí)現(xiàn)內(nèi)部功能的整合、外部功能的擴(kuò)展,，既保持了成熟產(chǎn)品的內(nèi)在優(yōu)勢(shì),，又大大拓寬了產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展的空間。
: [2 p$ ^$ u' j+ t    中國兵器裝備研究院通過引進(jìn)和應(yīng)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(jìn)實(shí)用的設(shè)計(jì)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(chǔ)，構(gòu)建通用化零部件庫和基型參數(shù)化產(chǎn)品庫,，形成對(duì)接口特征的固化技術(shù),。利用PTC產(chǎn)品開發(fā)體系的專用工具，靈活地實(shí)現(xiàn)Top- down自頂向下的裝備新產(chǎn)品模塊化,、系列化設(shè)計(jì)工作,。
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" r. o. Z& ^8 V9 a0 g) b2 模塊化與系列化、組合化,、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的關(guān)系
! ]( S- T" f& Z3 W! F* p# R. W    模塊化設(shè)計(jì)技術(shù)是由產(chǎn)品系列化,、組合化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)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(jì)合理地滿足需求方對(duì)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(shè)計(jì)周期,，降低成本,，而且還增加了產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性。標(biāo)準(zhǔn)化零部件實(shí)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(dú)部門或?qū)ｉT的工廠去單獨(dú)進(jìn)行專業(yè)化制造,。
2 E2 ^% s( j) T1 q: r  v4 b' L    在進(jìn)行產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)時(shí),，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃,，使盡可能多的零部件相互通用，僅設(shè)計(jì)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。
  ^4 `% f9 `; V    所以針對(duì)這一目標(biāo)采取的項(xiàng)目進(jìn)程是：通過模塊化設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)通用化,、組合化,，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的系列化。
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3 產(chǎn)品模塊化,、系列化設(shè)計(jì)分類與庫管理
    產(chǎn)品模塊化設(shè)計(jì)按照自頂向下研究分類,，包括系統(tǒng)級(jí)模塊、產(chǎn)品級(jí)模塊,、部件級(jí)模塊、零件級(jí)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(jí)模塊化為例，就是在需求調(diào)查的基礎(chǔ)上,，對(duì)裝備產(chǎn)品的構(gòu)成進(jìn)行分析,，考察其中的功能互換性與幾何互換性的關(guān)系，并劃分基本模塊,，通用模塊或?qū)Ｓ媚�塊,，以模塊為基礎(chǔ)進(jìn)行內(nèi)部接口、外部接口設(shè)計(jì),，通過加,、減、換,、改相應(yīng)模塊以構(gòu)成新的產(chǎn)品,，并滿足裝備產(chǎn)品的功能指標(biāo)要求。
    裝備產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)基于上述的各個(gè)層次的模塊規(guī)劃和相互組合,，裝備產(chǎn)品是滿足戰(zhàn)術(shù)技術(shù)要求的一類產(chǎn)品,，它的系列化方法與普通機(jī)械產(chǎn)品有所不同,，以產(chǎn)品級(jí)系列化為例，采用系列化的思想可將裝備產(chǎn)品進(jìn)行抽象與系列分類,，構(gòu)成橫系列（在基型裝備產(chǎn)品基礎(chǔ)上擴(kuò)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(gè)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）,。
  \/ }6 {) c. p3 P! n; @5 P0 n    實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模塊化,、系列化設(shè)計(jì)的首要基礎(chǔ)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(hào)庫，并建立相關(guān)的統(tǒng)一分類管理框架,。然后,，在應(yīng)用過程中不斷擴(kuò)展充實(shí)以使其成為一個(gè)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(hào)庫,。
    在Pro/ENGINEER Wildfire野火版環(huán)境中，通過確定零部件關(guān)鍵參數(shù),、寫入計(jì)算關(guān)系,、構(gòu)建零件級(jí)或部件級(jí)族表的方式，建立各級(jí)零部件的參數(shù)化,、系列化模塊,，并不斷充實(shí)到通用模塊庫中。一些標(biāo)準(zhǔn)件的模塊庫可以從市場(chǎng)上購置添加,，而一些專業(yè)性強(qiáng)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(guān)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(shè)計(jì)模塊。進(jìn)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(shù)

    產(chǎn)品模塊化,、系列化設(shè)計(jì)的另一重要基礎(chǔ)是必須建立各模塊間接口的主要結(jié)構(gòu)特征匹配。對(duì)于產(chǎn)品內(nèi)部接口模塊,，由于其專用性強(qiáng),、通用性低，并且組合性弱,，主要是固化模塊接口的主要結(jié)構(gòu)特征,，目標(biāo)是便于模塊的變形設(shè)計(jì)和內(nèi)部擴(kuò)展。對(duì)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(qiáng)，除固化模塊接口的主要結(jié)構(gòu)特征以外,，還需建立接口的標(biāo)準(zhǔn)化,，實(shí)現(xiàn)更大范圍的組合。
7 D! X" C8 c. M+ Q) {+ x    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(jí)特征或是部件級(jí)特征,，可以采取兩種方式實(shí)現(xiàn)接口特征的固化技術(shù),。一是針對(duì)內(nèi)部接口，通過在入庫模塊中采用約束及鎖定相關(guān)特征的方式,，固化接口特征,。二是針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)一步可采用Pro/ToolKit二次開發(fā)技術(shù)，對(duì)上述接口特征進(jìn)行方便快速的設(shè)計(jì)與管理,。如圖2所示為：采用UDF和二次開發(fā)技術(shù)進(jìn)行某瞄準(zhǔn)具模塊的接口特征固化設(shè)計(jì),。圖3所示為：采用模塊化與系列化設(shè)計(jì)，可靈活拆卸組合,，為裝備系列附件提供接口的導(dǎo)軌接口系統(tǒng),。


5 產(chǎn)品模塊化、系列化的Top- down設(shè)計(jì)
' n# ]4 \! T  k6 o* N    完成了一定數(shù)量的零部件模塊庫或基型產(chǎn)品型號(hào)庫,，形成了各模塊間接口的主要結(jié)構(gòu)特征匹配固化,，并建立了相關(guān)的統(tǒng)一分類管理框架之后，即可進(jìn)行Top- down自頂向下的新產(chǎn)品模塊化,、系列化設(shè)計(jì)工作,，并在實(shí)際的產(chǎn)品變形設(shè)計(jì)、產(chǎn)品組合設(shè)計(jì)及產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計(jì)中,，不斷擴(kuò)充通用模塊庫、型號(hào)庫和標(biāo)準(zhǔn)化的模塊接口特征定義,，逐步實(shí)現(xiàn)Top- down設(shè)計(jì)的優(yōu)化,。
* H! j( ]  H) {' i    在Pro/ENGINEER Wildfire野火版環(huán)境中，通過方案規(guī)劃設(shè)計(jì)Layout技術(shù),，導(dǎo)入系列化的主產(chǎn)品結(jié)構(gòu)定義,，建立系統(tǒng)模塊骨架模型，控制設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)和完全裝配,，最終實(shí)現(xiàn)系列產(chǎn)品完整樣機(jī)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(shè)計(jì)工作流程框圖,。

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6  結(jié)束語

    實(shí)際應(yīng)用中,，要求設(shè)計(jì)人員具有較高的技術(shù)水平，在PTC的產(chǎn)品開發(fā)體系環(huán)境中,，用簡(jiǎn)練的特征和參數(shù)表達(dá)模塊及接口特征,，采用Top- down自頂向下的設(shè)計(jì),，有效管理模塊化、系列化產(chǎn)品組織的復(fù)雜設(shè)計(jì),，并將總體的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì),，并及時(shí)豐富和完善模塊化與系列化的資源庫,。模塊化與系列化設(shè)計(jì)應(yīng)用體現(xiàn)了發(fā)展思路、設(shè)計(jì)思路,、管理思路的變革,，產(chǎn)品設(shè)計(jì)師運(yùn)用PTC的產(chǎn)品開發(fā)體系包含的先進(jìn)設(shè)計(jì)思想和高效工具，通過嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的全面規(guī)劃,，將繼承,、整頓、開發(fā),、預(yù)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(fēng)險(xiǎn),，節(jié)省了開發(fā)費(fèi)用,、縮短了研制周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性,。同時(shí),，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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