焦麗麗

JIAO Li-li

（鹽城工學院 優(yōu)集學院，鹽城 224051）

0 引言

近百年來，為了提高產品的設計質量，很多科技工作者對產品的設計方法進行了研究，提出了約70種設計方法，這些方法在產品設計中能在不同方面發(fā)揮不同程度的作用[1]。而如今，在全球化市場競爭環(huán)境下，企業(yè)需要以更低的成本，更短的交貨期，更好的產品質量滿足市場個性化，多樣化的需求。所以，在眾多產品設計方法中選擇出一條更適合于企業(yè)實現(xiàn)產品并行設計的模式是十分重要而具有實際意義的。當前，已步入到知識經濟時代，在各種現(xiàn)代設計手段的支持下，企業(yè)應該以先進的理念來指導設計過程，才能夠在提高市場響應速度的同時確保產品的設計質量。系統(tǒng)工程的產品設計思想能夠從整體上對產品的各種因素進行考慮和把握，設計人員應該從系統(tǒng)工程的角度來分析和研究，以系統(tǒng)工程的觀念來指導設計才能確保產品的質量。而大型三維CAD/CAE/CAM一體化設計軟件UG （Unigraphics的簡稱）融入了系統(tǒng)工程的設計思想，提供了實現(xiàn)產品并行設計的手段，是企業(yè)借助實現(xiàn)產品并行設計的很好平臺。本文以工程實例研究了系統(tǒng)工程的產品設計思想在UG中的實現(xiàn)技術，提出了在該平臺下實現(xiàn)產品并行設計的模式以供企業(yè)或讀者參考。

1 系統(tǒng)工程的產品設計思想簡介

系統(tǒng)工程方法與自頂向下設計方法類似，但與之不同的是采用模塊化設計技術，將一個大型復雜產品分解為總體控制結構和若干具有關聯(lián)性的子系統(tǒng)，避免了過于龐大的裝配結構。每個子系統(tǒng)都來自于控制結構，在保持與控制結構相關聯(lián)的條件下，可以相對獨立地展開設計工作，同時滿足產品總體設計的要求。從宏觀上講系統(tǒng)工程的產品設計有兩個特點：

一是將產品的功能、結構等因素都能包含在總體控制結構中，二是用模塊化的思想能夠實現(xiàn)并行設計。它的優(yōu)點可以概括為三個方面：一是總布置設計采用自頂向下方法控制整個產品的設計，總布置的修改通過約束定義的更新而傳遞到子系統(tǒng)設計人員；二是零部件在總布置設計變更會強制更新，保證了零部件與總布置的協(xié)調，提高了產品模型數據重復利用率；三是設計要求和變更的自動傳遞，使得設計管理更加方便高效。

2 系統(tǒng)工程思想在UG中的實現(xiàn)

UG的WAVE功能模塊是實現(xiàn)系統(tǒng)工程的產品設計思想的體現(xiàn)，UG/WAVE的推出使實現(xiàn)產品級參數化設計成為可能。在此以前的 CAD軟件的參數化技術將更多的精力放在零件本身的參數化上，而整個產品與產品的零部件的參數關系管理則比較困難。UG/WAVE 成功地解決了復雜產品設計中產品級的參數驅動問題，可以在產品級設計中控制零部件，為產品設計團隊的并行工作提供了一個良好的環(huán)境。尤其適合于解決大型產品設計中的設計更改控制問題，是面向產品級的并行工程技術。

UG的WAVE技術是概念設計與結構設計的橋梁，概念設計初步完成，細節(jié)設計便可同時展開，使并行工程優(yōu)勢得以最大程度的發(fā)揮；數據的關聯(lián)性使裝配位置和精度得到嚴格的技術保證(甚至可以不建立配對約束)；易于實現(xiàn)模型總體裝配的快速自動更新，當產品控制幾何體（裝配級）修改后，相關組件的細節(jié)設計自動更新，為縮短設計周期創(chuàng)造了條件。極大地減少了設計人員重復設計的浪費，大大提高了企業(yè)的市場競爭能力；產品設計管理極為方便高效。

3 在UG中進行產品并行設計的流程和關鍵技術

在UG中以系統(tǒng)工程為理論指導實現(xiàn)產品并行設計的流程圖1所示。

在以上的實施流程中其關鍵在于：首先把產品分析的結果體現(xiàn)在總體控制結構中，在控制結構中要包含產品的主要控制參數、主要組件的形狀和位置信息。其次是在對子系統(tǒng)劃分時從總控結構中選取有用信息對其進行控制，以實現(xiàn)數據的從上向下的傳輸，及各子系統(tǒng)間的協(xié)調統(tǒng)一。另外，在詳細設計完成產品裝配后，對產品進行各方面檢驗如果發(fā)現(xiàn)問題，這時要通過總體控制結構的修改來實現(xiàn)整個產品的更新，在這里，產品的控制結構與產品的裝配模型是分開的文件，但它們的聯(lián)系卻暗含其中，所以對總控結構的修改會自動反映到產品模型中。最后，對于劃分到最底層的每個子系統(tǒng)來說所采用的設計方法應該遵循自頂向下為主，自底向上為輔的方式進行設計，這樣對于整個產品來說實現(xiàn)了并行設計，對于每個團隊來說采用Top-Down的方法進行，大大地提高了設計效率并保證了設計質量。

4 工程實例

下面以C6240的溜板箱部件為工程實例對以上方法的實現(xiàn)進行闡述。利用上述方法，可以使部件的設計計算工作和產品的數字化建模工作同時進行，因為總體控制模型的修改可以很容易地將數據傳遞到下游。所以開始根據傳動系統(tǒng)及對溜板箱的分析確定了總控結構如圖2所示，包含控制參數，劃分的幾個子系統(tǒng)（如圖3所示）及主要組件的位置信息等。從總控結構中對每個子系統(tǒng)傳遞的數據，分發(fā)給每個團隊成員，每個團隊并行進行詳細設計，最后完成的產品裝配模型如圖4所示。

圖2 溜板箱總體控制結構

圖3 溜板箱總體控制結構

圖4 溜板箱總體控制結構

該模式的產品設計實現(xiàn)了設計計算和產品數字化模型建立的同步，實現(xiàn)了部件各子系統(tǒng)的并行設計，并且產品的裝配模型可以通過總控結構進行同步修改更新，這大大地提高了設計效率。

5 結論

系統(tǒng)工程的產品設計思想在UG中的融入，使得進行產品并行設計得以實現(xiàn)，明顯提高了設計質量，大大地減少了設計開發(fā)周期，總體設計意圖和方案可得到有效的貫徹，而且可以有效管理大型裝配并組織復雜的產品設計，從而在真正意義上實現(xiàn)產品設計開發(fā)的并行工程和協(xié)同設計，為提升企業(yè)的綜合競爭力和自主創(chuàng)新能力奠定了堅實基礎。

[1]聞邦椿.基于系統(tǒng)工程的產品設計7D規(guī)劃1+3+X綜合設計法[J].東北大學學報(自然科學版).2008,29(9);1217-1223.

[2]洪如瑾.UG WAVE產品設計技術培訓教程[M].北京：清華大學出版社,2002.

[3]王凱. 基于知識的自頂向下參數化設計與應用[J].制造業(yè)自動化.2009,31(8);163-178.