安濤

摘 要：本文根據(jù)公司現(xiàn)研發(fā)現(xiàn)狀和水平，結(jié)合先進的技術(shù)手段，主要闡述了如何搭建模塊化快速設(shè)計平臺，并利用平臺改變公司研發(fā)模式，提高公司整體研發(fā)能力水平的總體設(shè)想與思路。從而實現(xiàn)基于模塊的產(chǎn)品快速配置、方案定義和數(shù)字化模型組裝等，繼承產(chǎn)品設(shè)計知識經(jīng)驗，提升產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量和效率，促進實現(xiàn)產(chǎn)品的精益研發(fā)。

關(guān)鍵詞：模塊化；快速設(shè)計；模板；數(shù)據(jù)庫；

0、引言

大連公司作為目前國內(nèi)惟一一家能同時研制電力機車、內(nèi)燃機車、城市軌道車輛及大功率中速柴油機的國家重點大型企業(yè)，如何將技術(shù)優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為市場優(yōu)勢是公司面臨的重要問題。隨著市場競爭的加劇和信息化技術(shù)在工業(yè)中的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)有的產(chǎn)品研發(fā)模式已經(jīng)不能滿足市場需求。

目前，公司已在機車、城軌、柴油機各業(yè)務(wù)板塊基于PLM系統(tǒng)建立了設(shè)計規(guī)范并逐步形成了完整的數(shù)字化樣機產(chǎn)品，但產(chǎn)品模塊化程度不適應(yīng)當前市場需求，設(shè)計變形能力及研發(fā)周期長等不足。結(jié)合公司整體規(guī)劃及市場需求，本項目在產(chǎn)品全面線上設(shè)計的基礎(chǔ)上，將進一步梳理和完善機車、城軌、柴油機產(chǎn)品各子系統(tǒng)特征，通過梳理定義基于模塊化平臺的產(chǎn)品設(shè)計方法，定義產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊，建立基于型號產(chǎn)品的模塊化、系列化快速設(shè)計平臺，實現(xiàn)產(chǎn)品模塊的數(shù)據(jù)庫管理和結(jié)構(gòu)化檢索，從而實現(xiàn)基于模塊的產(chǎn)品快速配置、方案定義和數(shù)字化模型組裝等，通過模塊化快速設(shè)計系統(tǒng)，可以提升產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量和效率，繼承產(chǎn)品設(shè)計知識經(jīng)驗，減少設(shè)計師無價值的數(shù)據(jù)查詢和模型建立時間，促進實現(xiàn)產(chǎn)品的精益研發(fā)。

1、平臺建設(shè)的必要性

隨著工業(yè)化和信息化的深度融合的時代背景下，傳統(tǒng)的制造業(yè)面臨著一場極其深刻的變革。傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)及生產(chǎn)模式周期長、成本高，日本、德國和美國等工業(yè)發(fā)達國家已采用了一系列新的生產(chǎn)方式，如精益生產(chǎn)和敏捷制造等來適應(yīng)這種變革，模塊化設(shè)計是實現(xiàn)產(chǎn)品新生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù)。發(fā)達國家在成熟產(chǎn)品的設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合模塊化理論研究的結(jié)果，成功的開展了產(chǎn)品模塊化設(shè)計應(yīng)用。美國福特汽車公司對發(fā)動機實現(xiàn)了模塊化設(shè)計，對不同規(guī)格發(fā)動機結(jié)構(gòu)進行了重組，使絕大部分模塊能通用，簡化了生產(chǎn)工藝，統(tǒng)一了生產(chǎn)線。德國大眾汽車通過模塊化技術(shù)將底盤種類由8種縮減為4種，提高了部件重用度，節(jié)省了生產(chǎn)費用。產(chǎn)品的模塊化設(shè)計大大提高了發(fā)達國家的產(chǎn)品競爭力。

中國中車發(fā)展戰(zhàn)略中指出：“全球化、服務(wù)化、平臺化將成為產(chǎn)業(yè)組織新方式”，中車亟需“打造系列化、模塊化、標準化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)平臺”，充分發(fā)揮“同一個中車”整合優(yōu)勢，快速適應(yīng)市場多樣化、個性化的需求，提高產(chǎn)品標準化率、模塊化率，縮短研制周期，節(jié)約運維成本。集團各主機廠也做出了快速響應(yīng)，齊齊哈爾軌道交通裝備有限責任公司、長客股份有限公司已經(jīng)建設(shè)完成模塊化快速設(shè)計平臺的搭建，涵蓋了多種產(chǎn)品平臺的建設(shè)，形成產(chǎn)品系列型譜，在完成基本型的研發(fā)基礎(chǔ)上，不斷進行派生產(chǎn)品衍生設(shè)計，在縮短產(chǎn)品研制周期、減少人工成本，提高產(chǎn)品標準化率、減少庫存和制造成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量、減少市場后續(xù)維護成本等方面效益顯著。綜上所述，面對當前風云變化的市場需求，我們企業(yè)要做出快速響應(yīng)，才能迎合市場，搭建模塊化快速設(shè)計平臺勢在必行。

我公司機車產(chǎn)品研發(fā)工作，也做了一些模塊化工作，一直比較注重傳承，形成了DF系列機車產(chǎn)品平臺，在近年研制的“和諧”系列機車也有較好的延續(xù)性，但是總體的平臺規(guī)劃不健全，產(chǎn)品族系不清晰，模塊化程度不高。產(chǎn)品的設(shè)計方案和質(zhì)量與產(chǎn)品主管的設(shè)計水平密切相關(guān)，產(chǎn)品的標準化率較低，研制周期較長，整車成本控制困難。具體表現(xiàn)為：1. 現(xiàn)有產(chǎn)品模塊化程度不高，設(shè)計變型能力弱，研制周期長，快速適應(yīng)市場能力不強；2. 現(xiàn)有產(chǎn)品沒有共用的標準模塊，結(jié)構(gòu)形式多樣，售后服務(wù)隊伍龐大，處理問題效率低；3. 公司根據(jù)用戶需求，生產(chǎn)制造各型車輛，品種繁多，缺乏統(tǒng)一的產(chǎn)品平臺。

2、平臺建設(shè)內(nèi)容

搭建機車、城軌及柴油機其他產(chǎn)品模塊化快速設(shè)計平臺，建立完整的產(chǎn)品模塊庫，建立企業(yè)級產(chǎn)品快速設(shè)計系統(tǒng)，實現(xiàn)企業(yè)產(chǎn)品精益研發(fā)的全面應(yīng)用。對于模塊化快速設(shè)計平臺建設(shè)，在現(xiàn)有的產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)支撐和三維技術(shù)支撐基礎(chǔ)上，需要進一步研究應(yīng)用的內(nèi)容如下：

1）三維模塊化設(shè)計：包括產(chǎn)品平臺規(guī)劃，基于現(xiàn)有成熟平臺梳理出產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊，為新產(chǎn)品的變形設(shè)計提供具有大靈活性的模塊化設(shè)計子平臺。在產(chǎn)品平臺的基礎(chǔ)上，根據(jù)產(chǎn)品零部件結(jié)構(gòu)特點，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)模塊進行劃分定義、模塊接口定義、三維模塊設(shè)計、三維模塊接口設(shè)計等，為后續(xù)快速設(shè)計、自動生成數(shù)字化結(jié)構(gòu)模型做好基礎(chǔ)。

2）設(shè)計數(shù)據(jù)庫：區(qū)別于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫管理內(nèi)容包括企業(yè)成熟模塊、標準件、通用件、外購件等，定義并管理各類模型數(shù)據(jù)的分類參數(shù)等；

3）三維自動化裝配：研究實現(xiàn)基于Web頁面選定多個三維模型的自動裝配技術(shù)，并保證模型裝配關(guān)系、裝配級別的正確性；通過后臺大量的骨架模板、UDF特征模板和零部件三維模型模板，系統(tǒng)可以快速的生成方案骨架模型及結(jié)構(gòu)三維模型，實現(xiàn)三維模型的自動裝配或半自動裝配，提高模型的設(shè)計和裝配效率。

4）三維模板化設(shè)計：應(yīng)用三維參數(shù)化設(shè)計技術(shù)，基于產(chǎn)品規(guī)則特點的梳理定義，建立參數(shù)化的三維模板、二維圖模板等，實現(xiàn)基于模塊模板的參數(shù)化變型設(shè)計；

5）三維模糊裝配定位：通過Web頁面上的數(shù)據(jù)選擇，快速從PLM系統(tǒng)調(diào)用相應(yīng)的三維模型，支持通過鼠標點擊定位并自動裝配該三維模型，實現(xiàn)三維模型的快速定位布置；

6）產(chǎn)品配置設(shè)計： 實現(xiàn)通過Web頁面上設(shè)計方案配置定義或需求方案導入，后臺自動實現(xiàn)產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)和數(shù)字模型生成等技術(shù)；

7）導航式設(shè)計：實現(xiàn)設(shè)計工作節(jié)點化、流程化管理，通過導航方式引導使用者完成相關(guān)操作；

8）多方案設(shè)計管理：實現(xiàn)設(shè)計過程中的多方案定義、多方案對比和多方案管理等；梳理固化產(chǎn)品系列組成、結(jié)構(gòu)特點和設(shè)計流程，建立完善三維模塊和三維參數(shù)化模板，搭建到設(shè)計平臺上，同時建立分類參數(shù)數(shù)據(jù)庫，便于數(shù)據(jù)的查詢和模型的選用；為每一個功能模塊設(shè)計基礎(chǔ)模型，在快速設(shè)計平臺界面上進行指令驅(qū)動，實現(xiàn)模塊調(diào)取，參數(shù)驅(qū)動，實現(xiàn)產(chǎn)品的快速方案設(shè)計及詳細結(jié)構(gòu)設(shè)計等目的。

9）統(tǒng)一平臺計算：通過服務(wù)端計算程序的統(tǒng)一編制和部署，實現(xiàn)客戶端Web網(wǎng)頁的分布式并行應(yīng)用。校核計算任務(wù)節(jié)點與產(chǎn)品設(shè)計流程融入一體，在產(chǎn)品參數(shù)定義或者結(jié)構(gòu)設(shè)計時可以快速的進行設(shè)計驗證。保證設(shè)計師隨時可以選擇計算程序進行應(yīng)用計算。

3、效益分析

建設(shè)模塊化快速設(shè)計平臺，固化設(shè)計經(jīng)驗，提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，降低產(chǎn)品成本，提高產(chǎn)品設(shè)計效率，減少無價值工作時間。對提高產(chǎn)品標準化率、減少庫存和制造成本，促進產(chǎn)品的變型組合，實現(xiàn)產(chǎn)品多樣化，提高產(chǎn)品定制開發(fā)效率，提升企業(yè)對市場的響應(yīng)能力。減少市場后續(xù)維護成本等方面效益顯著。另外，企業(yè)競爭力的提升和品牌的提升更是企業(yè)無形的效益。