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

苑崢 趙輝

【摘要】本文論述了并行工程CE(Concurrent Engineering)在某型相控陣雷達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)計階段與其裝配型架采用并行設(shè)計，且對裝配型架采取柔性設(shè)計，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

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）進行并行、集成化處理的系統(tǒng)方法和綜合技術(shù)。自20世紀80年代提出以來，美國、歐共體和日本等發(fā)達國家均給予了高度重視，成立研究中心，并實施了一系列以并行工程為核心的政府支持計劃。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。該技術(shù)在我公司某大型相控陣雷達天線的設(shè)計和制造過程中發(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)計工藝設(shè)計 生產(chǎn)準備 加工裝配質(zhì)量檢驗 修改并完善設(shè)計批量生產(chǎn) 。這種將整個產(chǎn)品開發(fā)全過程細分為很多步驟，按照勞動分工的模式劃分為各部門和個人都只做其中相對獨立的一部分工作，它的缺陷是設(shè)計與制造的嚴重分離，設(shè)計師只負責(zé)按照功能要求把產(chǎn)品設(shè)計出來，至于如何加工生產(chǎn)，則是工藝師的事，這種形式的設(shè)計可以形象的稱為“扔過墻”式的設(shè)計。

隨著現(xiàn)代制造業(yè)的發(fā)展，這種設(shè)計方式的弊端越來越多的暴露出來：出于設(shè)計沒考慮工藝性，設(shè)計出的產(chǎn)品制造成本高，沒有競爭力；出于各環(huán)節(jié)串行，生產(chǎn)準備只能在設(shè)計完全結(jié)束后啟動，延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，喪失了占領(lǐng)市場的機會；更為嚴重的情形是，一些設(shè)計要求在制造時很難實現(xiàn)甚至根本無法實現(xiàn)，很多難題在進行工藝設(shè)計時才體現(xiàn)出來，由此導(dǎo)致的返工既浪費了人力，又延誤了工期。產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計是串行的，工藝設(shè)計和工藝裝備設(shè)計不能提前，延長了產(chǎn)品開發(fā)周期，由此導(dǎo)致的設(shè)計圖紙更改頻繁，如果再加上繁瑣的設(shè)計圖紙的審批流程，那么將嚴重影響產(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)計技術(shù)、快速制造技術(shù)。其中并行設(shè)計技術(shù)要求設(shè)計階段并行地設(shè)計產(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)計的質(zhì)量，避免了大量的返工浪費。

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)某新型相控陣雷達系統(tǒng)過程中廣泛采用了并行設(shè)計的技術(shù)。在設(shè)計層面，建立計算機網(wǎng)路，廣泛采用虛擬制造，模型仿真，并讓產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計人員形成交流機制，廣泛采取設(shè)計評審和工藝評審，提高了設(shè)計正確性，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)計工作并行，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計缺陷，實現(xiàn)工藝裝備與產(chǎn)品設(shè)計同時進行，實現(xiàn)工藝、工裝、材料的并行準備，使制造系統(tǒng)與設(shè)計系統(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”機構(gòu)，管理項目開發(fā)經(jīng)費、進程和計劃。采用這種模式該樣機產(chǎn)品復(fù)雜程度雖然遠大于以往產(chǎn)品，但是卻提前9個月交付于最終的實戰(zhàn)打靶檢驗。該產(chǎn)品的設(shè)計方案如下圖：

該相控陣制導(dǎo)雷達站是大型電子產(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，該部件具有相當高的尺寸要求及平面精度，以及結(jié)構(gòu)輕便的特點（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)計成為剛性結(jié)構(gòu)，而且一套型架只能用于一個裝配對象，因此，該系列雷達天線生產(chǎn)準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)計同時開始的裝配型架設(shè)計，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)計過程中采用了柔性設(shè)計、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、標準化模式設(shè)計。對與大型零件如橫梁、底座等成熟設(shè)計則采取并行措施，設(shè)計同時進行材料準備。對于型架的立柱采取柔性設(shè)計，在立柱上加工坐標孔，使定位緊固元件可以準確地安裝在多個位置，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”。

該相控陣雷達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)計時采用柔性設(shè)計方法，在焊接夾具的基準板上設(shè)計了經(jīng)緯格式的凹槽，對定位夾緊元件采用模塊化設(shè)計。雖然單個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，正是在設(shè)計階段采取了并行的方法，為完善設(shè)計贏得了時間，在工藝裝備設(shè)計上使用了柔性設(shè)計的方法，則為一項產(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：

[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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