基于CSCW的復雜光學遙感器工藝與設計協同方法研究

王彥崢 韓 杰 張志剛 郭 鋒

設計·工藝

基于CSCW的復雜光學遙感器工藝與設計協同方法研究

王彥崢 韓 杰 張志剛 郭 鋒

（北京空間機電研究所，北京 100094）

闡述了復雜光學遙感器協同制造中工藝與設計協同工作方法和管理思路。針對產品設計過程中工藝參與設計的活動，運用CSCW技術構建工藝與設計協同工作平臺，建立新的工藝與設計協同工作方式，完善工藝與設計協同工作流程和程序，將工藝與設計協同工作覆蓋產品方案設計/三維模型構建/詳細設計全過程，實現與產品設計并行開展設計工藝性審查和工藝設計。

CSCW；復雜光學遙感器；工藝與設計協同；工作流程和程序

1 引言

復雜產品是指用戶需求復雜、技術復雜、構成復雜、制造復雜和項目管理復雜的一類產品[1]。復雜光學遙感器是集光學、精密機械、電子學、探測器、熱控技術于一體的復雜、精密光學儀器設備，在軌運行中完成對地球或其它星球的觀測任務。企業在現有管理體制下，產品設計時設計人員更加關注產品功能和性能的需求，因工藝知識不夠而缺乏對產品可制造性即設計工藝性方面的考慮，時常造成產品加工難度大、生產周期長、制造成本高的現象。因此很有必要對產品設計過程中工藝參與設計的活動加以規范，建立工藝與設計協同工作方式，以保證工藝人員能夠從產品方案設計開始介入產品開發全過程，提高產品設計方案的工藝可行性、產品的可制造性。

CSCW（Computer Supported Collaborative Work，計算機支持協同工作），即利用計算機、網絡技術，在不同部門、不同地域的用戶之間進行互聯互通的協同工作。當前普遍基于Web Service技術，可以方便地實現制造系統的數據標準化，解決當前制造系統集成瓶頸。基于CSCW的復雜光學遙感器工藝與設計協同平臺是計算機支持協同工作的一個應用領域，它將產品數據管理系統（PLM）、產品項目協同研制系統（AVIDM）、計算機輔助工藝設計系統（CAPP）和科研生產執行管理系統（MES）深度融合，解決了信息孤島問題，實現了信息交互、三維設計下廠和結構化工藝；工藝人員借助協同工作平臺參與產品設計全過程，并同步開展工藝技術準備。

2 工藝與設計協同內涵

工藝與設計協同是產品設計過程中一項重要工作，是提高產品設計工藝性、可制造性的重要措施。設計工藝性是指設計的產品在現有生產條件（生產單位已有的或即將具備的廠房、設備、人員技能、工藝水平和可以實現的協作），以較短生產周期、較低制造成本和質量較穩定的方式和方法將其生產出來的可行性[2]。

在現有設計工藝性審查流程的基礎上，將設計工藝性審查提前至產品方案設計階段，增加設計方案工藝可行性分析與評價、三維模型技術交流兩個環節。在產品設計過程中工藝與設計協同工作主要有三項，設計方案工藝可行性分析與評價、三維模型技術交流、設計文件工藝性審查與會簽，詳見圖1。

圖1 工藝與設計協同工作主要項目

本文提出的工藝與設計協同內涵是指工藝、設計人員共同完成產品設計中一些事項的過程，如設計方案工藝可行性分析與評價、三維模型技術交流、設計文件工藝性審查與會簽等。

3 工藝與設計協同方式改進

原有工藝與設計協同工作是以工藝和設計人員現場集同工作形式為主，使用的設計文件需要打印或將電腦搬到集同現場，存在參與集同人員到不齊、異地人員花費往返路途時間較多等缺點。

通過對現有應用軟件再開發，構建基于CSCW的工藝與設計協同平臺，實現產品數據管理系統、產品項目協同研制系統、計算機輔助工藝設計系統和科研生產執行管理系統之間的信息互聯互通，達到網上、異地進行工藝與設計協同工作的目的。

3.1 基于CSCW的工藝與設計協同平臺功能模型

針對產品設計過程中的工藝與設計協同工作項目及要求，建立基于CSCW的工藝與設計協同平臺功能模型，見圖2，主要有如下層次：

圖2 基于CSCW的工藝與設計協同平臺功能模型

應用層為不同部門、不同地域之間協同工作的交互層，能夠將產品設計和工藝設計的應用程序互通，為工藝和設計人員提供便捷的協同環境。

通信層為工藝和設計人員對某產品進行多人協同工作時，通過建立的通信協議，實現產品設計文件（二維/三維圖紙）、設計工藝性審查、工藝文件等信息的傳遞。

協同工作層為工藝和設計人員在產品設計過程中提供協同工作空間，能夠開展設計方案工藝可行性分析與評價、三維模型技術交流和設計文件工藝性審查等協同工作。

數據庫層在產品設計過程中能夠記錄工藝與設計協同等信息，并提供產品數據、產品設計、工藝設計和生產管理等信息共享。

3.2 基于CSCW的工藝與設計協同工作過程模型

針對產品設計過程中的工藝與設計協同工作項目及要求，建立基于CSCW的工藝與設計協同工作過程模型，見圖3。

圖3 基于CSCW的工藝與設計協同工作過程模型

4 完善協同工作流程和程序

結合工藝與設計協同方式改進，完善工藝與設計協同工作流程和程序。工藝與設計協同工作從產品方案設計時開始。若產品設計變更較大，適時重新對設計方案進行工藝可行性分析、三維模型技術交流和設計文件工藝性審查與會簽。

4.1 完善協同工作流程

完善后的工藝與設計協同工作流程見圖4。

圖4 工藝與設計協同工作流程

a. 產品主任設計師根據產品組成和特點，確定工藝與設計協同具體工作項目，納入型號技術流程和計劃流程。

b. 針對復雜新研產品，必要時成立工藝與設計協同工作組，重點圍繞產品關鍵技術開展協同工作。

c. 在主任設計師組織下，主管設計人員負責、主管工藝人員參與，采取集同工作、技術交流、審查確認方式，開展工藝與設計協同的活動。具體內容如下：

集同工作方式：通過集同工作，共同完成產品設計方案工藝可行性分析與評價。技術交流方式：采用交流方式，開展產品設計（如三維模型設計）技術交底，傳遞設計意圖、了解工藝要求。審查確認方式：以會議、會簽形式，對設計方案報告審查確認，對設計文件進行工藝性審查與會簽。

4.2 完善協同工作程序

圍繞產品方案設計、三維模型構建、詳細設計三個過程，完善工藝與設計協同工作程序，并制定相關管理規范如《工藝工作程序》和《產品設計方案工藝可行性評價方法》等。

4.2.1 設計方案工藝可行性分析與評價

設計方案工藝可行性分析與評價是指在滿足產品功能和性能的前提下，為確定合理、優化、經濟的設計方案，對產品設計方案進行工藝可行性分析與評價。

a. 新研產品，特別是復雜產品方案設計時，通過設計集同工作或設計技術交底等活動，按部組件、單機、分系統對設計方案進行工藝可行性分析與評價。

b. 設計方案工藝可行性評價方法，按照對工藝可行性影響程度，評價要素分為五個關鍵要素和九個一般要素，詳見圖5。不同產品可對要素進行調整。

將每個評價要素設定為優秀、良好、一般和差四個等級和不同的分值，根據關鍵要素和一般要素的分值累計結果，工藝可行性評定分為好、一般、差三個等級[3]。

c.將設計方案的工藝可行性分析與評價內容作為獨立章節納入產品設計方案報告，必要時單獨形成報告。

圖5 設計方案工藝可行性評價要素

4.2.2 三維模型技術交流

目前，產品設計已使用三維設計軟件，為確保產品三維設計做到可制造、可檢測，應增加三維模型技術交流環節，進行三維模型的設計工藝性審查。

a. 在復雜新研產品三維模型設計時，一般以單機、部組件為對象，通過技術交流，傳遞設計意圖，了解工藝要求。

b. 應從產品總布局、結構和零件的合理性及可制造性、原材料和元器件的選用、工藝成熟和穩定性、裝配關系及裝配路徑的合理性、裝配可操作性等方面提出工藝意見或建議。

c. 通過三維模型技術交流完善三維模型設計。

4.2.3 設計文件工藝性審查與會簽

設計文件工藝性審查與會簽是指在產品詳細設計時，工藝部門負責全面審查產品和零件結構等設計圖樣工藝性，提出工藝意見和建議并完成工藝會簽的過程。

a. 依據各研制階段工藝性審查要素，審查設計文件的工藝性，提出工藝性審查意見及建議。

b. 必要時，通過溝通了解產品的功能和性能、結構特點、使用要求等，知曉設計思路。

c. 通過設計工藝性審查識別工藝風險和制造難點，確定工藝攻關項目和新工藝鑒定項目，及時開展工藝攻關和新工藝鑒定試驗工作。

4.2.4 記錄要求

在產品設計過程中開展各項工藝與設計協同工作并做好記錄。

5 應用實例和效果

空間光學遙感器是集光、機、電、熱等技術的復雜產品。在某型號產品設計時，設計師首次選用了碳化硅作為大口徑反射鏡材料，同時在結構上進行了輕量化設計，為此鏡坯制備過程在鏡面一側增加了工藝筋。碳化硅屬于難加工且易崩邊的材料，去除工藝筋成為碳化硅反射鏡加工中遇到的第一個難題。工藝人員從產品方案設計就與設計人員進行協同工作，在圖紙下廠投產前識別出碳化硅鏡坯工藝筋去除加工難點和工藝風險，提前開展工藝攻關，經工藝試驗研究突破并掌握了機器人柔帶濕磨去筋工藝技術，實現碳化硅鏡坯工藝筋高效去除，與外協加工相比，大大縮短去除工藝筋加工時間，加工效率提高了30%，大幅降低加工費用，為型號進度提供工藝保證，有力支撐了產品研發。

6 結束語

開展基于CSCW的復雜光學遙感器工藝與設計協同方法研究，建立新的工藝與設計協同工作方式，明確工藝與設計協同工作流程和程序，在產品設計過程中實現了從產品方案設計、三維模型設計和詳細設計的三個切入點開展工藝與設計協同工作。一方面工藝人員從方案設計階段就參與產品設計，討論設計工藝性并提出改進建議，有助于產品設計工藝性和可制造性的提高。另一方面提前做好工藝技術準備，針對工藝難點提前開展工藝攻關，為復雜產品研制提供工藝保證，為降低產品制造成本和縮短生產周期給予技術保障，特別是對于復雜產品研制產生了事半功倍的效果。

1 李伯虎，柴旭東，朱文海．復雜產品集成制造系統技術[J]．航空制造技術，2002(12)：17～20

2 尚育如. 航天工藝基礎知識培訓教材（上）[M]. 北京：中國宇航出版社，2005

3 Q/QJ59 產品設計方案工藝可行性分析要求[S]. 2010：2～3

Research on Collaborative Process and Design Method of Complex Optical Remote Sensor Based on CSCW

Wang Yanzheng Han Jie Zhang Zhigang Guo Feng

(Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094)

The paper presents the cooperative work method and management ideas of process and design for the collaborative manufacturing of complex optical remote sensor. For the craftsman participating in design activities in the process of product design, the method builds the process and design collaborative work platform using CSCW technology, and establishes a new collaborative working mode of process and design, and improves the workflow and procedures of process and design collaborative, which covers the whole process of product scheme design/3D model construction/detailed design with the collaborative work of process and design, thus carries out the design process review and process design in parallel with product design.

CSCW；complex optical remote sensor；process and design collaborative；workflow and procedures

王彥崢（1962），工程師，機械工程和工商管理專業；研究方向：工藝管理和產品保證。

2020-05-15