产品设计与产品结构工艺性审查同步开展的方法

产品设计与产品结构工艺性审查同步开展的方法

李飞宇1张静波2

（广东万和电气有限公司广东省佛山市528522）

摘要：随着工程机械行业产品竞争日益激烈，如何缩短研发周期、将新产品迅速推向市场，实现产品升级换代、提高市场占有率是每个企业关注的焦点。因此，新产品的研发周期、研发质量对于企业的意义重大。工程机械的开发一般要经历可行性分析、产品定义、详细设计、试验验证以及产品发布五个阶段。其中，详细设计阶段是把产品技术参数、性能指标转化为可制造的三维、二维图纸的过程。产品在三维详细设计与二维图设计过程中，产品工艺性审查是一项工艺人员负责或主要参与地重要的、不可或缺的工作。基于此，本文主要对产品设计与产品结构工艺性审查同步开展的方法进行分析探讨。

关键词：产品设计；产品结构工艺性；审查；同步开展；方法

1、前言

工程机械产品开发周期长、工艺性差及产品图纸更改多等问题严重影响了产品上市时间以及竞争力。经研究发现，汽车行业产品设计、工艺设计同步开展的做法适用于工程机械产品开发。在产品详细设计阶段，从制造可行性、成本、质量、效率分析以及生产工艺性分析五个方面开展同步的产品结构件工艺性审查工作，打破传统的串行作业方式，加强了设计人员及工艺人员之间的沟通，能够有效减少产品研发周期、提升产品设计质量。经分析以往开展的产品研发项目，发现普遍存在以下问题：

（1）工艺人员参与项目较晚，产品工艺性分析较少；

（2）图纸发布前较短时间内设计人员组织工艺性审查，开展时间短暂导致工作不充分；

（3）工艺性问题识别不充分，极大地影响了试制准备周期以及试制进度；

（4）后期批量整改工艺性问题，导致大量工作返工，开发进度缓慢；

（5）设计人员较年轻缺乏工艺性基础知识，需要跟工艺人员保持即时沟通的状态。这些问题必然导致产品开发周期长、工艺性差、产品图纸更改多。自上世纪末，我国陆续开展如何在并行工程下面向产品制造的设计以及并行工艺设计方法等方面研究。其研究思路是充分考虑加工工艺、加工条件等与制造相关的因素，从而更好地满足产品质量要求，缩短生产周期。该研发成果在汽车行业各个产品子系统开发得到成功推广及运用。可见，在产品详细设计阶段，迫切需要工艺人员展开同步的产品工艺性分析与审查，及时发现问题提出解决方案，为设计方案优化与决策提供技术支持，是缩短开发周期、提升产品开发质量有效途径。本文介绍了同步开展产品结构工艺性审查的基本思路。以工程机械结构件开发为例，阐述了三维图、工程图工艺性审查的一般方法。

2、开展结构件同步结构工艺性审查的思路

产品结构工艺性审查工作以制造可行性、制造成本、制造质量的保证能力、生产效率、使用工艺性为基本出发点，开展详细设计阶段三维模型工艺性分析以及二维图纸的工艺性审核两项工作。产品详细设计过程中同步开展产品结构工艺性工作模式如图1所示。工艺性分析主要分析产品的可制造性、制造难点及风险、维修保养可行性以及估算制造成本，为三维方案评审提供数据支撑。结构件二维图纸的工艺性审查进一步分析产品制造的各个工序的工艺性以及使用工艺性，重点审查图纸标注公差与现场的设备能力、加工精度是否匹配。

图1产品详细设计过程中同步开展产品结构工艺性工作模式

在产品结构工艺性审查过程中，工艺数据库、工艺知识库为审查过程提供了重要支撑工艺数据库、知识库主要来源于工艺相关的软件如CAPP、定额系统、SAP系统或相关的技术标准。为确保产品工艺性审查工作与产品设计工作同步开展，应确保资源充分共享以及项目组成员实时沟通。详细设计过程中，设计人员与审查人员应确保数据共享以及实时沟通状态，即审查人员能第一时间获得待审查的产品图纸，及时提出审查意见反馈给设计人员。审查意见应填写到相关的记录表中，为今后产品开发提供经验库、知识库。对于设计与工艺出现的分歧问题，必要时通过评审会议解决。

3、结构件开展工艺性分析与审查一般方法

表2制造可行性、制造质量与效率分析要点与结果

结构件是一般指通过焊接技术成型的具有一定形状的、并能够承受载荷的构件。以装载机为例，装载机的结构件主要有前车架、后车架、动臂、摇臂等，分别用于安装整车核心的元部件如发动机、液压元件、传动件、驾驶室、电器件等以及工作属具。因此，结构件的结构强度、工艺性、制造精度直接关系到整机的性能。以装载机某机型的结构件摇臂为对象，介绍工艺性分析与审查的一般方法。

3.1确定制造工艺流程

装载机摇臂结构比较简单，主要由侧板、上封板、下封板、圆搭、限位块等零部件组成。结构件在三维设计阶段时，工艺性分析首要工作是确定结构件的制造工艺流程。结构件按照制造过程以及复杂程度，可分为结构件总成、部件以及零件三种。一般来说，结构件总成制造流程为：拼装→焊接→矫正→总成机加→涂装；部件制造路线：拼装→焊接→矫正→部件机加；零件的制造流程：切割→成型→零件机加。摇臂可拆分为侧板组件、上下封板、侧板及一些圆搭、贴板等。

3.2制造可行性、制造质量与效率方面分析

制造可行性、制造质量与效率分析是分别对零件、部件、总成件在每个制造工序中达到设计要求的可行性、工序过程质量保证能力与生产效率进行分析。其中，制造可行性分析是所有工艺性分析的前提，如果目前的生产设备、制造技术、人员能力等无法达到设计要求，该设计方案必须被排除。工艺性分析过程实际从人、机、料、法、环、测六个方面考虑各道工序的可行性、制造质量及效率，确定初步制造方案的过程。分析过程中，结构件三维图工艺性分析、二维图工艺性审查要点及结果见表2。

3.3制造成本分析

结构件的制造成本可分为材料费用与加工费用两类。材料费用=材料净重/材料利用率。加工费用是指在制造各个工序中人工费用、燃料动力、折旧费用以及其它制造费用。其中材料占整个制造费用的80%~90%.通常加工费用可简单计算为=加工工时*工缴费。根据以上方法，每个零部件的制造成本在设计阶段就能预估。加工费用的获得必需通过每道加工工序的工时与工缴费乘积求和得到。每道工序的加工工时可以通过工时定额系统，输入待加工工件的主要加工信息，可求得理论的加工工时，减少了不必要的加工工序以及加工量。比如，对于联系焊缝，焊缝所受载荷较小，可取消坡口焊缝改为角焊缝，可减少割坡口工艺。

3.4使用工艺性分析

产品结构的使用工艺性产品中维修和保养的可行性是关注的重点。比如摇臂销轴处需定期润滑以延长使用寿命。设计可能是集中自动润滑或者手动润滑。工艺审查时应考虑各种润滑方式的操作方法以及便利性。

4、结束语

工程机械产品研发过程中，从制造可行性、成本、质量、效率以及生产工艺性五个方面开展同步的产品结构件工艺性审查工作，打破传统的串行作业方式，加强了设计人员及工艺质量人员之间的沟通，能够有效提升产品设计质量，减少产品研发周期。经多次在新产品开发中进行验证，该工作模式确实可行，具有较大的推广应用价值。

参考文献：

[1]易炜.基于冲压同步工程的汽车尾灯支座结构设计[D].长沙：湖南大学硕士论文，2012.

作者简介：1、李飞宇，身份证号码：440684198110210438

2、张静波，身份证号码：410511197911260618