0 引言
近百年來，為了提高產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量，很多科技工作者對產(chǎn)品的設(shè)計方法進行了研究，提出了約70種設(shè)計方法，這些方法在產(chǎn)品設(shè)計中能在不同方面發(fā)揮不同程度的作用。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(chǎn)品質(zhì)量滿足市場個性化，多樣化的需求。所以，在眾多產(chǎn)品設(shè)計方法中選擇出一條更適合于企業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品并行設(shè)計的模式是十分重要而具有實際意義的。當前，已步人到知識經(jīng)濟時代，在各種現(xiàn)代設(shè)計手段的支持下，企業(yè)應(yīng)該以先進的理念來指導(dǎo)設(shè)計過程，才能夠在提高市場響應(yīng)速度的同時確保產(chǎn)品的設(shè)計質(zhì)量。系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計思想能夠從整體上對產(chǎn)品的各種因素進行考慮和把握，設(shè)計人員應(yīng)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(dǎo)設(shè)計才能確保產(chǎn)品的質(zhì)量。而大型三維CAD/CAE/CAM一體化設(shè)計軟件NX融入了系統(tǒng)工程的設(shè)計思想，提供了實現(xiàn)產(chǎn)品并行設(shè)計的手段，是企業(yè)借助實現(xiàn)產(chǎn)品并行設(shè)計的很好平臺。本文以工程實例研究了系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計思想在NX中的實現(xiàn)技術(shù)，提出了在該平臺下實現(xiàn)產(chǎn)品并行設(shè)計的模式以供企業(yè)或讀者參考。
1 系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計思想簡介
系統(tǒng)工程方法與自頂向下設(shè)計方法類似，但與之不同的是采用模塊化設(shè)計技術(shù)，將一個大型復(fù)雜產(chǎn)品分解為總體控制結(jié)構(gòu)和若干具有關(guān)聯(lián)性的子系統(tǒng)，避免了過于龐大的裝配結(jié)構(gòu)。每個子系統(tǒng)都來自于控制結(jié)構(gòu)，在保持與控制結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的條件下，可以相對獨立地展開設(shè)計工作，同時滿足產(chǎn)品總體設(shè)計的要求。從宏觀上講系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計有兩個特點：
一是將產(chǎn)品的功能、結(jié)構(gòu)等因素都能包含在總體控制結(jié)構(gòu)中，二是用模塊化的思想能夠?qū)崿F(xiàn)并行設(shè)計。它的優(yōu)點可以概括為三個方面：一是總布置設(shè)計采用自頂向下方法控制整個產(chǎn)品的設(shè)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(shè)計人員；二是零部件在總布置設(shè)計變更會強制更新，保證了零部件與總布置的協(xié)調(diào)，提高了產(chǎn)品模型數(shù)據(jù)重復(fù)利用率；三是設(shè)計要求和變更的自動傳遞，使得設(shè)計管理更加方便高效。
2 系統(tǒng)工程思想在NX中的實現(xiàn)
NX的WAVE功能模塊是實現(xiàn)系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計思想的體現(xiàn)，NX/WAVE的推出使實現(xiàn)產(chǎn)品級參數(shù)化設(shè)計成為可能。在此以前的CAD軟件的參數(shù)化技術(shù)將更多的精力放在零件本身的參數(shù)化上，而整個產(chǎn)品與產(chǎn)品的零部件的參數(shù)關(guān)系管理則比較困難。NX/WAVE成功地解決了復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計中產(chǎn)品級的參數(shù)驅(qū)動問題，可以在產(chǎn)品級設(shè)計中控制零部件，為產(chǎn)品設(shè)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(chǎn)品設(shè)計中的設(shè)計更改控制問題，是面向產(chǎn)品級的并行工程技術(shù)。
NX的WAVE技術(shù)是概念設(shè)計與結(jié)構(gòu)設(shè)計的橋梁，概念設(shè)計初步完成，細節(jié)設(shè)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(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性使裝配位置和精度得到嚴格的技術(shù)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(chǎn)品控制幾何體（裝配級）修改后，相關(guān)組件的細節(jié)設(shè)計自動更新，為縮短設(shè)計周期創(chuàng)造了條件。極大地減少了設(shè)計人員重復(fù)設(shè)計的浪費，大大提高了企業(yè)的市場競爭能力；產(chǎn)品設(shè)計管理極為方便高效。
3 在NX中進行產(chǎn)品并行設(shè)計的流程和關(guān)鍵技術(shù)
在NX中以系統(tǒng)工程為理論指導(dǎo)實現(xiàn)產(chǎn)品并行設(shè)計的流程圖1所示。
圖1 基于NX的產(chǎn)品并行設(shè)計流程
在以上的實施流程中其關(guān)鍵在于：首先把產(chǎn)品分析的結(jié)果體現(xiàn)在總體控制結(jié)構(gòu)中，在控制結(jié)構(gòu)中要包含產(chǎn)品的主要控制參數(shù)、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(jié)構(gòu)中選取有用信息對其進行控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的從上向下的傳輸，及各子系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。另外，在詳細設(shè)計完成產(chǎn)品裝配后，對產(chǎn)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(jié)構(gòu)的修改來實現(xiàn)整個產(chǎn)品的更新，在這里，產(chǎn)品的控制結(jié)構(gòu)與產(chǎn)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(jié)構(gòu)的修改會自動反映到產(chǎn)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(shè)計方法應(yīng)該遵循自頂向下為主，自底向上為輔的方式進行設(shè)計，這樣對于整個產(chǎn)品來說實現(xiàn)了并行設(shè)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(shè)計效率并保證了設(shè)計質(zhì)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(shè)計計算工作和產(chǎn)品的數(shù)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(shù)據(jù)傳遞到下游。所以開始根據(jù)傳動系統(tǒng)及對溜板箱的分析確定了總控結(jié)構(gòu)如圖2所示，包含控制參數(shù)，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(jié)構(gòu)中對每個子系統(tǒng)傳遞的數(shù)據(jù)，分發(fā)給每個團隊成員，每個團隊并行進行詳細設(shè)計，最后完成的產(chǎn)品裝配模型如圖4所示。
圖2 溜板箱總體控制結(jié)構(gòu)
圖3 溜板箱總體控制結(jié)構(gòu)
圖4 溜板箱總體控制結(jié)構(gòu)
該模式的產(chǎn)品設(shè)計實現(xiàn)了設(shè)計計算和產(chǎn)品數(shù)字化模型建立的同步，實現(xiàn)了部件各子系統(tǒng)的并行設(shè)計，并且產(chǎn)品的裝配模型可以通過總控結(jié)構(gòu)進行同步修改更新，這大大地提高了設(shè)計效率。
5 結(jié)論
系統(tǒng)工程的產(chǎn)品設(shè)計思想在NX中的融入，使得進行產(chǎn)品并行設(shè)計得以實現(xiàn)，明顯提高了設(shè)計質(zhì)量，大大地減少了設(shè)計開發(fā)周期，總體設(shè)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(fù)雜的產(chǎn)品設(shè)計，從而在真正意義上實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的并行工程和協(xié)同設(shè)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(chǔ)。
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本文標題：系統(tǒng)工程產(chǎn)品設(shè)計思想在NX中的實現(xiàn)技術(shù)研究
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