隨著社會的發(fā)展和技術(shù)的進步以及客戶需求的不斷變化，如何提高設(shè)計效率和產(chǎn)品通用性，降低生產(chǎn)制造和管理成本成為每個企業(yè)的追求。模塊化設(shè)計思想和Top-Down設(shè)計方法的應(yīng)用，可使工程機械產(chǎn)品設(shè)計和管理實現(xiàn)異地協(xié)同設(shè)計，從而大大提高新產(chǎn)品開發(fā)效率。

1 概念

    1.1 Top-Down設(shè)計

    Top-Down是一種“自頂向下”的設(shè)計思想和方法，即由總體布局、總體結(jié)構(gòu)、部件結(jié)構(gòu)到部件零件的自上而下、逐步細(xì)化的設(shè)計過程。Top-Down設(shè)計符合大部分產(chǎn)品設(shè)計的實際開發(fā)流程。其一般設(shè)計的流程是先確定整車基本參數(shù)，然后是整車總布置、部件總布置，最后是零件設(shè)計和工程制圖。這種思想可以獨立于軟件工具，無論使用何種CAD工具，其設(shè)計的過程都是Top-Down設(shè)計的過程。然而，不同的CAD設(shè)計工具對于Top-Down的支持以及所達(dá)到的效果是不一樣的。

    1.2 協(xié)同設(shè)計

    協(xié)同設(shè)計是指各成員在計算機以及網(wǎng)絡(luò)的支持下，通過分工與協(xié)作，在同一平臺上共同完成某一設(shè)計目標(biāo)的設(shè)計方法。

2 應(yīng)用

    2.1 裝載機模塊化設(shè)計應(yīng)用

    2.1.1 模塊劃分

    模塊化設(shè)計需要考慮結(jié)合企業(yè)的生產(chǎn)、制造以及工藝的實際情況進行。不同企業(yè)生產(chǎn)制造的實際情況不同，同樣的產(chǎn)品其模塊劃分也不完全一致。對于裝載機產(chǎn)品而言，設(shè)計團隊主要由總體、動力、傳動、結(jié)構(gòu)、液壓、電氣、薄板、空調(diào)共8個專業(yè)方面人員組成；整機按各大系統(tǒng)可分為15大類：動力系統(tǒng)、雙變系統(tǒng)、橋系統(tǒng)、工作液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、車架系統(tǒng)、工作裝置、駕駛室、覆蓋件、電氣系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、屬具、附件、輔助功能系統(tǒng)，裝載機結(jié)構(gòu)劃分如圖1所示。

    每個大的系統(tǒng)可由不同的模塊組成。例如動力系統(tǒng)根據(jù)其功能和組成可劃分為9大模塊，模塊劃分以及編碼見表1。每個模塊下都有各種不同配置，每個配置中對應(yīng)一個生產(chǎn)實例（生產(chǎn)編碼）。其他系統(tǒng)也可進行類似劃分。

    2.1.2 產(chǎn)品平臺劃分

    采用銷售的“產(chǎn)品代號”+“排放標(biāo)準(zhǔn)”劃分平臺。例如：裝載機的銷售代號有CLG50CN、CLG856H等；排放階段有：Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等，排放標(biāo)準(zhǔn)主要有國標(biāo)和歐標(biāo)（以G表示國標(biāo)，T表示歐標(biāo)，2、3、4分別表示排放階段Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）。

圖1 裝載機結(jié)構(gòu)劃分圖

表1 動力系統(tǒng)模塊劃分與虛擬節(jié)點編碼表

    2.1.3 編碼與命名規(guī)則

    綜上所述裝載機的結(jié)構(gòu)和模塊可劃分為“整機層+3層虛擬結(jié)構(gòu)”，即：整機層+結(jié)構(gòu)層、模塊層和配置層。

    (1)整機層：使用“000”_“產(chǎn)品代號”_“排放標(biāo)準(zhǔn)”進行編碼。如：OOO_CLG856G_G2。

    (2)結(jié)構(gòu)層：結(jié)構(gòu)層的主要作用是組織設(shè)計。采用“產(chǎn)品代號”_“排放標(biāo)準(zhǔn)”_“結(jié)構(gòu)層代號”原則進行編碼。“結(jié)構(gòu)層代號”由對應(yīng)中文名稱的2位拼音字母縮寫組成。如“動力系統(tǒng)”為“DL”，即：CLG856G_G2_DL。

    (3)模塊層：承載具體功能模塊。采用“產(chǎn)品代號”_“排放標(biāo)準(zhǔn)”_“模塊層代號”進行編碼。“模塊層代號”由對應(yīng)中文名稱的3位拼音字母縮寫組成。

    如“柴油機安裝總成”為“CAZ”，即：CLG856G_G2_CAZ。

    (4)配置層：承載實例（生產(chǎn)編碼）。采用“產(chǎn)品代號”_“排放標(biāo)準(zhǔn)”_“模塊層代號”_“流水號”進行編碼。“流水號”使用3位數(shù)字（如：001）表示。不同配置前部分不變，流水號數(shù)字順延一位，如：002、003、004等。如“柴油機安裝總成（東康G2）”的編碼為：CLG856G_G2_CAZ_001。該層另外一個重要作用是承載該配置的三維模型在整機中的正確位置，不可缺少。

    2.2 裝載機Top-Down設(shè)計應(yīng)用

    PTC公司的Creo軟件中的Top-Down設(shè)計工具可以自頂向下便捷地傳遞設(shè)計參數(shù)、幾何以及設(shè)計意圖，直到最底層的零件和圖紙，保證各部件設(shè)計的一致性。結(jié)合PTC公司PLM平臺Windchill系統(tǒng)，保證整個項目組能夠協(xié)同、快速地完成產(chǎn)品開發(fā)。Top-Down協(xié)同設(shè)計總流程可規(guī)劃為圖2所示流程。

    圖2中：整機布局是一個包含所有整機重要幾何參數(shù)的文件，其類型為“.lay”；整機骨架為從布局中調(diào)用的所有參數(shù)，包含各種重要的基準(zhǔn)面、軸、點、坐標(biāo)系以及重要位置；獨立骨架為規(guī)范建模，在整機布局和整機骨架未完成（或并行）時，就按相關(guān)規(guī)范先行設(shè)計，整機布局完成后通過聲明布局（聲明布局是將整機布局參數(shù)調(diào)入骨架模型的操作過程）將參數(shù)關(guān)聯(lián)；半獨立骨架為規(guī)范建模，整機布局和整機骨架未完成就可設(shè)計，設(shè)計中途復(fù)制整機骨架和相關(guān)獨立骨架參照；非獨立骨架在整機布局和整機骨架以及相關(guān)獨立骨架未發(fā)布相應(yīng)參照時不能進行設(shè)計；獨立設(shè)計元件為相對獨立的零部件，采用普通建模設(shè)計。

圖2 Top-Down設(shè)計總體流程圖

    2.2.1 各部件系統(tǒng)Top-Down設(shè)計流程圖

    1)獨立設(shè)計，如裝載機前車架、后車架、工作裝置、駕駛室設(shè)計有相關(guān)參數(shù)需要總體控制（即需要受整機布局控制），屬于獨立骨架設(shè)計，其Top-Down設(shè)計流程基本一致，如圖3所示。

圖3 獨立設(shè)計Top-Down設(shè)計流程圖

    2)半獨立設(shè)計，如發(fā)動機罩設(shè)計中的安裝位置以及發(fā)動機進排氣位置和大小分別需要與后車架和動力系統(tǒng)相關(guān)模塊相結(jié)合，屬于半獨立骨架設(shè)計，其Top-Down設(shè)計流程圖如下圖4所示。

圖4 半獨立設(shè)計Top-Down設(shè)計流程圖

    3)完全獨立設(shè)計，如鏟斗（或各種屬具）、動臂液壓缸、轉(zhuǎn)斗液壓缸、轉(zhuǎn)向液壓缸、前橋、后橋、變速器變矩器、液壓油箱、柴油箱的設(shè)計可以不依賴于總體設(shè)計，也不需要與整機布局相關(guān)聯(lián)即可獨立完成，屬完全獨立模塊，其Top-Down設(shè)計流程有所區(qū)別，如圖5所示。

圖5 完全獨立設(shè)計Top-Down設(shè)計流程圖

    4)非獨立設(shè)計，如擋泥板及扶梯、動力系統(tǒng)、工作液壓系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、雙變系統(tǒng)、空調(diào)系統(tǒng)、橋系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、潤滑管路系統(tǒng)、鉸接總成的設(shè)計需要依附于相關(guān)獨立或半獨立的骨架發(fā)布參考后進行設(shè)計。之前的主要工作為繪制、收集整理一些設(shè)計過程中需要用到的獨立的元件（如液壓系統(tǒng)各種閥、接頭、馬達(dá)、泵等；動力系統(tǒng)發(fā)動機、空濾、預(yù)濾、消音器等；空調(diào)系統(tǒng)的蒸發(fā)器、電機等；傳動系統(tǒng)的前、中、后傳動軸等；電氣系統(tǒng)的各種獨立元件、接插件等），其Top-Down設(shè)計流程如圖6所示。

圖6 非獨立設(shè)計Top-Down設(shè)計流程圖

    2.2.2 系統(tǒng)及參數(shù)幾何接口信息流程圖

    1)獨立骨架設(shè)計，以前車架設(shè)計為例，如圖7所示；

圖7 前車架對應(yīng)系統(tǒng)及參數(shù)幾何接口流程圖

    2)半獨立骨架設(shè)計，以發(fā)動機罩設(shè)計為例，如圖8所示；

圖8 發(fā)動機罩對應(yīng)系統(tǒng)及參數(shù)幾何接口流程圖

    3)非獨立骨架設(shè)計，以工作液壓系統(tǒng)設(shè)計為例，如圖9所示。

圖9 工作液壓系統(tǒng)對應(yīng)系統(tǒng)及參數(shù)幾何接口流程圖

    2.3 協(xié)同設(shè)計應(yīng)用

    以Creo全參數(shù)化三維設(shè)計軟件為模型設(shè)計平臺，Windchill系統(tǒng)為數(shù)據(jù)管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸與同步。通過兩者的完美結(jié)合應(yīng)用使得在不同地域的設(shè)計人員、審核人員、工藝人員、生產(chǎn)制造人員可以使用系統(tǒng)平臺對同一機型進行遠(yuǎn)程的異地并行協(xié)同設(shè)計。

    在Windchill系統(tǒng)中對不同的產(chǎn)品設(shè)置不同的產(chǎn)品容器，并在容器中建立不同的文件夾，如：總體、結(jié)構(gòu)、動力、傳動、薄板、液壓、電氣等。不同文件夾設(shè)置不同的權(quán)限和不同專業(yè)組設(shè)計人員。由總體設(shè)計師新建Creo超級模型結(jié)構(gòu)、整機布局、整機骨架并檢人相應(yīng)文件夾中。各專業(yè)組設(shè)計師在對應(yīng)文件夾中檢出相應(yīng)配置層，并對其進行詳細(xì)設(shè)計。在設(shè)計過程中不斷的檢入、更新數(shù)據(jù)，每個設(shè)計師都能實時地了解最新的設(shè)計狀態(tài)。對于設(shè)計過程中出現(xiàn)的干涉、錯誤或者不合理的地方將在第一時間內(nèi)得到體現(xiàn)。對出現(xiàn)的問題進行及時快速的處理解決，再將修改完成的文件檢入系統(tǒng)并傳遞給其他設(shè)計師。設(shè)計審核、工藝設(shè)計、生產(chǎn)制造人員都可以在第一時間對設(shè)計數(shù)據(jù)進行相應(yīng)操作直到項目設(shè)計完成。實現(xiàn)真正意義的協(xié)同設(shè)計。

3 結(jié)束語

    通過將裝載機進行模塊化劃分，以超級BOM方式進行設(shè)計管理可大大提高產(chǎn)品的通用性，降低管理成本。Top-Down協(xié)同設(shè)計的研究與應(yīng)用可大幅度地提高設(shè)計研發(fā)效率，提高產(chǎn)品設(shè)計的準(zhǔn)確性，提高新產(chǎn)品一次設(shè)計的成功率，減少產(chǎn)品變型設(shè)計時間，降低新產(chǎn)品設(shè)計開發(fā)的周期和成本，保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確和唯一性，模塊化Top-Down協(xié)同設(shè)計已在我公司形成標(biāo)準(zhǔn)并開始全部推廣實施到其他產(chǎn)品線當(dāng)中。

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本文標(biāo)題：模塊化Top-Down系統(tǒng)設(shè)計在裝載機中的應(yīng)用

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