產品設計過程中工藝協同的分析及應用

張博 齊曉莉 王聰

摘 要：本文主要對產品設計過程中設計與工藝的關系進行分析，并對其中的工藝協同設計進行了詳細分析與研究，闡述如何實現工藝協同設計的過程，從而提出通過數字化管理平臺來實現產品設計和工藝協同設計的理念，以期為研究產品設計和工藝設計并將其協同起來的學者提供參考。

關鍵詞：數字化管理平臺；產品設計；工藝協同設計

中圖分類號：TH166；TP391 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）16-0057-02

Analysis and Research of Process Design Synergy in Product Design Process

ZHANG Bo QI Xiaoli WANG Cong

Abstract： In this paper， the relationship between design and process in the process of product design was analyzed，and the process collaborative design was analyzed and studied in detail. The process of how to realize the collaborative design of process design was described. The process of how to realize the collaborative design of the process was expounded， and the concept of product design and process collaborative design was realized through the digital management platform.It is hoped that the research in this paper can provide a reference for researchers studying product design and process design.

Keywords： digital management platform；product design；process collaborative design

隨著設計與制造數字化進程的發展，產品數字化的要求越來越高。在產品設計和制造過程中，數字化設計技術得到了廣泛推廣和應用，很多企業引進CAD/CAPP/PDM等系統一起構建數字化管理平臺，對整個產品進行數字化管理。在產品設計過程中，工藝協同的重要性也越來越凸顯，因為在同一平臺下共享數據資源，使得產品設計數據和工藝數據的交互變得越來越緊密，也大大縮短了產品的研發周期，提高了產品的加工質量。為此，本文對產品設計過程中的工藝協同進行深入分析及應用。

1 產品設計和工藝設計的關系分析

產品設計與工藝設計相互依賴，互為反饋：工藝設計應支持產品設計，實現產品設計確定的產品功能，同時也反饋產品設計的不足；反過來，產品設計也應考慮生產工藝的實現能力，確保產品能以適當的成本、交期和質量生產出來[1]。隨著設計制造理念的發展及數字化在產品研發中的應用，產品的研發過程也發生了翻天覆地的變化，實現了從過去單一的串行設計模式到并行設計模式，再到現在的數字化平臺協同設計模式的發展。現將這三種模式以圖（見圖1）的形式進行比較。

從圖1中可以清晰地看到，在整個產品設計研發過程中，并行設計要比串行設計縮短研發周期T1，協同設計要比并行設計縮短研發周期T2，協同設計的效率最高。在協同設計過程中，整個產品設計和工藝設計是在同一個環境下進行的，通過數字化平臺共同進行產品的設計研發。協同設計能讓工藝設計更早地參與進產品的設計過程中，在進行產品概念設計時，就能通過數字化平臺讓工藝設計人員參與進來，了解設計師的設計理念，從而讓工藝設計人員參與整個產品的設計過程，這樣能及時發現設計缺陷，進行工藝性研究，提出好的建議，提高設計方案的可行性和可靠性，最終提高產品的研發能力，縮短研發周期[2]。

2 產品協同設計分析

圖2為產品協同設計原理。從圖2可以看出，在產品協同設計過程中開展的設計活動、工藝活動、實驗活動及其他和設計相關的活動，都是圍繞設計圖紙在同一個平臺空間下展開的[3]。這樣設計師和工藝師可以同時看到設計圖紙，工藝師就能更早地參與產品設計，對設計圖紙進行工藝性審查并提出改進意見，或者進行工藝性試驗，為最終設計圖紙的定型提出技術支持，從而提高產品設計的效率和成功率。

3 基于協同工作模式的CAD/CAPP/PDM等系統及其應用

3.1 基于協同工作模式的CAD/CAPP/PDM等系統

基于協同原理的CAD/CAPP/PDM等系統的集成，以Web的項目管理與工作流程管理系統、協同工具集為基礎，實現分布式系統的過程集成、信息集成和知識集成。協同工作模式下，協同平臺的建立是實現分布式系統間知識集成的基礎[4]。

協同設計是指區域分散的設計群體，借助計算機及其網絡技術，共同協調與協作來完成一項產品設計任務。在協同設計過程中，協作群體利用協同平臺的工作流管理系統、項目管理系統、應用工具集（CAD/CAPP/PDM等）和協同工具集（電子郵件等）等，通過知識共享、文件傳遞等方式，對群體聯盟內的共享顯性知識進行借鑒、引用和采納，實現知識的融合和內化，并且通過必要的溝通與交流，完成產品的協同設計[5]。

3.2 基于協同工作模式的CAD/CAPP/PDM等系統的應用

基于協同工作模式的CAD/CAPP/PDM等系統集成是一個新的事物，其能較好地處理設計系統和工藝系統之間的數據交互問題，將產品設計和工藝設計有機協同起來。一個產品在設計階段，往往需要使用不同的設計軟件，如用AutoCAD繪制二維模型，用UG建立三維模型，因此，就產生了不同系統之間的信息交互問題。此外，在工藝設計中，也存在從設計內容中獲取信息時，由于設計軟件的不同造成數據丟失和數據導入出錯等問題。通過PDM和CAPP系統可以解決上述問題。由于PDM統一管理與產品相關的全部信息，不同設計軟件的信息傳遞通過PDM系統進行，CAD、CAPP通過PDM提取需要的信息，并將結果反饋給PDM系統，最終實現產品設計和工藝設計在數據上的交流和共享[6]。

根據上述分析，在實際應用中，筆者將CAD/CAPP/PDM等系統整合在一起，達到協同工作的目的。產品協同設計過程見圖3。從圖3可以看出，設計師在CAD系統下進行產品模型設計，通過PDM系統對設計的產品模式數據進行管理，最終生成產品結構數據（EBOM）。然后，由工藝師在CAPP系統中進行工藝設計，并生成工藝結構數據（PBOM），最后將數據推送給ERP系統。整個過程是通過CAD/CAPP/PDM等系統將設計和工藝結合起來進行的，最終實現數據共享和共同研發的目的。

4 結語

通過本文的分析可知，工藝協同設計是基于CAD/CAPP/PDM等系統整合的數字化管理平臺下產生的產品設計和工藝設計協同工作的一種模式，其處于同一個空間，通過系統內的網絡進行信息交流、共享和傳輸等，最終將工藝過程和設計過程協同起來。這有助于產品的設計研發，也大大提高了產品研發的效率和可靠性。

參考文獻：

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[6]蔡長韜，殷國富，陳學斌.基于STEP的機械零件CAD/CAPP的集成方法[J].機械科學與技術，1999（5）：830-832.