關于特種汽車正向設計的流程探索

崔洪杰

泰安航天特種車有限公司 山東省泰安市 271000

1 引言

隨著特種汽車任務持續增長，產品在生產、售后服務中暴露出的問題呈上升態勢，造成設計方案更改，研制過程反復。這些問題在不同程度上帶來極大浪費，影響產品的質量、交付，甚至企業的聲譽。

特種汽車正向設計流程作為新產品開發過程最重要的控制環節，流程的落實將直接影響產品生產、交付和服務各環節。在產品開發的整個過程中，產品先天質量決定于設計，產品在原材料、制造、使用、維修等各方面的花費，很大部分是設計階段決定的。因此設計方案的修改需盡可能在產品開發的前期進行，使產品設計一次成功。但實際研發生產過程中，由于種種原因會造成設計過程反復，給后續的研制、生產工作帶來一系列問題和隱患，浪費人力、物力、財力和時間。

為保證產品質量，減少浪費，降低成本，生產制造型企業亟需重視技術，按程序開展正向設計。從用戶需求出發確立頂層設計要求，盡可能減少產品在生產環節發生的質量問題，避免引起過程反復，做到一次成功。

2 設計開發流程

特種汽車的新產品設計開發會涉及到公司內外多個部門或單位組織，大致流程簡化為：市場調研→項目評估→設計開發策劃→方案設計→方案評審→技術設計→樣車制作→樣車評審→優化資料→小批試制→試驗驗證→設計確認→研制總結→批量生產→結束。

正向設計是整個設計開發流程中的重要部分，是產品質量形成的根源。在產品設計過程中，整個項目組的設計知識庫以及設計人員的質量意識、技術水平和設計能力對確保產品質量起著至關重要的作用。產品發生設計質量問題的原因有多種，如設計知識及方法掌握不到位、設計流程不明晰、設計過程不規范、設計要求及質量要求的落實不到位等。為了從源頭杜絕或減少產品的設計質量問題，提高產品的設計質量和固有可靠性，有必要從正向梳理設計流程，研究設計方法，形成一套科學、規范的設計體系，使設計人員對標開展設計工作，規范設計流程與行為。

本文主要對影響產品質量最關鍵的三個正向設計流程展開探索，即產品經理完善方案設計，公司相關部門人員進行方案評審，設計人員運用現代化設計手段進行詳細技術設計。

3 方案設計

方案設計的主體是產品經理，在各分系統設計師中起著領頭羊作用，一個好的產品很大部分程度上取決于產品經理綜合素質及能力。方案設計能充分體現產品經理產品的總體水平及設計思路，他們對相關產品的繼承性最透徹，在各分系統的詳細設計中起到統籌作用。俗話說：火車跑得快，全靠車頭帶。產品經理，首先是技術骨干，能為設計者提供設計思路，提供前進方向，能勇挑重擔，敢于承擔責任，遇到問題時能從容判斷應對，能拍板做決定。在該階段，磨刀不誤砍柴工，設計方案越優化越詳細，影響因素考慮越充分，后期產品問題越少，質量越高，對后續開展其他工作越有利，帶來的經濟效益越顯著。

該階段產品主要配套已基本確定，重點關注整車布置合理性，底盤三大件、車身、上裝接口、各分系統零部件詳細定位后，方案設計是否合理便一目了然。整車布置是一個反復檢查校對，逐漸完善優化的過程。最初的整車布置僅是很簡單的框架，只有發動機、變速器、分動器、車橋、駕駛室、車架等輪廓，但隨著方案設計的推進，產品經理及時更新各分系統最新的設計，干涉、難制作、維修性差等問題很容易暴露，經過產品經理調解，先解決主要矛盾，后解決次要矛盾，哪些分系統必須更改，哪些適應性更改，經過多輪反復適應性優化調整，一個相對完美的整車布置就此產生。

4 方案評審

整個研發流程過程中設置的評審點很多，有項目可行性評審、設計輸入評審、整車方案評審、各分系統方案評審、技術設計評審、工藝評審、樣車評審、制造驗收規范評審、試驗大綱評審、轉階段評審。每個項目的評審點，在設計和開發計劃中均已列出，必要時再進行可靠性、維修性、保障性、測試性、安全性和環境適應性以及元器件、原材料等專題評審。根據需要可增加或取消評審點，實際研發流程正向設計過程中我們重點關注設計方案的評審，希望所有更改事項能在該階段一次性完成。

方案評審由產品經理組織該車型所有設計者、工藝人員、科研生產計劃部、車間、質量、售后服務等部門相關人員參加，必要時，邀請公司總工、總經理等領導參加，這樣可達到集思廣益，優化設計方案的目的。產品經理將整車布置方案用三維模型展現給參會人員，匯報結構、功能、計算分析依據等，然后由各評審人員根據自身崗位從不同角度發現提出問題，經過大家探索討論，集思廣益，最后由設計者去落實解決。經過兩三輪優化更改模型，完善更改方案，探討合理性，計算驗證，再次評審，達到產品優化狀態，將實際生產裝配或售后過程中可能出現的問題做出預判并采取措施消除，避免后期樣車造出來再去更改方案帶來的過程反復及浪費。

方案評審在正向設計流程中起承上啟下的作用，在所有評審環節中最重要，能優化產品設計、提高產品質量、提高綜合效益。確定后的方案可以作為技術設計的依據，是具體設計的行動指南。主要目的是：避免類似產品制作過程中發生的問題，確定產品技術狀態，提升產品設計質量。

5 技術設計

技術設計是在產品方案評審完成后，設計人員結合評審意見對產品進行全面的技術規劃，具體確定零部件結構、尺寸、配合關系、技術條件，確定各系統原理圖，產品設計計算書，外購件、標準件采購明細，編制試驗大綱等詳細的優化設計過程。

技術設計是產品正向設計流程中重在落實的關鍵環節，產品的合理性、工藝性、經濟性、可靠性都在這一階段完成。技術設計的目的，是在已批準的技術任務書基礎上，完成產品的主要計算和主要零部件的詳細設計工作。

在該正向設計流程中，設計人員通過充分運用Creo建模，三維協同設計，ANSYS等有限元軟件分析及拓撲優化等新的設計方法和手段，對模型進行產品性能的仿真計算，虛擬試驗，初步考察其工作應力、運動過程、產品壽命等，為設計的可視化、精準性、可靠性提供保障。協同效應同時帶來了高效率、高質量，規范了設計流程。原來二維設計在生產階段才能發現的干涉等低級錯誤有效避免，原來通過參考經驗才能確定的材料應力可以通過有限元分析軟件模擬仿真迅速得出結果。最后，設計師完成的圖樣經過豐富經驗工程師的校對，產品經理的審核，加上工藝、標準化、審定人員的進一步檢查審簽，能有效保證圖紙質量。同時，工藝部門提前介入到設計流程，根據零部件圖紙及焊接、裝配順序，技術要求，熟悉各零部件預留公差、技術指標，哪些是關鍵尺寸需要控制，哪些是非關聯尺寸按自由公差即可，提前繪制零件下料圖，編制下料、焊接、機加、涂裝、裝配等工序過程流程，明確各工序安排，優化工藝流程，進一步保證了產品的高質量，高效益。

6 某特種汽車三維協同設計案例

某特種汽車采用了三維協同設計，在整車骨架模型中通過使用發布與復制幾何功能來實現設計過稱中信息共享，保證了設計質量。產品經理建立了較高級別的整車骨架，低級骨架由設計人員單獨完成。具體步驟如下：

6.1 新建整車裝配體并添加參數。

6.2 創建骨架。

6.3 打開骨架模型，創建車架中心面、車架上平面、各橋中心面。

6.4 創建整車坐標系。

6.5 參照一橋中心面，創建拉伸特征，新建左右縱梁輪廓。

6.6 創建整車發布幾何。

6.7 創建整車產品結構，完成產品結構搭建及任務劃分，分系統均為默認裝配。

6.8 車架總成設計師打開車架總成并創建骨架，在骨架模型中完成幾何復制。

6.9 在車架總成中創建子裝配并完成各零部件設計及裝配。

其他分系統操作類似。

按照上述步驟，產品經理在三維設計環境中，根據骨架模型建立了直觀的數字化參照模型，表達整車重要的參照信息，方便各分系統設計按照整車參照，獨立設計自己負責的分子組，以最大限度地避免初始階段的設計參照錯誤，提高設計速度和質量。開展三維協同設計，所有設計師擁有相同的設計平臺，統一的設計環境及標準庫，方便快速查找及調用，避免重復設計帶來的成本浪費。各部分變動能及時發現，可實現快速設計變更，并且效果直觀，有助于提高設計質量，降低工程成本，是工程設計技術發展的必然趨勢。這種通過Top-Down的協作設計方法讓我們的設計更準確更快速。

7 結束語

本文主要探索了特種汽車正向設計的三個關鍵流程，方案設計階段，產品經理統籌全局，積極溝通協調敲定技術要求，完善優化整車布置；方案評審階段，技術、工藝、生產、質量、售后等部門相關人員對產品方案進行討論，集思廣益，優化改進；技術設計階段，設計人員借助現代化設計工具及手段，對模型進行產品性能的仿真計算，虛擬試驗，初步考察其工作應力、運動過程、產品壽命等，為設計的可視化、精準性、可靠性提供保障。如果產品不能滿足使用要求，可以立即返回設計人員進行重新設計或修改或優化，從而大大減少實物試驗的周期和費用。在正向設計三個關鍵流程基礎上，以某特種汽車設計為例，通過三維協同設計，提高了設計速度和質量，進而提高了產品質量，減少了浪費，節約了成本。