关于特种汽车正向设计的流程探索

崔洪杰

摘 要：特种汽车正向设计中最重要的三个流程：一是产品经理完善方案设计，二是公司相关部门人员方案评审，三是设计人员运用现代化设计手段进行详细技术设计。通过运用三维协同设计和有限元软件仿真分析及拓扑优化，在模型初始阶段即投入实际生产前就实现了优化设计，避免了产品后期生产装配过程中的干涉及过多售后问题，从而大大缩短了产品设计周期，保证了产品质量，减少了人力、物力、财力浪费，降低了成本。

关键词：特种汽车;正向设计;流程;成本

1 引言

随着特种汽车任务持续增长，产品在生产、售后服务中暴露出的问题呈上升态势，造成设计方案更改，研制过程反复。这些问题在不同程度上带来极大浪费，影响产品的质量、交付，甚至企业的声誉。

特种汽车正向设计流程作为新产品开发过程最重要的控制环节，流程的落实将直接影响产品生产、交付和服务各环节。在产品开发的整个过程中，产品先天质量决定于设计，产品在原材料、制造、使用、维修等各方面的花费，很大部分是设计阶段决定的。因此设计方案的修改需尽可能在产品开发的前期进行，使产品设计一次成功。但实际研发生产过程中，由于种种原因会造成设计过程反复，给后续的研制、生产工作带来一系列问题和隐患，浪费人力、物力、财力和时间。

为保证产品质量，减少浪费，降低成本，生产制造型企业亟需重视技术，按程序开展正向设计。从用户需求出发确立顶层设计要求，尽可能减少产品在生产环节发生的质量问题，避免引起过程反复，做到一次成功。

2 设计开发流程

特种汽车的新产品设计开发会涉及到公司内外多个部门或单位组织，大致流程简化为：市场调研→项目评估→设计开发策划→方案设计→方案评审→技术设计→样车制作→样车评审→优化资料→小批试制→试验验证→设计确认→研制总结→批量生产→结束。

正向设计是整个设计开发流程中的重要部分，是产品质量形成的根源。在产品设计过程中，整个项目组的设计知识库以及设计人员的质量意识、技术水平和设计能力对确保产品质量起着至关重要的作用。产品發生设计质量问题的原因有多种，如设计知识及方法掌握不到位、设计流程不明晰、设计过程不规范、设计要求及质量要求的落实不到位等。为了从源头杜绝或减少产品的设计质量问题，提高产品的设计质量和固有可靠性，有必要从正向梳理设计流程，研究设计方法，形成一套科学、规范的设计体系，使设计人员对标开展设计工作，规范设计流程与行为。

本文主要对影响产品质量最关键的三个正向设计流程展开探索，即产品经理完善方案设计，公司相关部门人员进行方案评审，设计人员运用现代化设计手段进行详细技术设计。

3 方案设计

方案设计的主体是产品经理，在各分系统设计师中起着领头羊作用，一个好的产品很大部分程度上取决于产品经理综合素质及能力。方案设计能充分体现产品经理产品的总体水平及设计思路，他们对相关产品的继承性最透彻，在各分系统的详细设计中起到统筹作用。俗话说：火车跑得快，全靠车头带。产品经理，首先是技术骨干，能为设计者提供设计思路，提供前进方向，能勇挑重担，敢于承担责任，遇到问题时能从容判断应对，能拍板做决定。在该阶段，磨刀不误砍柴工，设计方案越优化越详细，影响因素考虑越充分，后期产品问题越少，质量越高，对后续开展其他工作越有利，带来的经济效益越显著。

该阶段产品主要配套已基本确定，重点关注整车布置合理性，底盘三大件、车身、上装接口、各分系统零部件详细定位后，方案设计是否合理便一目了然。整车布置是一个反复检查校对，逐渐完善优化的过程。最初的整车布置仅是很简单的框架，只有发动机、变速器、分动器、车桥、驾驶室、车架等轮廓，但随着方案设计的推进，产品经理及时更新各分系统最新的设计，干涉、难制作、维修性差等问题很容易暴露，经过产品经理调解，先解决主要矛盾，后解决次要矛盾，哪些分系统必须更改，哪些适应性更改，经过多轮反复适应性优化调整，一个相对完美的整车布置就此产生。

4 方案评审

整个研发流程过程中设置的评审点很多，有项目可行性评审、设计输入评审、整车方案评审、各分系统方案评审、技术设计评审、工艺评审、样车评审、制造验收规范评审、试验大纲评审、转阶段评审。每个项目的评审点，在设计和开发计划中均已列出，必要时再进行可靠性、维修性、保障性、测试性、安全性和环境适应性以及元器件、原材料等专题评审。根据需要可增加或取消评审点，实际研发流程正向设计过程中我们重点关注设计方案的评审，希望所有更改事项能在该阶段一次性完成。

方案评审由产品经理组织该车型所有设计者、工艺人员、科研生产计划部、车间、质量、售后服务等部门相关人员参加，必要时，邀请公司总工、总经理等领导参加，这样可达到集思广益，优化设计方案的目的。产品经理将整车布置方案用三维模型展现给参会人员，汇报结构、功能、计算分析依据等，然后由各评审人员根据自身岗位从不同角度发现提出问题，经过大家探索讨论，集思广益，最后由设计者去落实解决。经过两三轮优化更改模型，完善更改方案，探讨合理性，计算验证，再次评审，达到产品优化状态，将实际生产装配或售后过程中可能出现的问题做出预判并采取措施消除，避免后期样车造出来再去更改方案带来的过程反复及浪费。

方案评审在正向设计流程中起承上启下的作用，在所有评审环节中最重要，能优化产品设计、提高产品质量、提高综合效益。确定后的方案可以作为技术设计的依据，是具体设计的行动指南。主要目的是：避免类似产品制作过程中发生的问题，确定产品技术状态，提升产品设计质量。

5 技术设计

技术设计是在产品方案评审完成后，设计人员结合评审意见对产品进行全面的技术规划，具体确定零部件结构、尺寸、配合关系、技术条件，确定各系统原理图，产品设计计算书，外购件、标准件采购明细，编制试验大纲等详细的优化设计过程。

技术设计是产品正向设计流程中重在落实的关键环节，产品的合理性、工艺性、经济性、可靠性都在这一阶段完成。技术设计的目的，是在已批准的技术任务书基础上，完成产品的主要计算和主要零部件的详细设计工作。

在该正向设计流程中，设计人员通过充分运用Creo建模，三维协同设计，ANSYS等有限元软件分析及拓扑优化等新的设计方法和手段，对模型进行产品性能的仿真计算，虚拟试验，初步考察其工作应力、运动过程、产品寿命等，为设计的可视化、精准性、可靠性提供保障。协同效应同时带来了高效率、高质量，规范了设计流程。原来二维设计在生产阶段才能发现的干涉等低级错误有效避免，原来通过参考经验才能确定的材料应力可以通过有限元分析软件模拟仿真迅速得出结果。最后，设计师完成的图样经过丰富经验工程师的校对，产品经理的审核，加上工艺、标准化、审定人员的进一步检查审签，能有效保证图纸质量。同时，工艺部门提前介入到设计流程，根据零部件图纸及焊接、装配顺序，技术要求，熟悉各零部件预留公差、技术指标，哪些是关键尺寸需要控制，哪些是非关联尺寸按自由公差即可，提前绘制零件下料图，编制下料、焊接、机加、涂装、装配等工序过程流程，明确各工序安排，优化工艺流程，进一步保证了产品的高质量，高效益。

6 某特种汽车三维协同设计案例

某特种汽车采用了三维协同设计，在整车骨架模型中通过使用发布与复制几何功能来实现设计过稱中信息共享，保证了设计质量。产品经理建立了较高级别的整车骨架，低级骨架由设计人员单独完成。具体步骤如下：

6.1 新建整车装配体并添加参数。

6.2 创建骨架。

6.3 打开骨架模型，创建车架中心面、车架上平面、各桥中心面。

6.4 创建整车坐标系。

6.5 参照一桥中心面，创建拉伸特征，新建左右纵梁轮廓。

6.6 创建整车发布几何。

6.7 创建整车产品结构，完成产品结构搭建及任务划分，分系统均为默认装配。

6.8 车架总成设计师打开车架总成并创建骨架，在骨架模型中完成几何复制。

6.9 在车架总成中创建子装配并完成各零部件设计及装配。

其他分系统操作类似。

按照上述步骤，产品经理在三维设计环境中，根据骨架模型建立了直观的数字化参照模型，表达整车重要的参照信息，方便各分系统设计按照整车参照，独立设计自己负责的分子组，以最大限度地避免初始阶段的设计参照错误，提高设计速度和质量。开展三维协同设计，所有设计师拥有相同的设计平台，统一的设计环境及标准库，方便快速查找及调用，避免重复设计带来的成本浪费。各部分变动能及时发现，可实现快速设计变更，并且效果直观，有助于提高设计质量，降低工程成本，是工程设计技术发展的必然趋势。这种通过Top-Down的协作设计方法让我们的设计更准确更快速。

7 结束语

本文主要探索了特种汽车正向设计的三个关键流程，方案设计阶段，产品经理统筹全局，积极沟通协调敲定技术要求，完善优化整车布置;方案评审阶段，技术、工艺、生产、质量、售后等部门相关人员对产品方案进行讨论，集思广益，优化改进;技术设计阶段，设计人员借助现代化设计工具及手段，对模型进行产品性能的仿真计算，虚拟试验，初步考察其工作应力、运动过程、产品寿命等，为设计的可视化、精准性、可靠性提供保障。如果产品不能满足使用要求，可以立即返回设计人员进行重新设计或修改或优化，从而大大减少实物试验的周期和费用。在正向设计三个关键流程基础上，以某特种汽车设计为例，通过三维协同设计，提高了设计速度和质量，进而提高了产品质量，减少了浪费，节约了成本。

参考文献：

[1]韩晓红，邵亚楠.开展航天产品正向设计的基础和原则[J].质量与可靠性，2017（06）：15-17.

[2]黄浩.产品正向设计六西格玛技术应用研究.机电元件，2015（10）：11-14.