轴承及相关产品研发工程师素质及研发原则

2012-04-01石宝枢李国豪李鑫

轴承 2012年9期

石宝枢，李国豪，李鑫

(1.浙江众达传动股份有限公司，浙江金华 321025；2.襄阳汽车轴承股份有限公司，湖北襄阳 441022;3.宁波圣龙汽车动力系统股份有限公司，浙江宁波 315104)

国内、外轴承及相关企业成功与失败的经验说明，现代企业在市场上的竞争力，已从过去的单纯以成本与质量为主的竞争转向以新产品研发与设计的综合能力为主的新一轮竞争。现代企业的竞争，越来越突出地表现为产品研发能力的竞争。所以，轴承及相关企业的科技进步和产业发展，呼唤着优秀的研发工程师。而如何做一位优秀的研发工程师，如何提高产品研发和设计水平，是每一位研发工程师所面对的异常重要和紧迫的课题。

1 研发工程师应具备的素质和意识

素质是指一个人的品德、知识、经验和能力的综合；意识是指一个人对客观事物的反映。要成为一位优秀的轴承及相关产品的研发工程师，必须同时具备下述6项素质和10种意识。

1.1 6项素质

1.1.1 渊博的学识

作为研发工程师，根据其所从事的专业，应具有不同门类的知识结构。要全面、系统、准确、深入地通晓与掌握本行业、本领域相关的基础理论和专业知识。轴承及相关产品具有多学科融合、交叉的特点。所以，该类产品的研发工程师要具有本专业横向拓展、跨专业的理解和分析能力。只有具备扎实、渊博的自然科学和工程技术等基础知识，才能为产品研发、设计及制造等专业技术工作积累深厚的理论功底，奠定坚实的专业基础，这是做好轴承及相关产品研发工作的前提。

1.1.2 远见卓识的洞悉力

作为轴承及相关产品的研发工程师，要站在本行业、本领域科技发展的前沿，占领制高点。全面、系统和详细地了解本行业、本领域的历史和现状，随时掌握本行业、本领域科技发展的动态，与时俱进。要站在本行业发展的高度去看问题，具有宽广的视野、卓越的远见、清晰的思路和深邃的洞悉力。要不断接受新事物，推广新技术，以促进本领域的科技进步。

1.1.3 精湛和过硬的岗位技能

作为研发工程师，应具备精湛和过硬的岗位技能。如轴承及相关产品的设计岗位，要具备熟练的识图能力、绘图能力、软件应用能力、信息处理能力、采用标准的能力、良好的文档处理能力和语言能力等。这是做好轴承及相关产品研发工作的必要条件。

轴承及相关产品有较高的科技含量，若对该类产品进行深层次机理的探究，必须要有全面、系统、精深和熟练的数学基础。要具备将工程问题抽象成数学模型的能力，具备熟练求解和精确计算的能力，对计算的结果要具备分析与评价的能力。例如：笔者进行的各种等速万向节传动轴总成的研发与设计，经不断的探索与潜心的钻研，总结出各种设计、工艺及检测等数学计算公式800余个，在国家级各种核心期刊发表的40余篇学术论文中，大多数是设计计算方面的内容。所以，数学是通往科学殿堂的钥匙，是轴承及相关产品研发、设计的工具和重要方法，甚至是唯一的方法。

1.1.4 丰富的实际工作经验

作为研发工程师，要善于学习、观察、积累和总结以往工作中的经验，借鉴前人和他人成功的经验，吸取其失败的教训。对轴承及相关产品的研发，要全面和系统地探寻其规律，减少或避免工作失误，少走弯路，提高产品研发的质量和效率。例如：笔者在组织开发、设计比亚迪汽车各种轮毂轴承和等速万向节传动轴总成等产品时，充分吸取了国内、外同行设计失败的教训，不盲目照搬国外样品，进行自主创新设计，一举获得了成功。如果没有多年的经验积累，难免要经过长时间的摸索，甚至要走很多弯路。

1.1.5 良好的综合能力

（1）菌悬液的制备。将供试菌金黄色葡萄球菌、枯草芽孢杆菌、大肠杆菌分别接种到斜面牛肉膏蛋白胨培养基上，再培养18～24 h，取出后使用5 mL无菌生理盐水洗出，稀释成质量浓度为1×107～1×108CFU/mL的菌悬液置于无菌操作室内备用。

作为研发工程师，应具备良好的综合能力。轴承及相关产品的研发和设计，不仅要精通产品知识，也要熟悉相关的设备、工艺、工装及检测等专业知识。研发工程师要具备良好的语言和文字表达能力、协调能力、社交能力、观察试验能力、调查研究能力、规划设计能力和总结提高能力。要花费一定的时间和精力深入实际和生产现场，对日常众多的生产、技术、质量等繁杂和棘手的问题，要善于全面、科学、深入、细致、务实、清晰和透彻的分析，准确、果断地判断，合情合理地沟通，进而迅速、创造性地加以解决和处理。力求使理论与实际相结合，原则性与灵活性相结合。做到既满足用户的质量要求，又能最大限度地提高效率、降低成本，使质量、效率和成本达到最佳的状态。

1.1.6 踏实的作风和认真的态度

作为研发工程师，还要有坚持真理、开拓进取的精神；诚实守信、敬业爱岗、乐于奉献的优秀品德；兢兢业业、踏踏实实、雷厉风行的工作作风；养成严谨、细腻的工作习惯。特别是认认真真的工作态度，认真度是事业成功、个人成长的关键，更是不可或缺的职业美德。

1.2 10种意识

1.2.1 大局意识

产品研发涉及到技术、经济的方方面面，也是涉及到横向和纵向多个部门的全局性的综合性工作。所以，研发工程师应站在全局的高度，具有大局意识。包括思考问题、做事情、一系列技术方案的确定及工作输出等，不要计较某部门或某个人暂时的、一时一事的得失，要从大局出发，局部利益服从整体利益，以获得全局性的综合效益。

1.2.2 质量意识

产品研发的根本目的是设计出的轴承及相关产品满足客户规定的功能要求。所以，研发工程师必须坚定不移地树立质量意识，使产品研发和设计的一切工作输出(技术文件、图纸等)达到规定的技术、质量指标，满足产品必要的功能和可靠性等质量要求。

所谓标准，是为了在一定范围内获得最佳的秩序，对重复性事物和概念所做的统一规定，标准产生的客观基础是科学、技术和经验的综合成果。轴承及相关产品的标准化程度非常高，所以，贯彻和执行标准可获得最好的质量、最高的效率、最低的成本和最佳的秩序，也是国家非常重要的技术经济政策。实际上，产品研发和设计的过程，就是贯彻和执行有关标准的过程，也是每位研发工程师必备的素质和基本功。必须真正地使产品设计最大限度地实现标准化、系列化、通用化和最优化。

1.2.4 效率意识

轴承及相关产品的市场竞争异常激烈。作为研发工程师，一定要有效率意识，效率包括工作(产品研发和设计)效率和工作输出效率(设计产品的加工周期)。要最大限度地缩短研发周期，提高产品设计的速度。在确认各项设计方案时，首先考虑的是在满足必要功能和质量的前提下，最大限度地提高产品的加工效率和自动化程度。

1.2.5 成本意识

作为研发工程师，要有经济头脑，具有成本意识。轴承及相关产品在市场上的竞争，最突出的表现就是价格上的竞争，所以，研发和设计的轴承及相关产品必须考虑经济性。确定的技术方案和设计的产品，力求做到以最少的投入和最低的运行成本达到规定的效果。

1.2.6 服务意识

轴承及相关产品的研发是一个庞大的系统工程。不是一两个人所能完成的，也不是一两个部门所能承担的，需要技术部门与非技术部门之间的配合，需要企业内部与外部之间的合作。所以，研发工程师要有服务意识。对与产品研发有关的企业内部与外部、横向和纵向的所有部门和他人提供技术支持和技术服务，相机处理各种问题，这是研发工程师不可忽视的一项十分重要的份内工作。只有这样，才能使轴承及相关产品的研发和设计工作顺利开展。

1.2.7 现场意识

研发工程师要有现场意识，研发和设计的轴承及相关产品必须考虑工艺性，要充分考虑到生产现场的设备、工装、夹具、刃具、检具等的实际状况及可行性。还要经常深入到生产一线，分析和解决各种实际问题，积累并总结现场经验，持续改进并完善设计。

1.2.8 创新意识

创新是企业发展的动力。作为研发工程师必须要有创新意识。轴承及相关产品不会停留在一个水平上，总是在不断推陈出新，总是在探索中前进，在创新中发展。

1.2.9 科学意识

科学发展观是产品研发事业的指导思想，研发工程师必须牢固地树立科学意识。要用科学的原理和方法分析问题和解决问题，产品设计要严谨务实，一丝不苟，精益求精。在充分学习和借鉴国内、外同行及他人先进技术和经验的同时，绝不盲目迷信，绝不随波逐流，绝不硬性照搬，要敢于创新和突破并执着于它。

1.2.10 学习意识

荀子说：“不积跬步，无以至千里；不积小流，无以成江海。”就是说，学问绝非一朝一夕所成，而是需要日日夜夜、涓涓细流的持久性积累。事实上，一位工程师的知识，大约10%是在大学获得的，90%是在漫长的生活和工作实践中不断学习、更新、积累和补充的。所以，研发工程师要有学习意识，只有不断学习，才能不断提高自己的设计水平。

2 产品研发的“3高”原则

2.1 高起点

轴承及相关产品是至关重要的机械基础件，其性能直接影响着主机的性能。所以，对轴承及相关产品设计的起点要高，要站在本行业及本领域科技发展的前沿和制高点，不断满足主机的新要求，高起点地制定产品的各项技术和质量指标。例如，现代汽车对其轴承及等速万向节传动轴总成产品普遍的要求是结构简单、体积小、重量轻、承载能力强、耐冲击、低噪声及寿命长等，如这些关键性能指标定得过低，难以满足整车的质量要求。但“高起点”并非要盲目地追求功能过剩的高指标，产品设计要建立在准确地理解和把握该产品的各项使用性能的基础上。

2.2 高质量

要全面、准确和清晰地了解主机对产品的质量要求，确定的一切技术工作输出(技术文件、图纸等)始终要确保该产品的使用性能、安全性能和可靠性能。

2.3 高效益

产品研发的根本目的就是设计的产品在充分满足使用性能的前提下，获得良好、综合的经济效益和社会效益。所以，确定的一切技术工作输出(技术文件、图纸等)，要能够实现最高的加工效率、最低的成本，实现产品的效益指标。

3 产品研发的7个设计原则

3.1 自主设计

对轴承及相关产品的研发与设计，在充分学习和借鉴国内、外同行及他人先进技术和经验的同时，更要依靠自身的力量，即用自己的知识、经验、能力、智慧、想象力、创造力和对产品的理解能力进行自主设计。只有这样，才能牢牢掌握产品核心技术而不受制于人，并可不断提高自身的专业技术水准和应变能力。

3.2 正向设计

所谓正向设计就是无现成的资料和样品可供参考，根据待设计产品的市场需求、使用功能、条件和技术及质量等要求，在全面、系统、科学、正确、深入、细致和透彻地掌握该产品的机理和规律的基础上，运用各种现代化的设计方法，对轴承及相关产品进行系统和精确的设计。做到知其然、还要知其所以然，真正实现科学、先进、可靠和合理的设计。

3.3 创新设计

轴承及相关产品的创新设计至少可从以下几方面思考：(1)利用形态变换进行创新设计，如改变产品的形状、位置、数目及尺寸等，可以得到不同的结构方案；(2)利用相互关系变换进行创新设计，如改变产品2种或2种以上零部件之间的运动形式、结合方式及锁合方式等，可以得到不同的结构方案；(3)利用功能变换进行创新设计，如改变产品的物理、力学性能。

然后，再进行选择和优化，可得到最终的创新设计结果。但轴承及相关产品的创新设计，要走出几个误区，并注意以下几点：(1)产品的结构并非越复杂越好，在满足必要功能的前提下，结构越简单越好；(2)产品的结构并非越离奇越好，不要刻意、片面和脱离实际地追求古怪、离奇及难以实现的结构，一定要考虑其可行性；(3)创新要有利于提高产品的性能和加工效率，否则，是无意义的创新；(4)创新要有利于降低成本，否则，创造不出效益。

3.4 最优化设计

对任何一位设计者来说，总希望作出最优的设计方案，使所设计的轴承及相关产品具有最好的使用性能、最低的材料消耗与制造成本，以获得最佳的经济效益和社会效益。这就要使各零部件和结构要素实现科学、合理及最佳的匹配，以实现整个产品系统的最优化。轴承及相关产品的最优化设计包括以下内容：(1)将设计问题的物理模型转变为数学模型，建立数学模型时要选取设计变量，列出目标函数(目标函数是设计问题所要求的最优指标与设计变量之间的函数)，给出约束条件；(2)在给定的载荷或环境等条件下，采用适当的最优化方法，求解数学模型，求目标函数的极值或最优值。

3.5 标准化设计

标准化程度是衡量产品水平的至关重要的指标。所以，标准化设计必须贯穿与轴承及相关产品设计的全过程，使图样和技术文件达到完整、正确、统一和清晰。产品设计时，应最大限度地采用标准件、通用件，以获得最好的质量、最高的效率、最低的成本和最佳的秩序。

3.6 系列化设计

轴承及相关产品的显著特点就是品种繁多、规格庞杂，故对该类产品进行系列化设计具有极为重要的意义。将产品的基本结构、主要参数和尺寸等做出科学及合理的规划，确定先进、合理和适用的产品系列，以协调同类型产品之间的关系，使整个产品系列结构优化，功能最佳。

系列设计是以基型(基型是系列内最有代表性、规格适中、用量较大、生产较普遍、结构较先进及很有发展前途的型号)产品为基础，对整个系列产品所进行的技术设计，其方法是：(1)首先在系列内选择基型；(2)在充分考虑系列内产品之间通用的基础上，对基型产品进行技术设计；(3)在设计全系列的各种规格产品时，要充分利用结构典型化和零部件通用化等方法，扩大通用化程度(即横向扩展)；(4)设计变型产品或变型系列时，变型与基型要最大限度地通用，尽量做到只增加少数专用件即可发展一个变型产品或变型系列(即纵向扩展)。

3.7 通用化设计

按照互换性原则进行设计，即通用化设计，有利于高效率的专业化生产，大大简化零部件的设计、制造和装配过程，对缩短生产周期、提高效率、降低成本、便于使用和维修等均具有十分重要的意义。

4 设计举例和实施效果

笔者进行的各种等速万向节传动轴总成产品设计的全过程，就是遵循以上原则。不盲目照搬国外样品，根据产品的深层次机理和使用特点，对产品的主要结构和参数等均进行了创新和优化设计。使结构先进、合理，提高了承载能力和可靠性，简化了工艺，提高了加工效率，降低了成本。

在设计过程中，系统地掌握了多种等速万向节传动轴总成的核心技术，拥有多项自主知识产权。其中，有16项被授予发明和实用新型专利。

如自主设计的比亚迪F0，F3和F6等车型的等速万向节传动轴总成产品，均一次性通过了静扭、15万次扭转疲劳、7项综合性能、可靠性和耐久性、8万公里高速和强化路等严苛的试验。不仅排除了极易发生的各种质量问题，而且各项技术及质量指标明显超过了国内、外同类产品的水平。又如：汽车用球笼式等速万向节，有几千种不同规格的产品，尺寸非常杂乱，但几何结构基本相同。必须进行标准化、系列化和通用化设计，否则，后续的一切工作将一筹莫展。以用量最大、最普遍、最成熟、规格适中和最有代表性的BJ95为基型进行设计。然后，再根据钟形壳的最大外径尺寸，以标准钢球直径为主要参数，规范成10个尺寸系列，每一系列的钢球和保持架均通用，内部主要尺寸完全统一。且可向横向和纵向扩展，发展成任意规格的球笼式等速万向节产品。设计的系列产品图样统一发放，统一管理，集中修改，保持了高度的互换性，便于组织专业化量产，利于维修和配套，创造了显著的综合效益。