产品设计过程中工艺协同的分析及应用

张博 齐晓莉 王聪

摘 要：本文主要对产品设计过程中设计与工艺的关系进行分析，并对其中的工艺协同设计进行了详细分析与研究，阐述如何实现工艺协同设计的过程，从而提出通过数字化管理平台来实现产品设计和工艺协同设计的理念，以期为研究产品设计和工艺设计并将其协同起来的学者提供参考。

关键词：数字化管理平台；产品设计；工艺协同设计

中图分类号：TH166；TP391 文献标识码：A 文章编号：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

随着设计与制造数字化进程的发展，产品数字化的要求越来越高。在产品设计和制造过程中，数字化设计技术得到了广泛推广和应用，很多企业引进CAD/CAPP/PDM等系统一起构建数字化管理平台，对整个产品进行数字化管理。在产品设计过程中，工艺协同的重要性也越来越凸显，因为在同一平台下共享数据资源，使得产品设计数据和工艺数据的交互变得越来越紧密，也大大缩短了产品的研发周期，提高了产品的加工质量。为此，本文对产品设计过程中的工艺协同进行深入分析及应用。

1 产品设计和工艺设计的关系分析

产品设计与工艺设计相互依赖，互为反馈：工艺设计应支持产品设计，实现产品设计确定的产品功能，同时也反馈产品设计的不足；反过来，产品设计也应考虑生产工艺的实现能力，确保产品能以适当的成本、交期和质量生产出来[1]。随着设计制造理念的发展及数字化在产品研发中的应用，产品的研发过程也发生了翻天覆地的变化，实现了从过去单一的串行设计模式到并行设计模式，再到现在的数字化平台协同设计模式的发展。现将这三种模式以图（见图1）的形式进行比较。

從图1中可以清晰地看到，在整个产品设计研发过程中，并行设计要比串行设计缩短研发周期T1，协同设计要比并行设计缩短研发周期T2，协同设计的效率最高。在协同设计过程中，整个产品设计和工艺设计是在同一个环境下进行的，通过数字化平台共同进行产品的设计研发。协同设计能让工艺设计更早地参与进产品的设计过程中，在进行产品概念设计时，就能通过数字化平台让工艺设计人员参与进来，了解设计师的设计理念，从而让工艺设计人员参与整个产品的设计过程，这样能及时发现设计缺陷，进行工艺性研究，提出好的建议，提高设计方案的可行性和可靠性，最终提高产品的研发能力，缩短研发周期[2]。

2 产品协同设计分析

图2为产品协同设计原理。从图2可以看出，在产品协同设计过程中开展的设计活动、工艺活动、实验活动及其他和设计相关的活动，都是围绕设计图纸在同一个平台空间下展开的[3]。这样设计师和工艺师可以同时看到设计图纸，工艺师就能更早地参与产品设计，对设计图纸进行工艺性审查并提出改进意见，或者进行工艺性试验，为最终设计图纸的定型提出技术支持，从而提高产品设计的效率和成功率。

3 基于协同工作模式的CAD/CAPP/PDM等系统及其应用

3.1 基于协同工作模式的CAD/CAPP/PDM等系统

基于协同原理的CAD/CAPP/PDM等系统的集成，以Web的项目管理与工作流程管理系统、协同工具集为基础，实现分布式系统的过程集成、信息集成和知识集成。协同工作模式下，协同平台的建立是实现分布式系统间知识集成的基础[4]。

协同设计是指区域分散的设计群体，借助计算机及其网络技术，共同协调与协作来完成一项产品设计任务。在协同设计过程中，协作群体利用协同平台的工作流管理系统、项目管理系统、应用工具集（CAD/CAPP/PDM等）和协同工具集（电子邮件等）等，通过知识共享、文件传递等方式，对群体联盟内的共享显性知识进行借鉴、引用和采纳，实现知识的融合和内化，并且通过必要的沟通与交流，完成产品的协同设计[5]。

3.2 基于协同工作模式的CAD/CAPP/PDM等系统的应用

基于协同工作模式的CAD/CAPP/PDM等系统集成是一个新的事物，其能较好地处理设计系统和工艺系统之间的数据交互问题，将产品设计和工艺设计有机协同起来。一个产品在设计阶段，往往需要使用不同的设计软件，如用AutoCAD绘制二维模型，用UG建立三维模型，因此，就产生了不同系统之间的信息交互问题。此外，在工艺设计中，也存在从设计内容中获取信息时，由于设计软件的不同造成数据丢失和数据导入出错等问题。通过PDM和CAPP系统可以解决上述问题。由于PDM统一管理与产品相关的全部信息，不同设计软件的信息传递通过PDM系统进行，CAD、CAPP通过PDM提取需要的信息，并将结果反馈给PDM系统，最终实现产品设计和工艺设计在数据上的交流和共享[6]。

根据上述分析，在实际应用中，笔者将CAD/CAPP/PDM等系统整合在一起，达到协同工作的目的。产品协同设计过程见图3。从图3可以看出，设计师在CAD系统下进行产品模型设计，通过PDM系统对设计的产品模式数据进行管理，最终生成产品结构数据（EBOM）。然后，由工艺师在CAPP系统中进行工艺设计，并生成工艺结构数据（PBOM），最后将数据推送给ERP系统。整个过程是通过CAD/CAPP/PDM等系统将设计和工艺结合起来进行的，最终实现数据共享和共同研发的目的。

4 结语

通过本文的分析可知，工艺协同设计是基于CAD/CAPP/PDM等系统整合的数字化管理平台下产生的产品设计和工艺设计协同工作的一种模式，其处于同一个空间，通过系统内的网络进行信息交流、共享和传输等，最终将工艺过程和设计过程协同起来。这有助于产品的设计研发，也大大提高了产品研发的效率和可靠性。

参考文献：

[1]任德耀，李培根，陈小丽.产品开发项目管理系统集成技术研究[J].机械设计与制造，2003（2）：39-41.

[2]孔建涛，张友良，汪惠芬，等.协同开发环境中项目管理与工作流管理的集成[J].中国机械工程，2003（7）：1122-1125.

[3]张树有，谭建荣，陆国栋.可重用设计信息的产品设计与进化[J].计算机集成制造系统，2000（3）：36-39.

[4]黄远文，邵新宇，蔡力钢，等.基于ASP的Web-CAPP关键技术[J].制造业自动化，2000 （8）：38-41.

[5]傅谦，金烨.基于工作流的工艺设计过程管理研究[J].制造自动化，1999（6）：16-19.

[6]蔡长韬，殷国富，陈学斌.基于STEP的机械零件CAD/CAPP的集成方法[J].机械科学与技术，1999（5）：830-832.