1 引言
表1 产品设计的基本方式
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汽车是一种复杂的机电产品, 它由成千上万个零部件组成的一个装配体。汽车设计必然是一种装配设计。为更好地进行汽车设计工作, 我们必须注意考虑装配设计的特点, 选取的合适的装配设计方式,以便对组成汽车的成千上万的零部件进行有效的组织, 更好地完成汽车设计工作。
任何由两个或两个以上零部件组成的产品, 都必然涉及到装配。装配设计的基本功能是将不同的零件组装成一个装配体, 或者是将一个产品分解成存在装配关系的若干部件和若干零件而成为一个装配体。
2 产品装配设计的两种基本方式
产品装配设计方式主要包括两种方式, 即自底向上( Bottom- up) 和自顶向下( Top- down) 的设计方式。自底向上的设计方式是采用已经设计好的零件和部件进行组装, 而自顶向下的设计则是在装配环境下进行零件和部件的设计。
表1 是两种产品装配设计方式特点的对比情况。
上述两种设计方式各有其特点和优势。但自顶向下的设计方式更能反映真实的设计过程, 可以节省不必要的重复设计, 提高设计效率。
3 汽车产品设计的特点
3.1 产品设计的一般特点
产品的设计过程是一个从抽象到具体, 从全局到局部的过程, 它通常开始于概念设计这一较高层次。
在产品的设计过程中, 首先考虑的是产品功能及装配方面( 如零部件之间的结合型式) 的要求, 然后才能对组成装配体的零部件进行详细设计。在零部件详细设计过程中, 需要考虑所属产品在装配、功能及制造等方面的设计, 即零部件的设计依赖于前期的功能及装配设计; 后者为前者规定了行为规则和性能要求。因此, 实际的产品设计过程是一种自顶向下的设计过程。
但是, 在实际的产品实际过程中, 存在着后续阶段与前阶段相互反复的过程, 所以实际的设计过程并不是严格的自顶向下, 只能说在整体上是自顶向下的, 在局部上仍存在着自底向上的工作方式。
3.2 汽车设计的连续性和继承性
国内在十多年引进、消化吸收和几十年的汽车生产过程中, 汽车整车和零部件的设计开发往往是在借鉴已有产品( 包括自己开发的产品或其它同类型产品) 的基础上, 进行改进或变型设计得到的。即使对于具有强大研发实力的国外大型汽车公司, 其产品开发也离不开对以往产品设计经验充分应用和对成熟设计车型、同类产品的借鉴。
此外, 产品设计更是具有很强的连续性和继承性, 汽车设计也不例外。汽车设计中必须考虑的问题之一就是“ 三化”, 即产品系列化、零部件系列化和零件设计的通用化。对于特定企业, 为最大限度地重用企业内部成熟的产品资源以降低成本、加快设计进度, 汽车设计工作并不总是全新的设计, 而多是在原有产品基础上的变型设计, 即在原有产品结构的基础上按照市场需求进行结构重组或局部修改, 以产生适应性的变型产品。
3.3 汽车设计的复杂性和专业性
随着汽车市场的激烈竞争、汽车技术发展的日新月异, 汽车生产商开始将零部件的设计工作大量转移到专业化的零部件供应商, 甚至采用系统集中供货,以降低开发和制造费用, 缩短产品开发周期。汽车生产企业更大程度上象一个装配工厂, 仅负责包括车身、动力系统等在内的若干总成的开发和生产。
另一方面, 汽车设计是一项复杂巨大的工作,设计者不可能也没有必要完成从系统到零部件的全部设计, 而必须注意充分利用各种优势资源, 服务于自己的整车开发工作。
在实际的汽车产品设计中, 零部件可能是根据全新设计开发的新部件, 也可能是选型得到的供应商已有成熟零部件产品, 也可能是对以前车型不变零部件产品的沿用和继承。
4 汽车装配设计方式的选取
4.1 两种装配设计方式的特点
现今流行的包括UG II、CATIA 等在内的大型CAD 软件, 都提供了强大的零件实体建模功能和装配功能。实体造型和特征造型都侧重于零件的细节设计, 对Bottom- up 的设计方式都有很好的支持。为了充分利用现有CAD 系统的这些特长, 显然不能完全抛弃自底向上( Bottom- up) 的设计方式。
与上述情况相对应的, 自顶向下( Top- down)的设计方式现阶段在软件的具体实现上还存在困难—— 现有的CAD 软件对其缺乏强有力的支持。
加上汽车产品设计的特点, 完全采用自顶向下的设计方式进行汽车整车的装配设计目前来说还不太现实。
4.2 汽车装配设计方式的选取
综合以上情况, 我们提出汽车产品装配设计方式, 在汽车整车的总体结构上, 可以采用自顶向下( Top- down) 的设计方式进行组织; 对于总成, 如果需要重新设计, 则采用和总体结构相同的组织方式; 如果总成是沿用件、借用件或者从配套厂已有产品选型件, 则完全没有必要再进行设计, 只需将已有总成通过合理的方式装配到汽车整车上。总成下还有分总成的, 其设计也可采用相同的原则来决定使用何种设计方式。
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图1 汽车产品装配设计方式
这样, 在汽车设计时, 总体上采用自顶向下( Top- down) 的装配设计方式, 同时又采用了自底向上( Bottom- up) 的设计方式。两种方式结合起来,既发挥了各自的长处, 提高了设计效率和设计质量,同时又有效地利用了已有的各种优势设计资源, 具有一定的灵活性和适应性。