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面向虚拟制造的产品开发质量控制 |
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作者：江苏科技大学 刘芳华 顾寄南 赵银燕 |
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摘 要：分析了某大型企业虚拟制造环境下产品开发质量控制的主要需求，提出了产品开发质量控制的实施方案，探讨了质量控制的关键技术及解决途径，最后研究了基于ＰＤＭ的产品开发流程重构及其规范化问题。本文所阐述的方法具有广泛的适用性，对于实施虚拟制造的企业具有很好的借鉴作用。
关键词：虚拟制造；产品开发；质量控制
随着社会的发展和科技的进步，传统的批量大、周期长的制造业生产模式正面临着多样化、个性化需求的挑战。为了赢得市场机遇，制造业如何能做到以最短的上市时间、最优的质量、最低的成本、最佳的售后服务和环境相容性来响应市场需求，是关系到制造企业生存和发展的关键。国外工业发达国家制造业在20世纪90年代已进入了柔性和快速响应的设计阶段，而实现这一新阶段的关键技术是以虚拟制造为代表的先进制造技术[1]。虚拟制造的核心是计算机仿真、建模和优化技术。它是实际制造过程在计算机上的映射，它将现实的制造环境、制造过程及产品进行数字化，对产品的设计、加工、装配，以及企业的生产、组织、管理与调度进行统一建模，并行地仿真产品全生命周期的各种活动对产品设计的影响，从而预测、评价产品性能和产品的可制造性等。它从根本上改变设计、试制、改进设计、规模生产的传统模式，增强制造过程各级的决策与控制能力，做出前瞻性的决策与优化实施方案，降低由于前期设计给后期制造带来的回溯更改，达到缩短产品的开发周期、降低成本、提高企业快速响应市场变化能力的目的[2]。
产品开发是虚拟制造中产品形成的创造性阶段，在这一过程中，产品性能、结构形状、尺寸、制造和装配工艺都将确定。如果企业在产品开发阶段进行充分有效的质量控制，则在生产过程中就会得到较低的投入，故探讨产品开发过程中的质量控制问题，研究如何最大程度地提高设计的质量，具有重大的意义。产品开发过程中质量控制的目标是：通过采用现代化的质量信息处理工具，在网络和数据库技术的支持下，实现产品开发过程质量信息的共享；适时而连续地对产品开发质量进行跟踪和控制，以促进质量控制从事后处理向以预防为主的方向迈进。现以实例分析产品开发过程中质量控制的实施过程。
1 产品开发质量控制的需求分析
Ａ公司在长期的新产品开发过程中已经具备了一定的产品研发能力；同时在一些主导产品的开发过程中，已经积累了引用国内外成熟新技术、新产品的设计经验。但随着市场竞争的日趋激烈和用户对Ｓ产品质量要求的不断提高，企业进行质量控制的需求已非常迫切。
1 1 存在的问题
目前Ａ公司在产品开发中质量控制方面存在的主要问题有：(1)没有完善有利于提高产品开发质量的文件化的项目管理和基于网络化的设计管理标准化规范体系；(2)没有建立机械标准件、通用件、常用件数据库以及常用加工方法、工具、刀具参数数据库，从而限制了设计开发的质量和速度；(3)没有实现Ｓ产品典型零件的ＮＣ代码仿真检验。
1.2 主要需求分析
目前Ａ公司在产品开发中质量控制方面存在的主要需求为：(1)建立有利于提高产品开发质量的文件化的项目管理和基于网络化的设计管理标准化规范体系，以保证产品研究开发过程的质量；(2)建立标准件、常用件数据库，建立常用加工方法、加工工具、加工刀具参数数据库，从而提高设计开发的质量和速度；(3)建立支持产品开发过程的质量评审标准；(4)实现Ａ公司Ｓ产品典型零件的ＮＣ代码仿真检验。使用ＮＣ代码自动验证系统能够直观地判断刀具的加工路径是否合理以及是否存在干涉和碰撞问题，极大地提高加工质量和效率。
2 产品开发质量控制的实施方案
根据上述产品开发中质量控制方面存在的主要问题和主要需求，提出了面向产品开发的质量控制的实施方案。
2 1 建立基于网络化的设计管理标准化规范
由于信息技术的发展，传统的工作方式已发生了变革，质量控制要求企业必须进行规范化的工作。在本项目的实施过程中，应建立相应的工作程序和管理规范，建立有利于提高产品开发质量的文件化的项目管理和基于网络化的设计管理标准化规范体系，建立和制定相应的标准化工作程序，这样才能保证产品开发的质量。
2 2 建立支持产品开发过程的质量评审标准
充分发挥ＰＤＭ系统面向产品生命周期的应用，提高设计与更改的控制和管理，建立支持产品开发过程的质量评审标准，加强评审管理和设计数据的安全管理。
2 3 建立设计和工艺资源数据库
Ａ公司已有满足并行设计工作的ＰＤＭ平台，为了提高产品开发的质量，有必要建立Ａ公司的标准件、通用件、常用件数据库以及常用加工方法、工具、刀具参数数据库，这样，才能够保证虚拟制造的相关后续工作的顺利进行。使用高档ＣＡＤ软件的参数化功能建立这样的数据库，将具备很强的可扩充能力。
2 4 可装配性验证及装配工艺文件生成
从控制产品质量的角度考虑，应根据产品实际生产工艺要求，从部件到整机完成数字化样机的装配干涉验证，保证设计零部件的尺寸及装配关系的正确和完整。数字化样机还可以提供组装工艺过程的编排，使用图文并貌的装配工艺文件，可以提高对生产组装过程的指导作用，从而起到面向产品整个开发和制造过程中质量控制作用的目的。
2 5 实现典型零件的ＮＣ代码仿真检验
由于对于加工形状复杂的零件和具有自由曲面的零件，手工编程几乎是不可能完成的。为了保证加工的质量，有必要使用计算机辅助编程。此外，公司产品的数控加工缺乏正式加工前的ＮＣ检验，不能保证加工质量，还会产生设备损坏等问题。使用ＮＣ代码自动化验证系统能够直观地判断刀具的加工路径是否合理以及是否存在干涉和碰撞问题，将使得产品加工中的质量得到有效的控制。
3 质量控制的关键技术及解决途径
3 1 保证质量信息采集的全面和完整
质量信息基础数据来源于产品开发的全过程，必须保证质量控制所需的数据都能在适当的采集点及时录入，同时也要求质量控制人员深入了解和分析企业产品开发的整个过程，在此基础上进行细致的质量控制工作。
3 2 采用科学的质量分析方法
Ａ公司整个产品开发过程中存在着大量的质量数据，这些数据来自不同的数据源，其数据结构类型很多，如字段的同名异义、单位不统一等，因此必须进行加工、转换，并且需要采用一定的数学方法进行处理、分析、评价和预测，以更好地进行产品开发中的质量控制。
3 3 实现与其他分系统的有效集成
应实现质量分系统与其它分系统之间的有效集成，必须对质量体系涉及的各种信息做统一的分类和规划，合理规划各分系统之间的信息交换方式和接口，在各分系统之间建立科学的信息共享模式和访问权限，以保证质量信息传递的快速、准确和安全性。
3 4 在质量控制中应用网络技术
面向产品开发的质量控制应实现多种方式的人机交互环境。同时，充分利用数据仓库，将企业质量控制活动有关的程序性文件等管理信息实现基于网络的静态发布；将产品开发过程中的质量信息及其统计和分析结果采用基于网络的多种形式动态发布。
4 产品开发流程的重构及其规范化
在产品开发过程中应用质量控制技术，应结合ＰＤＭ系统的信息化流程来实施。为了更好地实施质量控制，建立和应用基于网络化的设计管理标准化规范，必需进行公司现有产品开发流程的重构，并进行适合于ＰＤＭ系统环境下的产品开发流程的规范化工作。
4 1 公司现有的产品开发流程分析
从项目和任务管理的角度出发，考虑到各个阶段工作的目标、人员以及需解决的问题，公司的产品开发过程主要包含以下几个方面：(1)需求分析。这一阶段主要涵盖了市场调研和预测、技术调查等；(2)产品分析。包括产品开发的可行性分析和开发决策2部分工作；(3)产品设计。包括初步设计、技术设计和工作图设计的工作；(4)工艺设计。包括工艺方案设计，工艺规程、工艺定额及工装设计的工作；(5)产品试制。包括生产准备、样机试制、产品性能自测、设计改进、最终设计评审及定型工作。
要规范化、强化产品开发过程的质量控制，应进行产品开发流程的重构，其中重点是新的审批流程和更改流程地设计，下面来进行讨论。
4 2 产品开发流程重构
4 2 1 审批流程设计
审批流程管理主要是设计产品开发过程中各种文档以及零部件的发放过程。由于流程模板必须事先定义好才能进行产品开发工作，因此可以根据不同的零部件的情况，如是否是关键部件等考虑一些特殊或者需要重点考虑的流程模板。为此，我们将流程模板分为一般流程模板和重点流程模板。对于一般流程模板，其只需进行一般的审批工作即可完成工作。对于重点的流程模板，需要通过设计、ＤＦＸ检查、校核、标准化检查、审批、归档，并进行有限元、运动学以及动力学等方面的分析才可完成设计工作，如图1所示。
图1 重点流程模板
4 2 2 更改流程设计
更改流程设计应考虑如下因素：(1)更改请求。考虑到更改所引起的关联影响，有必要在发起更改之前对其进行某种讨论、分析以确定其所产生的影响，这种过程可成为更改请求，通过流程来实现；(2)更改后续处理。对某部件更改的最终结果是产生该部件的新版本，这些新版本的产生会对相应的系统有所影响。此外，更改完成后应建立相应的消息通知机制使得相关人员进行相应的调整，体现信息的一致性；(3)任务的分配。更改任务的分配一般都是采用分层的任务分解，将相关的产品数据发放到某个负责人处，再由其完成任务的分解，再次分解任务的完成的过程同一般流程类似；(4)异地的支持。更改流程更多的是设计、工艺、制造等部门的联系，其实现的基础是异地数据管理的机制和流程异地机制的支持。同产品开发过程一样，更改工作流程也是一个任务分解的过程，各个子任务可以在此基础上进行新的工程分解，而每1个子任务都可以拥有自己的开发、审批流程。对于1个产品或者零部件的更改首先是应用ＰＤＭ系统提供的更改请求进行协同的讨论分析，最终形成解决方案，将该结果转换为具体的操作流程，更改工作流程如图2所示。
图2 更改工作流程示意图
4 3 产品开发流程的规范化
要实现基于ＰＤＭ的产品开发流程的规范化，应采取以下3条措施：(1)产品开发流程的可操作和可监控。针对某一具体产品，应将其开发流程进有效的分解，并落实到每个角色，工作流中每1个环节的状态都可以通过管理系统进行监控，对产品开发任务的分解、落实和任务的完成以及传递应按照一定的严格的工作标准和规范进行；(2)实行阶段性的产品开发版本评审和冻结。产品的开发过程分为不同的阶段，这些开发阶段和阶段之间的相互关系形成了产品开发的生命周期，依据开发过程中一定的审批机制，每个开发阶段必须经过评审，确保每一阶段产品开发的正确性，然后经过有关项目负责人的审核批准，最后形成正式版本。开发过程中只有某一阶段的工作版本被冻结，才能转入下一阶段继续进行工作；(3)人员的任务安排和工作权限的设置。通过ＰＤＭ系统中的角色和权限管理机制，对产品开发工作中的每个人员进行定义，确定每个角色的工作及其权限，这样可以保证整个工作流程是严密和畅通的。
5 结束语
针对某大型企业的实际情况，探讨了虚拟制造环境下产品开发的质量控制的若干问题。所提出的产品开发质量控制方案在Ａ公司产品开发中加以实施，结果表明产品开发过程中的质量得到了很好的控制。本文所阐述的方法具有广泛的适用性，对于实施虚拟制造的大中型企业具有很好的借鉴作用。
参考文献
1 刘建新，郭钢，徐宗俊.基于Ｗｅｂ的虚拟制造中的标准化技术.机械设计与制造，2000(5)：19—21
2 李慰立，余成波.虚拟制造关键技术.重庆工学院学报，2000，14(1)：40—44
作 者：刘芳华
地 址：江苏科技大学机械与动力工程学院
邮 编：212003(end)
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(1/30/2005) |
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