产品开发过程的评价和分析方法.doc

產品開發過程的評價和分析方法並行工程的產品開發過程具有多目標、多約束、多參數、相關性和模糊性等特徵，因此設計過程必須對參數進行評價，對參數間發生的衝突、矛盾進行分析、裁決，做出決策。產品開發專案建模完畢和執行完成後，並不意味著這個項目的使命就此完結，這些過程資料恰恰是為下一個產品開發積累了經驗或教訓。為了能使企業的產品開發過程達到同行業領先的地位，必須要對過程進行評價和分析，以便找到過程的改進方向，本文將嘗試對過程的評價和分析方法進行討論，著重在過程的評價方法上面進行論述。1過程評價與分析方法（ProcessEvaluationandAnalysis）過程評價與分析的目的：變事後管理為事前管理，提高過程設計的正確性。刪除不必要的活動和不增值的活動。保證設計、開發活動的參與者為同一目標而努力。（4）通過定期的檢查，及時糾正過程設計錯誤。為過程改進（ProcessImprovement）找到方向和突破口。1.1過程評價過程評價的含義是確定過程的價值或等級。因為產品開發過程的價值一時很難從經濟效益上去評價，所以這裏所講的價值並不局限在經濟效益的範疇中。一般來講，過程評價主要包括以下幾種評價方法：時間評價：GANTT圖、PERT圖和關鍵路徑分析方法；成本評價：例如基於活動的成本核算（ActivityBasedCostanalysis）；資金視圖可以根據資源視圖和過程視圖的綜合資訊，利用ABC方法得出資金的分配情況；品質評價：可以全面品質管制（TQM）中的評價方法；價值評價：過程價值分析（ProcessValueAnalysis）。PacificBell公司採用了一種過程價值估計方法（ProcessValueEstimationmethodology）,借用KolomogorovComplexity概念評價過程對最終產品的“貢獻”，並計算出一種無量綱的投資回報率，以此判斷過程是否為增值過程。PVE方法主要用在衡量生產過程的過程價值（有預定義的輸出），對於不確定性的創造性過程，象產品設計或研究與開發需要進行改進。1.2過程分析這裏的過程分析是指在過程評價的基礎上，找出過程設計的缺陷以及為過程優化提供依據。從過程分析的目的來分，過程分析包括以下幾個方面：確定過程的問題所在由於企業的競爭與技術的進步，即使處於領先地位的企業也要定期進行過程的評價與比較，分析優缺點，找出有問題的過程。常用的分類與確定問題的方法有：過程繪製;過程附加值分析;確定問題的根本性原因;這些方法可以幫助確定問題的根源並找出相應解決方案。基於圖形的過程分析與簡化主要是利用超圖（Hypergraph）的有關概念，遵循過程合併的某些規則，從而達到過程簡化的目的。活動合併的前提是過程的基本輸入和必要的輸出應該保持不變。確定核心活動，這也是開發團隊統一產品目標的一種方法。因為一個產品開發過程中並不是所有活動的重要程度都一樣，開發團隊的領導和所領導開發小組的負責人對待某些活動應該尤為重視，這就是所謂核心活動。各級領導需要在過程開始之前協商確定核心活動，這對於各開發小組統一對產品開發目標的認識非常有好處。2過程核查和業績核查（Audit）這裏主要討論過程價值評價方法。在過程評價的研究中，經常見到的一個詞“基準檢查”（Benchmarking），即通過對某一參照物進行對比，獲得相對比較值，以確定過程的“價值”高低。過程核查和業績核查就是提供了一種如何計算“價值”的方法。2.1過程核查產品開發過程的核查是對產品開發過程不可量化的因素進行定性評價。首先建立四級指標：1代表不滿意，4代表很好，再為表1中每一個項目評分，就可以產生一張成績單，這張成績單可以讓企業從全局角度認識自己的長處和缺點，而且企業可以對自己感興趣的部分進一步細化，進行更詳細的核查。表1只列舉了一些企業關心的主要因素，針對具體情況可以對某些專案進行必要地擴充。表1產品開發過程核查標準 1234產品開發過程的組成沒有產品開發的確定程式將簡單的過程應用到所有的項目中，但沒有並行的活動在主要產品的專案中帶有評審活動對於專案建立靈活的過程計畫。有並行和集成的活動核查的期望從概念建立開始管理產品開發過程。建立過程、階段、評審和提交的手續。團隊工作和組織沒有團隊工作，在功能部門間有很少的交流有一些基於功能的團隊但項目管理很弱，其他部門未提前介入廣泛採用了多學科團隊，在開發前有內部的多功能評審，但銷售和供應部門的介入有限廣泛採用了多學科團隊，各部門能在早期介入，很強的團隊領導，責任分配核查的期望在產品開發過程中集成所有相關功能。關鍵的內部職能部門和外部組織的儘早加入。方便不同開發小組的交流。提高並行程度，集成相互依賴的活動和任務。多功能小組的使用。建立專案進度評審的角色和優先順序。詳細定義了參與過程、活動的不同角色。向製造和生產的轉換沒有轉換過程，設計屬於“拋過牆”式在轉換前，設計與製造有交流在設計和製造之間有較強的聯繫製造有機會去測試原形並ramp-up新產品。有效地處理工程的變化核查的期望連接製造和設計能處理工程中的變化從製造到設計和工程進行快速回饋動態管理沒有考慮過程的動態變化考慮了過程的動態變化，但沒有解決措施過程發生變化後，由團隊領導隨機應變適應過程的動態變化，在開發過程發生變化時，有相應的方案核查的期望適應產品開發中經常的變化工業設計沒有考慮工業設計在過程後期設計才被引入使用了內部設計者或外部設計諮詢人員工業設計者從概念階段就作為項目團隊的核心部門核查的期望將工業設計納入產品開發過程中。使用內部或外部設計諮詢小組。建立將客戶需求資訊集成到產品設計的機制。2.2業績的核查與過程核查不同的是，業績的核查是從能夠量化的指標觸發，得到明確量化的結果，可以很清楚地找到與先進企業的差距，從產品開發過程角度來看，需從以下幾個方面來進行衡量：產品開發 上市時間（leadtime） 平均的從產品概念到完成的時間 每個階段的時間 平均延期時間和與延期時間期望值的偏差平均值 平均重新設計時間 產品業績 成本（單元成本、生產成本、開發成本） 技術業績（例如使用案例、操作成本、服務性） 品質 設計業績 製造成本 可製造性 可測試性 產品重新設計的數目領導能力 從事技術工作與管理工作的人員比例 關於技術革新的報告頁數資源 擔任多個職能的人員數 專案拖延的數量，用於資金短缺而取消的專案數系統和工具 使用CAD軟體的工程師百分比 使用CAD軟體設計產品占總產品數的百分比 使用特殊工具（QFD、快速原形法）的項目百分比 受過DFM等專門軟體訓練的設計工程人員的百分比從企業角度還要加上下面幾個方面：技術的獲取 每件產品的研究開發/技術獲取成本 產生了新產品、過程革新等的研究開發項目占總項目的比例 在過去3年內專利、版權的數目概念的產生 在過去5個財政年度內新產品的數量 平均的產品生命週期競爭力 銷售收入 市場份額 利潤需要指出的是，業績核查不能回答“為什麼出現差距”，“怎樣縮短差距”的問題，過程的核查則可以滿足這個要求。因此要彌補兩者的不足，對於過程價值的評價應該將這定性和定量兩方面結合起來考慮，可以採用下面介紹的AHP方法來計算綜合評價值。3層次分析法（AnalyticHierarchyProcess，AHP）AHP是美國運籌學家匹茲堡大學的T.L.Saaty于70年代初提出的，是一種定性與定量分析相結合的多目標決策分析方法。特別是將決策者的經驗判斷給予量化，對目標（因素）結構複雜且缺乏必要的資料情況下更為實用。 下面是一個AHP分析的例子，假設五個因素的判斷矩陣如下，它們的歸一化權重W就可以得到，如矩陣最右列所示。 P1P2P3P4P5WP111/71/31/830.0516P27121/380.2564P351/211/470.1676P4834190.4945P51/31/81/71/910.0299lmax=5.2908，CI0.07273.1用AHP方法分析現有過程的價值由於介紹的評價指標對一個企業並非同樣重要，而且很多指標排列在一起很難取捨。因此採用AHP方法可以得到一個綜合的評價值，便於與其他產品開發過程或其他企業進行比較。大致步驟如下：完成核查工作，分數等級按照同一標準，如採用4級標準，對於定量的指標，可以按照類似99%、9799%、9397%、93%這樣分級方法分成4級。對所有指標，由企業的人員及其它相關人員逐一討論確定相應的判斷矩陣。按照AHP的計算方法確定每個指標的權重。將每個指標的權重與其分數相乘，再相加就可以得到最後的過程價值。3.2用AHP方法分析關鍵成功因素（CriticalSuccessFactor）同樣在企業準備採取措施改進過程設計時也可以採用AHP方法分析關鍵的成功因素。例如打算從改進管理系統、過程集成、擴大資訊系統的應用範圍、組織、技術這5個因素中選出一個關鍵成功因素，也可以建立一個判斷矩陣來確定各因素的重要性。AUDIT方法以往的品質檢驗方法主要是站在生產者的角度看產品品質是否達標，其產品是否滿足顧客的需求只有等到產品投放市場後才能獲知，這往往會給企業帶來難以彌補的損失。AUDIT法是一種新型品質檢驗方法，它站在消費者的立場上，促使企業主動地去滿足顧客需求，從而能夠使企業在激烈的品質競爭中穩操勝券。AUDIT是德國的叫法，在美國叫CSA，在日本叫QLA。汽車行業率先使用了這種思想並取得了很大的成效。AUDIT是企業類比用戶對自己的產品品質進行內部監督的自覺行為，它適用於所有批量生產、品質穩定的產品。目前國內外一些大的汽車生產企業，均採用AUDIT對自己的產品進行內部監督。一、AUDIT方法的內涵AUDIT方法的內涵是：製造企業按照用戶的眼光和要求對經過檢驗合格的產品進行品質檢查和評價，將檢查出的品質缺陷落實責任，分析缺陷產生的原因，並採取整改措施消除缺陷，逐步提高產品的品質。通常，AUDIT方法對檢查出來的缺陷用扣分的形式來表示，根據缺陷的等級程度確定扣分的多少扣分越多則說明用戶的滿意度越低。顯然AUDIT與品質檢驗同樣都是對產品品質進行檢查但兩者有著明顯的不同。通過將檢驗方法與AUDIT方法進行對比分析，可以更深刻地認識AUDIT方法的內涵：立場不同。AUDIT是站在用戶的立場上檢查和評審產品品質，品質檢驗主要是站在生產者的立場上給品質把關。時間不同。品質檢驗在前，AUDIT在後，只有經過品質檢驗合格，井出具合格征的產品，才能進行AUDIT檢查。標準不同。品質檢驗依據的是各種技術標準，AUDIT依據的是用戶的各種要求，它的目的是使用戶更滿意。數量不同。品質檢驗可以有全檢和抽檢，AUDIT只進行抽檢，且抽檢的準則與常規抽檢不同。結論不同。品質檢驗判定被檢產品是否合格，對合格的產品出具合格證，對不合格的產品展出具不合格證，AUDIT檢查則不出具合格證，它只給出用戶的滿意度。作用不同。品質檢驗主要是把關，AUDIT主要是找出產品的缺陷，使產品品質不斷得到提高。二、AUDIT的實施程式實施AUDIT法可以遵循以下程式：1設置專職的AUDIT工作組AUDIT工作組一般由企業負責人直接領導，人數一般以35人為宜，如果產品複雜，人數可更多些，但AUDIT人員都應該有較高的素質。工作組必須獨立地工作，不受領導意志的干擾，工作組的日常工作也不應受到企業其他工作環節的影響。2制定檢查表以用戶滿意為準則制定檢查表，製表時，可以參考各種標準和資料，特別是要借鑒同行企業的AUDIT檢查表。檢查表的專案應能夠反映用戶的觀點，應將所有可能引起用戶不滿意的專案都收入檢查表。右表是常見的AUDIT檢查表的內容：在確定扣分時，應經常到用戶處收集意見，對於用戶不十分抱怨的缺陷少扣分，對於用戶抱怨大的缺陷應多扣分。產品缺陷一般可按下列特徵分為四級(右表)：3編制作業指導書AUDIT作業指導書包括AUDIT檢查表、實施AUDIT檢查的工作程式和具體操作規程。它是AUDIT檢查員賴以實施檢查工作的依據。4確定審查週期、抽樣原則和檢查場地AUDIT屬於品質監督的範疇，要真正起到監督作用，AUDIT就應連續進行，不能間斷；AUDIT抽樣的數量多少應依據產品的複雜程度、檢查員的數量、品質情況和生產情況而定，但在抽樣時應保證樣品的均勻性，要保證各種型號的產品都能抽到，合理確定抽樣地點；檢查場地要求寬敞、明亮、清潔，應該配備必要的檢查工具，最好能夠接近產品的裝配車間，以便於搬運和向製造人員展示缺陷。5實施檢查抽取樣品並進行諸項檢查，在檢查中每發現一項缺陷，就根據其嚴重程度分別計算和記錄其扣分值，並在情況說明欄中填寫責任單位名稱，描述缺陷情況。在檢查過程中應注意以下事項：對缺陷的位置、形貌要進行詳細記錄。發現缺陷應立即向主管領導報告。抽樣和檢查時不要對樣品作任何處理。在檢查過程中發現新的缺陷後，應請示領導在檢查表中增加這一項內容。應向有關人員公佈檢查的原始記錄，由責任單位來人認可審查結果。6評定品質等級，發表AUDIT公報在檢查結束後，利用電腦對結果進行處理，確定待檢產品的扣分值和產品的品質等級。採用發佈會的形式發佈AUDIT公報在發佈公報時，應由AUDIT檢查員宣讀公報內容，回答問題，評講品質情況，有關領導表態、觀看實物等，注意不要流於形式。7後續工作在公報發佈完後，應將資料歸檔保存，經常統計分析AUDIT的各種材料，跟蹤品質趨勢，定期撰寫品質分析報告；採取措施消除發現的缺陷。汽車製造2mm工程的系統實施汽車產品2mm工程採用車身製造綜合誤差指數控制車身製造品質，從而實現以最經濟的製造成本提高汽車產品的整體品質。本文分析影響2mm工程的因素及提出相應的控制措施，並介紹評價該工程的標準、方法和工具。 所謂汽車產品2mm工程就是從系統的觀點出發對汽車產品採用車身製造綜合誤差指數(Continuous Improvement Indicator)，即六倍均方差“6”來控制車身製造品質，從而實現用最經濟的製造成本提高汽車產品的整體品質。必須注意：這個綜合誤差指數不是車身製造品質測量資料的實際偏差，而是車身製造尺寸穩定性指標系統分析後的綜合評價。汽車企業2mm工程必須系統地考慮和相容企業其他各方面的管理，即從產品開發設計到產品製造，從企業內部管理到企業外部環境，形成一種以2mm工程為主體的管理模式。目前國外汽車企業不但在整車製造上應用2mm工程，而且在零部件製造上也應用2mm工程的原理。2mm工程的影響因素分析及控制措施 在汽車企業實施2mm工程過程中，車身匹配一直是影響2mm工程的主要因素，如果車身匹配精度超過規定值，就會影響汽車製造品質、生產節拍和產品成本。根據調查資料表明，汽車車身匹配誤差主要涉及到產品設計、焊接夾具和車身匹配焊接變形三方面的原因。因此，國內汽車企業要實施2mm工程，就必須對汽車匹配誤差的產生原因進行深入研究，並採取以下相應措施進行有效控制。 汽車車身設計品質 產品設計品質決定產品的固有品質。 確保車身設計基準與工藝基準的一致性。根據定位基準傳遞一致性原則，車身設計基準應與裝配基準和加工基準重合，或者說有裝配關係的車身相鄰結構面應選同一設計基準，這樣有利於車身匹配焊接夾具的設計和保證焊接精度。汽車企業還必須通過分析車身結構是否有足夠可進行裝配焊接的工藝基準，達到車身匹配焊接品質的穩定性； 儘量採用整體衝壓件。在衝壓工藝的允許情況下，應盡可能減少車身零件的分塊，特別是對不容易保證結構尺寸或尺寸要求較高的結構零件要儘量採用整體衝壓件，如整體門框、側圍及前風窗框等零件，以減少車身匹配時的裝配誤差和焊接變形。此外，衝壓件的結構和形面設計，裝配孔和工藝孔的安排佈置及焊接的接頭設計也要合理，這樣才能很好地進行車身匹配時的定位焊接，從而減少車身匹配焊接誤差； 合理考慮車身匹配焊接方法。在滿足產品結構性能的前提下，產品設計中應儘量降低板厚，焊接的接頭設計儘量採用電阻點焊方法，以減少焊接變形，且接頭的設計要有利於焊接操作。在滿足結構形狀剛度和強度的前提下，使焊接點數量降到最少，以減少焊接變形。 車身焊接夾具設計和製造品質 車身焊接夾具是保證車身焊接精度的重要因素。 焊接夾具的定位基準與產品設計基準和裝配基準應重合。這樣可以消除由於基準不同而產生的尺寸誤差，達到簡化裝配協調關係，提高焊接夾具的裝配精度。焊接夾具通常是先按理論尺寸進行設計和製造，在生產過程中再根據實際需要的變形量對夾具進行調整。為控制車身焊接變形，焊接夾具定位件結構應考慮方便調整車身焊接變形和焊接後收縮量的變化； 夾具製造精度應達到設計要求。由於車身焊接夾具製造上的原因，再加上零件尺寸誤差的因素，在車身試生產前一般都要經過夾具的調試，檢驗夾具能否保證焊接精度，夾具與零件的協調性以及對零件匹配品質進行考核。在夾具的調試過程中，凡是發現影響到車身的後續焊接、整車裝配、整車外觀品質及整車性能的重要夾具定位銷和定位塊不能輕易地調整設計精度，應分析是否會影響車身匹配誤差； 車身匹配的相關零件尺寸應保證。特別是一些車身匹配重要零件的裝配孔、裝配面和工藝孔的尺寸必須嚴格控制。值得注意的是，車身匹配的相關零件尺寸不及格往往是由於車身焊接時強制變形產生的，要確保車身匹配品質車身焊接一般不希望也不允許有較大的強制變形。 控制車身匹配焊接時變形量 採用電阻點焊防止車身焊接變形。由於電阻點焊為內部熱源，冶金過程簡單，且加熱集中，熱影響區較小，容易獲得優質接頭。但是有些焊接件的組成結構較為複雜，接頭形式為開敞的，電阻點焊焊鉗的可達性比CO2焊槍的可達性差，只能用CO2焊進行焊接； 採用先進焊接設備防止車身焊接變形。國外車身焊接一般都採用機器人焊接設備來進行車身焊接，採用機器人焊接不僅能使車身焊接時焊點均勻，點焊順序穩定，而且能提高焊接速度，實現最大限度減少車身焊接變形量； 要嚴格按照焊接工藝防止車身焊接變形。在產品生產的一系列過程中都必須制訂明確的焊接工藝檔，並嚴格按照焊接工藝檔的要求進行控制。只有掌握汽車車身焊接的內在變化規律，採用先進的焊接工藝，才能有效地控制汽車車身焊接誤差。 汽車製造2mm工程有效性評價 由於車身匹配與整車安全性和可靠性關係極大，而且車身又是汽車零部件的匹配載體，其製造品質的優劣對整車品質的影響極大，尤其是轎車更有著決定性的作用。因此，國外汽車企業都以車身匹配品質為依據來評價2mm工程是否有效。當然，要評價汽車企業2mm工程的有效性，除了需要評價標準之外，還必須明確評價方法、評價工具和考核辦法。 評價標準 汽車企業2mm工程的評價目標並不是對產品品質的單一評價，而是通過對企業2mm工程有效性評價來推進企業適應全球市場競爭。所以，汽車企業2mm工程評價的基本原則就必須是顧客滿意和企業獲利。因此，企業2mm工程評價標準主要內容就應有以下幾方面：企業如何通過評價2mm工程促進顧客滿意；企業如何通過評價2mm工程提高企業效益；企業如何通過評價2mm工程建立有效的資訊管理系統；企業如何通過評價2mm工程強化企業管理；企業如何通過評價2mm工程確立持續改進的思想。 評價方法 要使汽車企業2mm工程評價實現有效，只有通過對車身匹配品質進行定量評價來判斷2mm工程的實施效果。國外汽車企業對車身匹配品質的評分方法一般是參照CAD資料和產品設計圖紙上的有關設計基準明確測量基準，並對每個測量基準根據產品設計圖紙上尺寸的重要程度進行定量配分，這樣通過CNC三座標測量機的檢測就能獲得十分精確的偏差值，同時按對每個測量基準數的測量頻次，為車身匹配品質的評價提供確切依據，達到對車身品質進行定量評價的目的。具體評分：車身匹配測量基準的偏差值完全符合要求為10分；車身匹配測量基準的偏差值基本符合要求為5分；車身匹配測量基準的偏差值不符合要求為0分。總之，車身匹配品質的總體水準評價，應按車身匹配測量所有基準數的總偏差值來確定總得分。 評價工具 國外汽車企業一般都採用功能主模型作為車身匹配品質的評價工具。功能主模型的主要作用就是對車身外覆蓋件、車身外部裝配零件和內飾件的匹配品質及外觀效果進行評價。因此，在使用功能主模型評價過程中應注意以下幾點： 必須找出影響車身匹配品質的設計基準為測量點。首先，根據基準重合原理，一般應選擇車身上重要的裝配孔、工藝孔和裝配面做測量的定位基準。其次，根據定位基準傳遞的一致性，車身焊接夾具的測量定位基準的選擇應具有和設計基準與工藝基準的繼承性和統一性。最後應注意定位基準和定位孔、定位面的選擇，還要考慮到對車身尺寸的影響要儘量小，以減少車身匹配偏差值的累積誤差； 必須明確車身測量點的數量和分佈位置。由於功能主模型是按車身及其主要零部件的CAD數學模型進行設計和製造的，在測量過程中是以影響車身匹配品質的基準為測量點。又由於功能主模型是被放置於三座標測量機的平臺上進行工作的，除了可採用目測和手持檢測器具對車身匹配效果、平整度、縫隙均勻性做出評價外，還可以參照CAD資料和產品設計圖紙上的有關尺寸，通過CNC三座標測量機的檢測獲得十分精確的偏差值。因此，車身要實現有效的匹配，明確車身測量點的數量和分佈位置是十分重要的； 必須與現代測量技術緊密結合。應用高性能座標測量機和鐳射掃描機等諸多技術可以精確地測量出車身匹配實際尺寸與CAD資料之間的偏差值。這項技術的突出優點是，對一個有待測量確認的車身來講，就可以對其形狀尺寸進行評價；從批量生產的全過程使用這項技術，將保證汽車車身匹配品質均與數學模型一致，從而使轎車的製造品質得到可靠的保證。 值得注意的是：有些產量較低的汽車製造企業採用綜合匹配樣架來進行車身匹配品質的測量。綜合匹配樣架與功能主模型的主要區別：前者用途與功能主模型相似，但造價比功能主模型低，匹配速度慢、工作效率低，後者著重通過零件的實際尺寸與理論尺寸之間的比較，對汽車車身匹配效果進行評價，具有工作效率高、評估方便的優點；綜合匹配樣架有一個模組化結構的鋁合金框架作為基體，代表某種狀態的零部件，如試製後經測量及格的樣品、工裝樣品、批量生產中的樣品等，因此，綜合匹配樣架使用的壽命相對比較低。 考核辦法 考核辦法的核心是企業必須具有顧客滿意和企業獲利的績效，目的是通過考核來加快提高企業的全球競爭能力。考核辦法的內容可根據汽車企業2mm工程的實際用途來確定評價標準的具體考核要求。汽車車身開發與模具製造新思路論述與探討摘要：本文使用英國 DELCAM 公司產品 Power solution 從局部逆向技術、在完全造型系統中進行特徵裝配的概念車身設計、油泥模型製造及複合材料快速車型製造創新概念、數控機床線上檢測體系在模具快速製造中的應用、 DELCAM 公司產品 Power solution 在汽車 2MM 工程中的應用進行闡述等，限於約稿較為倉促，部分內容將不能展開。 關鍵字：局部逆向、特徵裝配、複合材料、線上檢測、 Total Modelling 、 PowerMILL 、 2MM 工程、自適應加工。現在國內各大汽車廠商都在組建自己的汽車研究設計中心，大專院校進行汽車設計的研究取得了許多重大成果，部分海外歸來人士也在組建汽車設計中心，迅速崛起的私有企業團體也在組建自己的汽車研究中心，車身設計在中國呈現出巨大的技術、設備、人才缺口，另外觀念和概念也是眾多棲身該行業的人事非常關注的話題，本文從幾個新的思路來探討車身設計的眾多方向的不同解決方案。 一、 局部逆向技術 國內車身設計現階段仍然大量採用逆向工程手段完成，逆向工程眾所周知是一個多學科的工程概念，工作量巨大，嚴重影響整車開發週期，傳統逆向工程由於工程軟體或其他技術制約，很難對中間 STL 模型進行處理，例如編輯修改，全局變形處理等，而需要把整個模型生成曲面模型，工作量繁重，例如對車型的局部修改，也非常困難，局部逆向是在此基礎上提出的一個新的概念，掌握局部逆向工程的設計思路和應用手段，對新產品開發提供更強、更高的設計能力和設計手段。以下是對逆向工程的一個描述。 傳統方式的逆向工程局部逆向和傳統方式有較大區別的處理方式，避免全部處理點雲到 NURBS 曲面的煩瑣過程，能夠節約 90% 的工作時間，因為 COPYCAD 可以直接修改由點雲生成的 STL 模型，例如；光順、部分修改以及最為重要的對同時存在 STL 模型和曲面模型的數控編程，對局部需要修改的模型也能夠快速處理，生成直接製造的 NC 代碼，用於 NC 機床的加工，下圖對描述了一個局部逆向的一個簡單流程，首先快速從點雲生成 STL 模型，然後對需要修改的局部，如圖示的在某個局部增加兩條加強筋，然後可以把混合模型直接用於模具製造。 該方法在汽車車身設計過程中同樣可以得到廣泛應用，在 COPYCAD 中可以使用 STL 造型工具生成部分需要的特徵，並和原有 STL 模型進行布耳運算操作，例如我們從外部讀入一個車燈的造型，可以放置到合適的部位進行布耳運算等 值得一提的是 COPYCAD 可以進行模仿變形操作（ Morphing ），可以改變你的模型到需要的形狀，例如一個車門的 STL 模型，和理想的門框重合線不能達到要求，那麼你可以選定需要變形的部分，再選中需要變形到的輪廓，全局變形將在很短的時間內完成，達到我們的要求，以下圖例是對該功能的一個簡單描述，首先是一個柱狀產品，由於設計需要對口部的兩種 Morphing 操作。 從以上描述可以看出，局部逆向不僅僅是不進行完整的曲面造型，配合其工作的 STL 光順功能、 STL 布耳運算功能、 STL 的模仿變形（ Morphing ）功能，使用局部逆向技術可以在車型逆向初期，就可以在電腦螢幕上看到你的預期修改車型局部部位使用支援“混合模型”編程系統，對混合模型編程直接生成 NC 代碼的功能用於數控加工等，都是進行局部逆向必備條件， PowerMILL 能夠很好的支援混合模型的編程並生成高品質的 NC 代碼。就可以製造出 1/16 或其他規格的模型。 二、完全造型系統中進行特徵裝配的概念車身設計 在汽車研究單位、車身設計企業、逆向工程企業、汽車覆蓋件製造企業，大家都有一個共同的願望，歷史資源的使用，車身資料庫的積累及重複使用，看到理想的設計要融合到新的車型設計中，那麼，下面談到的內容主要在這些方面展開論述。 論述該命題之前首先提出一個概念是完整造型系統（ Total Modelling ），完整造型就是在同一個環境中使用 Delcam 的全部造型能力 (PowerSHAPE/CopyCAD/ArtCAM) 來創建和管理模型獨特的模型是由實體模型、曲面模型和作為裁減特徵的 Triangle 模型結合而成的；在 ArtCAM 或 CopyCAD 中創建的 Triangle 圖元，包括在 PowerSHAPE 的實體樹形結構中。同時可以通過 DELCAM 公司的資料登錄軟體 PS-Excheng 來直接輸入 CATIA 、 UG 、 PRO/E 等軟體的 PART 模型，充分利用車型設計公司已有的能力和資源。 我們從使用 Delcam 公司產品進行車型設計的英國 Lotus 車型設計案例展開論述， Lotus 品牌是英國紳士柯林 查普曼的傑作，英國 Lotus 是早期一級方程式冠軍車隊、著名的工業造型設計公司，在汽車行業及工業製造行業久負盛名。 首先我們看到的是 Lotus 一款車型的設計模型圖片，這款車是基於一系列 Lotus 公司的眾多車型的特點完成的新的概念車型設計。該車型是選取了眾多的設計方案，並採用完整造型技術在電腦上虛擬出不同形態的側板，個可選方案其中有該公司自己的歷史車型同時也包含其他創意，此方案應用到 Delcam 公司的完整造型系統，把其中的多個側面板可以以逆向得到的 STL 模型，作為裝配特徵應用。 在基礎車型上，反復替換，這些特徵可多次重複利用，反復替換，直到設計者的意圖得到充分的發揮和表現，下面會以前臉的個方案在 PowerSHAPE 中的具體操作進行闡述。 軟體首先通過逆向或其他方式獲得基礎車型，當然也可以採用 PowerSHAPE 的模仿變形功能或 CopyCAD 的逆向或局部逆向獲得，然後在基礎車型上進行操作。 第一步，首先從選中要裝備特徵的區域，然後啟動 PowerSHAPE 的幾何特徵設計模組中的 (Embossing) 功能，從外部讀入要加入的特徵，此特徵和我們傳統設計的裝配有完全不同的概念，傳統的裝配僅僅是把一模型調入，然後裝配的正確的位置，通常都是要使用到點、線、孔、平面等特徵，而 PowerSHAPE 的幾何特徵設計 (Embossing) 是把基礎模型作為一個整體，並和該模型融合為一個整體，而裝配的特徵不具備點、線、孔、平面等裝配基準，而是如圖所示，圈點的部分是從外部讀入的模型，然後調整該特徵的位置。 第二步，對模型進行幾何特徵設計 (Embossing) 計算，這樣我們就粘貼了一個 3d 的特徵在需要的形體上，並可以隨時進行位置、大小等編輯調整如圖示 第三步，適時替換不同的設計概念和特徵並可以進行渲染等操作。 第四步，計算獲得新的結果。 那麼同理對後保險杠的概念設計也可以輕鬆完成。 上述是關於特徵裝配式車型設計的一般流程的簡單描述，這裏對完整造型系統做一個基本的總結總結，完整造型有那些好處呢？ 1 ）完整造型集成了所有的造型設計方法，方便設計者使用； 2 ）可進行完整設計，無需考慮是從新創意、 2D 草圖或已有設計開始進行，沒有任何限制； 3 ）設計者可以更容易地合併各種不同的設計方法，並可以很快看到變化的結果； 4 ）設計的圖元可以包裹在實體模型上，並可以使用模仿變形技術進行調整，減少了重新建模的時間； 5 ）完整造型能力保障了在短時間內進行創新設計的需求。 三、油泥模型製造及複合材料快速車型製造創新概念 通常開發一個新的零部件，第一階段是獲取原始資料，這些資料可以採用不同的方法生成，包括使用 PowerSHAPE, 通過這些資料生成澆注樹脂複合材料的模具，製成標準樣品，並初裝在汽車上，確保設計上不存在問題，僅當一切檢查無誤後，或參加概念車發佈會公認，然後才正式生產模具。 DELCAM 軟體組成的獨特複合設計製造系統，幫助澳大利亞的 UP Industries 公司取得了巨大的成功，成功的向福特 Falcon AU 車型的部分概念設計， 公司董事 Schell 先生曾給 DELCAM 的完全解決方案十分高的評價：“引進系列軟體後，公司的設計和加工能力得到極大的提高，使工程師的設計理念得到充分的發揮，同時使用 PowerMILL 加工，使我們的機床性能得到很大的提高，縮短了交貨期，軟體在極短的交貨時間內完成任務” 下面我們使用一個可行的案例來進行說明： 一個完整的車型設計，如果要製造出全套的模具，那將耗費大量的時間，我們可以考慮採用新的方法來進行，對覆蓋件的製造採用複合材料模具來完成，模具可以採用泡沫材料或代木材料完成。 PowerMILL 的五軸電熱絲切割功能在這些材料加工中有巨大的用武之地，加工可以整塊快速的切割掉多餘材料，迅速得到僅有很少餘量的毛坯，使進一步的加工可以迅速完成，使用 PowerMILL 的五軸、五軸自動避讓技術可以快速對這些加工部件進行編程，生成五軸加工機床的加工代碼，並自動生成指導生產的工藝表格。 五軸編程工作做完後，進一步的工作需要下面三個過程，首先是加工泡沫材料或代木的基本模型，然後採用編寫好的五軸塗抹複合材料的程式，完成複合材料的塗抹，均勻塗抹的複合材料根據工藝要求存在一定的再加工餘量，進一步的工作是要切削這些材料到要求的尺寸，這樣去掉作為模具坯料的泡沫材料，就可以得到我們概念設計的產品樣品。 使用上述方法可以在極短的時間內完成根據設計資料生成澆注樹脂複合材料產品，通過如下圖機器人五軸切邊打孔處理，就可以製成標準樣品，並安裝在汽車上進行分析或展示。 此方法無疑在快速製作概念車型的過程，包括車模製造中有絕對的優勢，但對五軸 CAM 軟體同樣提出了更高的要求，全程無過切、安全的真實機床碰撞防護技術、處理刀夾系統和工件間干涉的自動避讓技術、支援包含 STL 模型的五軸編程技術，作為新的 CAM 新技術能夠在概念車型快速製造中起到巨大的作用。 對整車模型的製造，在車身設計中有巨大的工作量，從 1/16 、 1/8 、 1/4 等修改製作過程，都要求快速製造出不同比例的車模，做相應的實驗和修改參考，對五軸編程回應的快速性，有較高的需求，同時做車型設計的人員，對加工工藝、編程工藝、刀具工藝等知識相對較弱，要求軟體要安全、易學易用，當然 PowerMILL 作為一個專業的 CAM 軟體能夠滿足需求，下圖是在 PowerMILL 工作環境中真實機床仿真過程中截取的圖片及使用及加工過程演示。 使用 PowerMILL 的五軸、五軸自動避讓技術來完成整體車模的五軸編程和加工，為使讀者對整車加工的工藝過程有一個詳細的瞭解，使用英國 Lotus 某個車型的完整加工過程展示出來。 四、 數控機床線上檢測（ OMV ）體系在模具快速製造中的應用 在數控機床上加裝測頭，就能夠使使一台數控加工設備具備了三座標檢測能力。這不僅能夠減少工件在反復裝夾過程中出現的誤差，同時由於大部分檢測工作在機床上完成，減少了工件的搬運和裝卡時間，顯著提高了生產效率，企業也不需要再投入資金購買更多的檢測設備。 DELCAM 公司與計量設備商雷尼紹（ RENISHAW ）公司合作，提供完整的在機檢測解決方案。 在汽車覆蓋件模具製造環節，可以在模具製造過程中進行線上模具檢測，確保零件達到設備經濟精度，同時可以考慮在切邊模具製造過程中，購置鐳射淬火系統，在進行模具製造檢測達到要求的基礎上，進行切口的鐳射淬火處理，最大限度的減少自由工作的工作量。