Pro/ENGINEER在家用電器開發中的應用

1 前言

　　在市場經濟下，企業必須進行技術創新和產品創新，才能搶先競爭對手提供滿足用戶需求的一流產品，不斷保持和擴大市場占有份額，才有希望在日趨激烈的市場競爭中生存和發展。輕工家電行業尤其如此。

　　在家電產品的研究開發實踐中，我們認識到要提供滿足用戶需求的一流產品，產品設計始終是重要的基礎環節，它基本決定了產品性能、質量、水平、成本和經濟效益。一流的產品，首先來自一流的設計，而且必須有一流的產品開發過程支持。產品開發過程不僅包括了一流的人才因素，而且還應包括現代設計方法、工具、技術及基礎平臺和檢測手段、實驗條件以及信息等等。如何使企業的產品開發過程成為一流，不斷提高自身的創新能力和水平，是每個企業必須面對而且要很好解決的問題。

　　2 家電行業的產品特點和開發要求

　　輕工家電行業直接為廣大消費者提供日用電器等產品，是提高人民的生活質量和生活水平的生產服務行業。由于用戶的廣泛性，家電產品一般是大批量生產，其中塑料件和沖壓件多，工藝過程和質量控制要求非常嚴格，產品設計和制造周期較短。由于進行大批量生產和銷售，總利潤相對較高，市場競爭相當激烈，企業的壓力很大。為了在激烈的競爭中得到生存和發展，必須緊跟市場，不斷適應市場的變化，產品必須在創新能力和適時、及時推出能力上下大功夫。

　　家電產品生產制造的主要特點：一是大批量生產，2002年，新飛公司產銷冰箱、柜180萬臺。如果暢銷，一個型號就能累計售出30萬臺以上；二是家電產品中的塑料件和沖壓件所占比重很大，如電冰箱產品中，塑料件占40%左右，沖壓件占16%左右。由于大批量的生產性質，約56%左右的零件必須利用模具才能生產，而模具本身制作周期較長，費用昂貴且完工以后修改起來十分困難。因此，家電行業在產品開發中往往提出這樣的基本要求：首先是如何快速地進行設計，即針對用戶需求，迅速提出解決方案并予以實現。其次是如何成功地進行設計，即當一個設計完成后，模具投入之前，快速地制造出樣機或樣件來，進行評價、論證，針對缺陷及時修改設計，使其盡可能一次趨于完美、取得成功。

　　根據上述特點和要求，輕工家電行業要提高產品競爭力，就要加強適應市場的創新能力和反應能力，以用戶為中心，快速高效地推出實用新穎、先進好用、物美價廉的新產品，很快上市銷售，搶占市場先機，滿足不同用戶的需求。要想做到這一點，唯一的出路就是應用現代設計方法、工具和技術。創造一流的產品開發過程，利用優秀的計算機輔助設計系統這樣一個基礎平臺，來創造一流的產品，以保持持久的市場競爭優勢，這不僅體現了企業的科技進步，而且是企業實現自己的經營目標的必由之路。

　　3 應用實例

　　利用虛擬設計，在計算機中通過三維幾何造型直接表達設計對象，將其預先在計算機中“制作 ”，并“裝配”起來，針對尺寸和形狀上的問題，及時修正設計；利用結構有限元分析，通過計算機預演重要零件在工作過程中的“表現”，改進其薄弱部位，好鋼用在刀刃上，使材料的性能得到充分利用；利用快速成型技術，將計算機中有外觀要求或重要裝配關系的“零件”迅速轉變為真實的樣件，來討論、評價和確定方案。這些技術的應用，不僅大大提高了效率，而且很好地避免了設計失誤。

　　3.1 電冰箱的整機三維幾何造型

　　圖1所示是新開發的電冰箱系列產品中的一個。經過計算機零件造型、部件裝配，認為無誤后，很放心地制作了各種模具。在后面的生產制造過程中，幾乎沒有發現設計形狀和尺寸上的任何問題。

　　
圖1 電冰箱的整機裝配

　　3.2 電冰箱中的部件——溫控器照明盒

　　在計算機零件造型以后，利用快速成型技術制作了其中各零件的樣件，裝配成部件后，及時地評價修改。這項工作做在模具投入之前，避免了制成零件后再改動模具的問題。

　　
圖2 溫控器照明盒

　　3.3 空調器生產中的管端劃線裝置

　　這個管端劃線裝置是一個實用新型的專利（專利號：03245799.5），它能非常方便地在管子管端做劃線標記。它的全部發明過程均在計算機上利用Pro/ENGINEER完成。Pro/ENGINEER方便修改的特性加快了發明的過程。

　　
圖3 管端劃線裝置

　　順便說一句，利用Pro/ENGINEER能很方便地將產品中的發明、實用新型和外觀等專利設計方案清楚明確地表達，提高了專利申報工作的效率。

?　　4 結論

　　面對日趨激烈的市場競爭，針對企業要持續提高質量、降低成本，縮短設計，制造與交貨周期，迅速向用戶提供所需商品等種種要求，企業自身必須有規范的一流產品開發過程和其相對應。現代設計技術的綜合應用，能夠提高企業的產品創新能力，以更少的時間推出更好的產品，切實增強企業的市場競爭力。

　　(1) 在三維幾何造型，進行虛擬設計的基礎上，虛擬裝配可以進行尺寸和形狀模擬；分析可以進行性能模擬；快速成型可以進行實物模擬。其通過虛擬裝配得到虛擬產品，通過快速成型得到樣件。在此基礎上經過評價、再設計、再評價的循環，保證了設計的一次成功率，保證了后續工作順利地進行。

　　(2)通過不斷地對某類產品零部件進行綜合分析、歸類、歸納、整理的基礎上，持續開展“三化”的工作，并建立某類產品的常用件、標準件的三維模型庫。有這樣常用件、標準件庫的支持，就能快速地完成裝配，有效縮短某類產品的設計周期。

　　(3) 對于家電產品，在三維虛擬設計、裝配的基礎上使用快速成型技術，可以加速將工程師頭腦中的設計方案轉變為現實產品的過程。實物模型比起數字模型來，不再是虛擬產品了，成為真實的東西，與最終產品的外形和大小一致，看得見，摸得著，可以直接用于評價或者拿去參展。越早拿出樣件或樣機，越有利于論證和及時修改完善設計，使企業開發外觀好、質量高的新產品并加快其上市時間。

　　(4) 對于塑料件和沖壓件的模具，在三維設計、裝配的基礎上進行結構有限元分析，機構運動及動力分析，注塑流動分析，結構、機構的優化設計等，才能有目的地調整產品尺寸、形狀和材料分配，使塑料件和沖壓件以及模具的設計更趨合理，更加符合技術經濟要求。這是模具成功設計和制造的關鍵。

　　5 前景展望

　　在家電產品開發過程中應用現代設計方法、工具和技術，是企業技術創新和產品創新的必由之路，是提高企業經濟效益和產品競爭能力的必要措施。

　　目前，新飛公司已經在不同的部門分別實現了計算機輔助設計、快速成型，計算機輔助制造，有了企業的內部計算機網絡，開展了企業的ERP工作。在此基礎上，我們認為企業計算機系統和信息化的深入應用，要通過PDM將設計和ERP有機地結合起來，通過虛擬模型將設計和工藝以及制造有機地結合起來。實現了這樣地結合，新飛公司的產品研究開發工作將更上一層樓。

　　再有，新飛公司的科研開發工作已經與國家級技術中心和企業博士后工作站的建設，與科研人才素質的提高以及創新能力的培養緊密結合。打造一流的隊伍，應用一流的方法，實施一流的過程，創造一流的產品，實現始終站在家電開發的前列，實現“穩踞國內，享譽世界”的企業理想。