【与时俱进】面向产品全生命周期的设计

产品设计思想的变迁

当制造业由手工业模式发展到现代大规模生产模式以后,设计就开始与制造分离,成为一种专门化的工作。早期设计着眼于实现产品功能,达到各种技术指标。在此阶段,产品制造基本上是从属于产品设计的要求,即所谓“按图施工”。产品设计者固然要考虑工艺上的可能性与合理性,但他们一般并不从工艺性与制造成本的观点来仔细优化产品的结构和参数。这种设计称为成品功能设计。

由于企业需要在市场竞争中提高生产效率与降低产品制造成本,制造环节开始反作用于设计过程,要求所设计出的产品不仅能满足成品功能要求,而且能够在生产车间高效低成本地制造出来。于是,产品设计工艺性问题就提上日程。在手工设计时期,设计工艺性是通过标准、规范、手册、资料或设计人员的经验来加以引导或约束的,或者通过设计人员与工艺人员对于设计图纸的会审来操作的。到了计算机辅助设计时代,这一考虑到产品制造工艺性的设计思想和设计方法导致了“面向制造的设计” ( design fo r manufacturing,DFM)和“面向装配的设计” ( desig n for assembling, DFA)的技术的出现和发展。这些技术采用专家系统等智能方法来评判由CAD系统所生成的设计(包括方案设计与详细设计)的工艺性(包括零件制造工艺性与整机装配工艺性) ,发现存在的问题,或者进而提出改进方案。针对不同的产品与生产条件,已经有大量的关于DFM与DFA的研究成果报道和软件产品问世。

目前,大多数制造企业,尤其是发展中国家的企业,其产品设计大体上局限于成品功能设计及DFM或DFA的范围内。我国由于长期计划经济所形成的“卖方市场”以及传统观念的束缚,不少企业与顾客之间的关系甚至还停留在“钱货当面清点,出门概不负责”的状态。这未尝不是我国许多企业面临困境的原因之一。然而,形势在迅速地发展,不仅“成品功能设计”已不能适应市场竞争的需要,而且DFM 和DFA也已经难于完全满足企业在市场的激烈竞争中求生存、求发展的需求。今天的设计者必须考虑到他所设计的产品从方案论证到设计开发、零件制造、装配、销售、售后服务直到报废回收的各个阶段所可能出现的各种问题及其解决方法。也就是说,今天的设计工作必须面向产品的全生命周期,对所生产的产品“负责一辈子。”

军工企业首当其冲

对于面向产品全生命周期的设计要求,感受最深、响应最快的,莫过于制造军事装备的企业。这首先是由于在严酷的战争条件下,军事装备的性能将受到极其严格的考验。在装备设计、研制过程中微小的疏忽或考虑不周,可能在战争中导致非常严重的后果。因此,军事装备的设计、研制不能只负责其出厂质量,而必须着眼于装备在整个服役期间内的性能和表现。其次,美国等西方军事强国,其军事装备早已采用“采办“制,我国也正在由“研制”制向“采办”制过渡。这样,军事装备的生产供应方与军方的关系也将由过去的内部组织关系转化为厂家与顾客之间的关系。军工厂家能否对其生产的军事装备的全生命周期负责到底,将关系到企业的生存与发展。

本刊这一期所刊出的一组文章,从不同角度、在不同的层次上反映了世界军事装备生产企业面向产品全生命周期的设计思想和设计技术的现状及其发展。同时,也反映了我国军备研制与生产中有关设计思想和运作方式的某些情况与变革。

总地说来,军备生产面向产品全生命周期的设计思想可以概括为“五性”、“三全”。

(1)可靠性　指装备在一定的服役期限内,不发生故障的概率,特别是指在严酷的战斗环境下

正常工作的可能性;

(2)维修性　指装备在发生故障、丧失或部分丧失功能以后,通过修理或撤换故障单元而恢复

功能的难易程度,尤其是指在战场环境下,进行抢修的可能性与难易程度,或者指通过预防性的检修,以防止故障出现的可能性;

(3)测试性　指通过检测或测试,判定装备系统的健康状态,或诊断出系统故障的可能性和难

易程度,这是装备系统自身状态的透明性问题;

(4)保障性　指为了保证装备正常运行,充分发挥战斗力而需要的人力(包括智力)、物力等后

勤保障的复杂程度和苛刻性;

(5)安全性　指军事装备在生产、运输、储存和作战过程中对于操作人员、装备自身和周围环境发生伤害的可能性及其程度。

“五性”全面反映了对于军事装备使用性能或作战性能的要求,也是在军事装备设计过程中必须妥善考虑与处理的问题。因为,“五性”能否实现、能否确保,在很大程度上是由装备的设计过程来决定的。一旦装备的设计定案,在改进“五性”方面就很少有回旋余地。因此,在军事装备的设计过程中必须未雨绸缪,借助于先进设计思想、设计手段和设计工具,周密预计装备在其整个服役过程中所可能碰到的各种情况及可能出现的各种问题,并预先安排好各种应对或应急措施。装备的设计中必须着眼于“三全”:

(1)全系统　不仅考虑主要装备,而且考虑人员、辅助设施及各种后勤保障条件,以系统工程的观点和方法进行装备的方案优选和设计工作;

(2)全寿命　设计工作不仅要面向装备的制造过程,而且要面向装备从服役到退役的全过程;

(3)全费用　在以经济上的可负担性来优化设计方案时,不能只考虑装备出厂时的成本或采

办价格(这一部分费用往往只是冰山的一角) ,而必须计及装备从服役到报废的各个阶段的全部费用。仅仅是“降低生产成本” ,已不能反映经济上的可负担性的全部内涵。此外,设计阶段本身所消耗的费用虽然只占产品全生命周期所消耗的总费用中一个较小的比例,可是,总费用中的70% ～ 80%是在设计过程中决定的。因此,决不应该忽视设计工作对于降低装备总费用及确保装备的可负担性的重要意义。

军工、民用其理则一

上述军工企业装备设计思想和方法完全适合于民用制造企业。常言道: “商场如战场” ,今天激烈的市场竞争也正在迫使民用制造企业将他们的设计思想从面向成品功能、面向制造、面向装配拓展到面向产品的整个生命周期。具体地说,以下因素正在有力地促成产品设计思想的演变:

(1)现代产品或设备日趋复杂、庞大和昂贵,其中的知识含量与日俱增,单靠用户经验和技能

已经很难保证它们的正常工作或有效运行; 而由于故障所造成的停机损失往往也大到用户所不能承受的程度。因此,要求在产品的设计阶段就充分考虑到在其使用中可能出现的各种问题,而在设计中预先采取必要的措施,防患于末然。

(2)在知识经济条件下,制造业正在演变为某种形式的“服务业” ,“以产品为中心”的生产模式正在由“以顾客为中心”的模式所取代。制造企业必须虑及产品的整个生命周期,对其产品的全生命周期承担责任,体现一种全方位地为顾客、为社会服务的精神。

(3)制造企业对于环境保护的责任越来越大,所承担的义务也越来越沉重。“绿色制造”和“可负担性生产”已成为时代潮流。因此,企业在其产品的设计阶段就必须充分虑及它在使用过程中,尤其是在报废时对生态环境的影响,妥善安排它的拆卸、回收、分类以及降解等一系列问题。

面向产品的全生命周期的设计是一种在设计阶段就预见到产品的整个生命周期的设计,是具

备高度预见性的设计。今天正在大力研究开发的“并行工程”正是借助于先进的建模与仿真技术,来预测所设计产品的未来,乃至于它的整个生命周期。这里千万不能将今天的“并行工程”与我国历史上曾经发生过的“边设计、边施工”混为一谈。因为,与设计过程所并行的只是一个虚拟的制造过程或者是虚拟的产品生命周期。虚拟的目的则在于实现高度的预见性及预防性。

因此,本期刊载的一组军事装备面向全生命周期的设计思想、设计技术的文章体现了现代制造业发展的重要方向,具有广泛的实用性。相信制造领域的科技人员会从中获得灵感与教益。

感谢阅读！

本文来源于互联网，如有侵权请联系版主，我们将第一时间予以撤消。

相关文章，在仿真秀官网搜索：

1） 【V&V仿真验证管理系列】C-SDM产品虚拟性能样机管理

2） 【好工具】具备模型轻量化显示功能的eDrawings软件，实现设计数据的查看和发布