Pro/ENGINEER在家用电器开发中的应用

1 前言

　　在市场经济下,企业必须进行技术创新和产品创新,才能抢先竞争对手提供满足用户需求的一流产品,不断保持和扩大市场占有份额,才有希望在日趋激烈的市场竞争中生存和发展。轻工家电行业尤其如此。

　　在家电产品的研究开发实践中,我们认识到要提供满足用户需求的一流产品,产品设计始终是重要的基础环节,它基本决定了产品性能、质量、水平、成本和经济效益。一流的产品,首先来自一流的设计,而且必须有一流的产品开发过程支持。产品开发过程不仅包括了一流的人才因素,而且还应包括现代设计方法、工具、技术及基础平台和检测手段、实验条件以及信息等等。如何使企业的产品开发过程成为一流,不断提高自身的创新能力和水平,是每个企业必须面对而且要很好解决的问题。

　　2 家电行业的产品特点和开发要求

　　轻工家电行业直接为广大消费者提供日用电器等产品,是提高人民的生活质量和生活水平的生产服务行业。由于用户的广泛性,家电产品一般是大批量生产,其中塑料件和冲压件多,工艺过程和质量控制要求非常严格,产品设计和制造周期较短。由于进行大批量生产和销售,总利润相对较高,市场竞争相当激烈,企业的压力很大。为了在激烈的竞争中得到生存和发展,必须紧跟市场,不断适应市场的变化,产品必须在创新能力和适时、及时推出能力上下大功夫。

　　家电产品生产制造的主要特点：一是大批量生产,2002年,新飞公司产销冰箱、柜180万台。如果畅销,一个型号就能累计售出30万台以上;二是家电产品中的塑料件和冲压件所占比重很大,如电冰箱产品中,塑料件占40%左右,冲压件占16%左右。由于大批量的生产性质,约56%左右的零件必须利用模具才能生产,而模具本身制作周期较长,费用昂贵且完工以后修改起来十分困难。因此,家电行业在产品开发中往往提出这样的基本要求：首先是如何快速地进行设计,即针对用户需求,迅速提出解决方案并予以实现。其次是如何成功地进行设计,即当一个设计完成后,模具投入之前,快速地制造出样机或样件来,进行评价、论证,针对缺陷及时修改设计,使其尽可能一次趋于完美、取得成功。

　　根据上述特点和要求,轻工家电行业要提高产品竞争力,就要加强适应市场的创新能力和反应能力,以用户为中心,快速高效地推出实用新颖、先进好用、物美价廉的新产品,很快上市销售,抢占市场先机,满足不同用户的需求。要想做到这一点,唯一的出路就是应用现代设计方法、工具和技术。创造一流的产品开发过程,利用优秀的计算机辅助设计系统这样一个基础平台,来创造一流的产品,以保持持久的市场竞争优势,这不仅体现了企业的科技进步,而且是企业实现自己的经营目标的必由之路。

　　3 应用实例

　　利用虚拟设计,在计算机中通过三维几何造型直接表达设计对象,将其预先在计算机中“制作 ”,并“装配”起来,针对尺寸和形状上的问题,及时修正设计;利用结构有限元分析,通过计算机预演重要零件在工作过程中的“表现”,改进其薄弱部位,好钢用在刀刃上,使材料的性能得到充分利用;利用快速成型技术,将计算机中有外观要求或重要装配关系的“零件”迅速转变为真实的样件,来讨论、评价和确定方案。这些技术的应用,不仅大大提高了效率,而且很好地避免了设计失误。

　　3.1 电冰箱的整机三维几何造型

　　图1所示是新开发的电冰箱系列产品中的一个。经过计算机零件造型、部件装配,认为无误后,很放心地制作了各种模具。在后面的生产制造过程中,几乎没有发现设计形状和尺寸上的任何问题。

　　　　
图1 电冰箱的整机装配

　　3.2 电冰箱中的部件——温控器照明盒

　　在计算机零件造型以后,利用快速成型技术制作了其中各零件的样件,装配成部件后,及时地评价修改。这项工作做在模具投入之前,避免了制成零件后再改动模具的问题。

　　　　
图2 温控器照明盒

　　3.3 空调器生产中的管端划线装置

　　这个管端划线装置是一个实用新型的专利（专利号：03245799.5）,它能非常方便地在管子管端做划线标记。它的全部发明过程均在计算机上利用Pro/ENGINEER完成。Pro/ENGINEER方便修改的特性加快了发明的过程。

　　　　
图3 管端划线装置

　　顺便说一句,利用Pro/ENGINEER能很方便地将产品中的发明、实用新型和外观等专利设计方案清楚明确地表达,提高了专利申报工作的效率。

 　　4 结论

　　面对日趋激烈的市场竞争,针对企业要持续提高质量、降低成本,缩短设计,制造与交货周期,迅速向用户提供所需商品等种种要求,企业自身必须有规范的一流产品开发过程和其相对应。现代设计技术的综合应用,能够提高企业的产品创新能力,以更少的时间推出更好的产品,切实增强企业的市场竞争力。

　　(1) 在三维几何造型,进行虚拟设计的基础上,虚拟装配可以进行尺寸和形状模拟;分析可以进行性能模拟;快速成型可以进行实物模拟。其通过虚拟装配得到虚拟产品,通过快速成型得到样件。在此基础上经过评价、再设计、再评价的循环,保证了设计的一次成功率,保证了后续工作顺利地进行。

　　(2)通过不断地对某类产品零部件进行综合分析、归类、归纳、整理的基础上,持续开展“三化”的工作,并建立某类产品的常用件、标准件的三维模型库。有这样常用件、标准件库的支持,就能快速地完成装配,有效缩短某类产品的设计周期。

　　(3) 对于家电产品,在三维虚拟设计、装配的基础上使用快速成型技术,可以加速将工程师头脑中的设计方案转变为现实产品的过程。实物模型比起数字模型来,不再是虚拟产品了,成为真实的东西,与最终产品的外形和大小一致,看得见,摸得着,可以直接用于评价或者拿去参展。越早拿出样件或样机,越有利于论证和及时修改完善设计,使企业开发外观好、质量高的新产品并加快其上市时间。

　　(4) 对于塑料件和冲压件的模具,在三维设计、装配的基础上进行结构有限元分析,机构运动及动力分析,注塑流动分析,结构、机构的优化设计等,才能有目的地调整产品尺寸、形状和材料分配,使塑料件和冲压件以及模具的设计更趋合理,更加符合技术经济要求。这是模具成功设计和制造的关键。