随着社会的发展和技术的进步以及客户需求的不断变化，如何提高设计效率和产品通用性，降低生产制造和管理成本成为每个企业的追求。模块化设计思想和Top-Down设计方法的应用，可使工程机械产品设计和管理实现异地协同设计，从而大大提高新产品开发效率。
1 概念
1.1 Top-Down设计
Top-Down是一种“自顶向下”的设计思想和方法，即由总体布局、总体结构、部件结构到部件零件的自上而下、逐步细化的设计过程。Top-Down设计符合大部分产品设计的实际开发流程。其一般设计的流程是先确定整车基本参数，然后是整车总布置、部件总布置，最后是零件设计和工程制图。这种思想可以独立于软件工具，无论使用何种CAD工具，其设计的过程都是Top-Down设计的过程。然而，不同的CAD设计工具对于Top-Down的支持以及所达到的效果是不一样的。
1.2 协同设计
协同设计是指各成员在计算机以及网络的支持下，通过分工与协作，在同一平台上共同完成某一设计目标的设计方法。
2 应用
2.1 装载机模块化设计应用
2.1.1 模块划分
模块化设计需要考虑结合企业的生产、制造以及工艺的实际情况进行。不同企业生产制造的实际情况不同，同样的产品其模块划分也不完全一致。对于装载机产品而言，设计团队主要由总体、动力、传动、结构、液压、电气、薄板、空调共8个专业方面人员组成；整机按各大系统可分为15大类：动力系统、双变系统、桥系统、工作液压系统、转向系统、制动系统、车架系统、工作装置、驾驶室、覆盖件、电气系统、空调系统、属具、附件、辅助功能系统，装载机结构划分如图1所示。
每个大的系统可由不同的模块组成。例如动力系统根据其功能和组成可划分为9大模块，模块划分以及编码见表1。每个模块下都有各种不同配置，每个配置中对应一个生产实例（生产编码）。其他系统也可进行类似划分。
2.1.2 产品平台划分
采用销售的“产品代号”+“排放标准”划分平台。例如：装载机的销售代号有CLG50CN、CLG856H等；排放阶段有：Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ等，排放标准主要有国标和欧标（以G表示国标，T表示欧标，2、3、4分别表示排放阶段Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ）。
图1 装载机结构划分图
表1 动力系统模块划分与虚拟节点编码表
2.1.3 编码与命名规则
综上所述装载机的结构和模块可划分为“整机层+3层虚拟结构”，即：整机层+结构层、模块层和配置层。
(1)整机层：使用“000”_“产品代号”_“排放标准”进行编码。如：OOO_CLG856G_G2。
(2)结构层：结构层的主要作用是组织设计。采用“产品代号”_“排放标准”_“结构层代号”原则进行编码。“结构层代号”由对应中文名称的2位拼音字母缩写组成。如“动力系统”为“DL”，即：CLG856G_G2_DL。
(3)模块层：承载具体功能模块。采用“产品代号”_“排放标准”_“模块层代号”进行编码。“模块层代号”由对应中文名称的3位拼音字母缩写组成。
如“柴油机安装总成”为“CAZ”，即：CLG856G_G2_CAZ。
(4)配置层：承载实例（生产编码）。采用“产品代号”_“排放标准”_“模块层代号”_“流水号”进行编码。“流水号”使用3位数字（如：001）表示。不同配置前部分不变，流水号数字顺延一位，如：002、003、004等。如“柴油机安装总成（东康G2）”的编码为：CLG856G_G2_CAZ_001。该层另外一个重要作用是承载该配置的三维模型在整机中的正确位置，不可缺少。
2.2 装载机Top-Down设计应用
PTC公司的Creo软件中的Top-Down设计工具可以自顶向下便捷地传递设计参数、几何以及设计意图，直到最底层的零件和图纸，保证各部件设计的一致性。结合PTC公司PLM平台Windchill系统，保证整个项目组能够协同、快速地完成产品开发。Top-Down协同设计总流程可规划为图2所示流程。
图2中：整机布局是一个包含所有整机重要几何参数的文件，其类型为“.lay”；整机骨架为从布局中调用的所有参数，包含各种重要的基准面、轴、点、坐标系以及重要位置；独立骨架为规范建模，在整机布局和整机骨架未完成（或并行）时，就按相关规范先行设计，整机布局完成后通过声明布局（声明布局是将整机布局参数调入骨架模型的操作过程）将参数关联；半独立骨架为规范建模，整机布局和整机骨架未完成就可设计，设计中途复制整机骨架和相关独立骨架参照；非独立骨架在整机布局和整机骨架以及相关独立骨架未发布相应参照时不能进行设计；独立设计元件为相对独立的零部件，采用普通建模设计。
图2 Top-Down设计总体流程图
2.2.1 各部件系统Top-Down设计流程图
1)独立设计，如装载机前车架、后车架、工作装置、驾驶室设计有相关参数需要总体控制（即需要受整机布局控制），属于独立骨架设计，其Top-Down设计流程基本一致，如图3所示。
图3 独立设计Top-Down设计流程图
2)半独立设计，如发动机罩设计中的安装位置以及发动机进排气位置和大小分别需要与后车架和动力系统相关模块相结合，属于半独立骨架设计，其Top-Down设计流程图如下图4所示。
图4 半独立设计Top-Down设计流程图
3)完全独立设计，如铲斗（或各种属具）、动臂液压缸、转斗液压缸、转向液压缸、前桥、后桥、变速器变矩器、液压油箱、柴油箱的设计可以不依赖于总体设计，也不需要与整机布局相关联即可独立完成，属完全独立模块，其Top-Down设计流程有所区别，如图5所示。
图5 完全独立设计Top-Down设计流程图
4)非独立设计，如挡泥板及扶梯、动力系统、工作液压系统、转向系统、制动系统、双变系统、空调系统、桥系统、电气系统、润滑管路系统、铰接总成的设计需要依附于相关独立或半独立的骨架发布参考后进行设计。之前的主要工作为绘制、收集整理一些设计过程中需要用到的独立的元件（如液压系统各种阀、接头、马达、泵等；动力系统发动机、空滤、预滤、消音器等；空调系统的蒸发器、电机等；传动系统的前、中、后传动轴等；电气系统的各种独立元件、接插件等），其Top-Down设计流程如图6所示。
图6 非独立设计Top-Down设计流程图
2.2.2 系统及参数几何接口信息流程图
1)独立骨架设计，以前车架设计为例，如图7所示；
图7 前车架对应系统及参数几何接口流程图
2)半独立骨架设计，以发动机罩设计为例，如图8所示；
图8 发动机罩对应系统及参数几何接口流程图
3)非独立骨架设计，以工作液压系统设计为例，如图9所示。
图9 工作液压系统对应系统及参数几何接口流程图
2.3 协同设计应用
以Creo全参数化三维设计软件为模型设计平台，Windchill系统为数据管理平台，实现数据的实时传输与同步。通过两者的完美结合应用使得在不同地域的设计人员、审核人员、工艺人员、生产制造人员可以使用系统平台对同一机型进行远程的异地并行协同设计。
在Windchill系统中对不同的产品设置不同的产品容器，并在容器中建立不同的文件夹，如：总体、结构、动力、传动、薄板、液压、电气等。不同文件夹设置不同的权限和不同专业组设计人员。由总体设计师新建Creo超级模型结构、整机布局、整机骨架并检人相应文件夹中。各专业组设计师在对应文件夹中检出相应配置层，并对其进行详细设计。在设计过程中不断的检入、更新数据，每个设计师都能实时地了解最新的设计状态。对于设计过程中出现的干涉、错误或者不合理的地方将在第一时间内得到体现。对出现的问题进行及时快速的处理解决，再将修改完成的文件检入系统并传递给其他设计师。设计审核、工艺设计、生产制造人员都可以在第一时间对设计数据进行相应操作直到项目设计完成。实现真正意义的协同设计。
3 结束语
通过将装载机进行模块化划分，以超级BOM方式进行设计管理可大大提高产品的通用性，降低管理成本。Top-Down协同设计的研究与应用可大幅度地提高设计研发效率，提高产品设计的准确性，提高新产品一次设计的成功率，减少产品变型设计时间，降低新产品设计开发的周期和成本，保证产品数据的准确和唯一性，模块化Top-Down协同设计已在我公司形成标准并开始全部推广实施到其他产品线当中。
核心关注：拓步ERP系统平台是覆盖了众多的业务领域、行业应用，蕴涵了丰富的ERP管理思想，集成了ERP软件业务管理理念，功能涉及供应链、成本、制造、CRM、HR等众多业务领域的管理，全面涵盖了企业关注ERP管理系统的核心领域，是众多中小企业信息化建设首选的ERP管理软件信赖品牌。
转载请注明出处：拓步ERP资讯网http://www.toberp.com/
相关文章
