基于Pro/ENGINEER家用电器开发中的应用

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1 前言
" `: S5 |! Q9 [9 @; O( h* C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。
1 _# l* }( A. ]; q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。
/ A% w. s* l" s. z2 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。
$ m$ |" c$ `3 ~$ C# B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。
0 s* P) b2 |6 P  g3 应用实例
: O. n" e, C. f3 b5 q# p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。
6 M. z" K# c+ z9 o4 E3.1 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
4 i+ _/ L; R( N" L# ~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。
　　
  

; g4 L7 q2 b7 E$ [. b% V5 a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。
  H2 r% ]# V5 t, U4 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。
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yaoxihan

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