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Pro/ENGINEER在家用电器开发中的应用
新飞电器 申建军 张向明 饶荣水
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摘要：分析了家用电器行业的产品特点和应用现代设计技术的要求，回顾了河南新飞电器有限公司在家用电器产品开发中，应用Pro/ENGINEER开展虚拟设计和快速原型制造的实例，总结了Pro/ENGINEER应用的经验。提出现代设计技术的综合应用，加强了家用电器产品创新能力，通过开发一流的产品，提高企业在市场经济中的竞争能力。
关键词：Pro/ENGINEER 家用电器 开发 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。

（图片）

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。

（图片）

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。

（图片）

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。
5 前景展望
在家电产品开发过程中应用现代设计方法、工具和技术，是企业技术创新和产品创新的必由之路，是提高企业经济效益和产品竞争能力的必要措施。
目前，新飞公司已经在不同的部门分别实现了计算机辅助设计、快速成型，计算机辅助制造，有了企业的内部计算机网络，开展了企业的ERP工作。在此基础上，我们认为企业计算机系统和信息化的深入应用，要通过PDM将设计和ERP有机地结合起来，通过虚拟模型将设计和工艺以及制造有机地结合起来。实现了这样地结合，新飞公司的产品研究开发工作将更上一层楼。
再有，新飞公司的科研开发工作已经与国家级技术中心和企业博士后工作站的建设，与科研人才素质的提高以及创新能力的培养紧密结合。打造一流的队伍，应用一流的方法，实施一流的过程，创造一流的产品，实现始终站在家电开发的前列，实现“稳踞国内，享誉世界”的企业理想。
参考文献
1 申建军等.三维实体造型设计好在哪里.计算机辅助设计与制造，1996(2) ：18～20
2 申建军等.应用快速成型技术提高产品创新设计能力.计算机辅助设计与制造，1999(8)：61～62
3 申建军.应用现代设计技术是提高企业竞争力的有效措施.第一届国际机械工程学术会议，2000.12 8/15/2005

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