王彦峥 韩 杰 张志刚 郭 锋

设计·工艺

基于CSCW的复杂光学遥感器工艺与设计协同方法研究

王彦峥 韩 杰 张志刚 郭 锋

（北京空间机电研究所，北京 100094）

阐述了复杂光学遥感器协同制造中工艺与设计协同工作方法和管理思路。针对产品设计过程中工艺参与设计的活动，运用CSCW技术构建工艺与设计协同工作平台，建立新的工艺与设计协同工作方式，完善工艺与设计协同工作流程和程序，将工艺与设计协同工作覆盖产品方案设计/三维模型构建/详细设计全过程，实现与产品设计并行开展设计工艺性审查和工艺设计。

CSCW；复杂光学遥感器；工艺与设计协同；工作流程和程序

1 引言

复杂产品是指用户需求复杂、技术复杂、构成复杂、制造复杂和项目管理复杂的一类产品[1]。复杂光学遥感器是集光学、精密机械、电子学、探测器、热控技术于一体的复杂、精密光学仪器设备，在轨运行中完成对地球或其它星球的观测任务。企业在现有管理体制下，产品设计时设计人员更加关注产品功能和性能的需求，因工艺知识不够而缺乏对产品可制造性即设计工艺性方面的考虑，时常造成产品加工难度大、生产周期长、制造成本高的现象。因此很有必要对产品设计过程中工艺参与设计的活动加以规范，建立工艺与设计协同工作方式，以保证工艺人员能够从产品方案设计开始介入产品开发全过程，提高产品设计方案的工艺可行性、产品的可制造性。

CSCW（Computer Supported Collaborative Work，计算机支持协同工作），即利用计算机、网络技术，在不同部门、不同地域的用户之间进行互联互通的协同工作。当前普遍基于Web Service技术，可以方便地实现制造系统的数据标准化，解决当前制造系统集成瓶颈。基于CSCW的复杂光学遥感器工艺与设计协同平台是计算机支持协同工作的一个应用领域，它将产品数据管理系统（PLM）、产品项目协同研制系统（AVIDM）、计算机辅助工艺设计系统（CAPP）和科研生产执行管理系统（MES）深度融合，解决了信息孤岛问题，实现了信息交互、三维设计下厂和结构化工艺；工艺人员借助协同工作平台参与产品设计全过程，并同步开展工艺技术准备。

2 工艺与设计协同内涵

工艺与设计协同是产品设计过程中一项重要工作，是提高产品设计工艺性、可制造性的重要措施。设计工艺性是指设计的产品在现有生产条件（生产单位已有的或即将具备的厂房、设备、人员技能、工艺水平和可以实现的协作），以较短生产周期、较低制造成本和质量较稳定的方式和方法将其生产出来的可行性[2]。

在现有设计工艺性审查流程的基础上，将设计工艺性审查提前至产品方案设计阶段，增加设计方案工艺可行性分析与评价、三维模型技术交流两个环节。在产品设计过程中工艺与设计协同工作主要有三项，设计方案工艺可行性分析与评价、三维模型技术交流、设计文件工艺性审查与会签，详见图1。

图1 工艺与设计协同工作主要项目

本文提出的工艺与设计协同内涵是指工艺、设计人员共同完成产品设计中一些事项的过程，如设计方案工艺可行性分析与评价、三维模型技术交流、设计文件工艺性审查与会签等。

3 工艺与设计协同方式改进

原有工艺与设计协同工作是以工艺和设计人员现场集同工作形式为主，使用的设计文件需要打印或将电脑搬到集同现场，存在参与集同人员到不齐、异地人员花费往返路途时间较多等缺点。

通过对现有应用软件再开发，构建基于CSCW的工艺与设计协同平台，实现产品数据管理系统、产品项目协同研制系统、计算机辅助工艺设计系统和科研生产执行管理系统之间的信息互联互通，达到网上、异地进行工艺与设计协同工作的目的。

3.1 基于CSCW的工艺与设计协同平台功能模型

针对产品设计过程中的工艺与设计协同工作项目及要求，建立基于CSCW的工艺与设计协同平台功能模型，见图2，主要有如下层次：

图2 基于CSCW的工艺与设计协同平台功能模型

应用层为不同部门、不同地域之间协同工作的交互层，能够将产品设计和工艺设计的应用程序互通，为工艺和设计人员提供便捷的协同环境。

通信层为工艺和设计人员对某产品进行多人协同工作时，通过建立的通信协议，实现产品设计文件（二维/三维图纸）、设计工艺性审查、工艺文件等信息的传递。

协同工作层为工艺和设计人员在产品设计过程中提供协同工作空间，能够开展设计方案工艺可行性分析与评价、三维模型技术交流和设计文件工艺性审查等协同工作。

数据库层在产品设计过程中能够记录工艺与设计协同等信息，并提供产品数据、产品设计、工艺设计和生产管理等信息共享。

3.2 基于CSCW的工艺与设计协同工作过程模型

针对产品设计过程中的工艺与设计协同工作项目及要求，建立基于CSCW的工艺与设计协同工作过程模型，见图3。

图3 基于CSCW的工艺与设计协同工作过程模型

4 完善协同工作流程和程序

结合工艺与设计协同方式改进，完善工艺与设计协同工作流程和程序。工艺与设计协同工作从产品方案设计时开始。若产品设计变更较大，适时重新对设计方案进行工艺可行性分析、三维模型技术交流和设计文件工艺性审查与会签。

4.1 完善协同工作流程

完善后的工艺与设计协同工作流程见图4。

图4 工艺与设计协同工作流程

a. 产品主任设计师根据产品组成和特点，确定工艺与设计协同具体工作项目，纳入型号技术流程和计划流程。

b. 针对复杂新研产品，必要时成立工艺与设计协同工作组，重点围绕产品关键技术开展协同工作。

c. 在主任设计师组织下，主管设计人员负责、主管工艺人员参与，采取集同工作、技术交流、审查确认方式，开展工艺与设计协同的活动。具体内容如下：

集同工作方式：通过集同工作，共同完成产品设计方案工艺可行性分析与评价。技术交流方式：采用交流方式，开展产品设计（如三维模型设计）技术交底，传递设计意图、了解工艺要求。审查确认方式：以会议、会签形式，对设计方案报告审查确认，对设计文件进行工艺性审查与会签。

4.2 完善协同工作程序

围绕产品方案设计、三维模型构建、详细设计三个过程，完善工艺与设计协同工作程序，并制定相关管理规范如《工艺工作程序》和《产品设计方案工艺可行性评价方法》等。

4.2.1 设计方案工艺可行性分析与评价

设计方案工艺可行性分析与评价是指在满足产品功能和性能的前提下，为确定合理、优化、经济的设计方案，对产品设计方案进行工艺可行性分析与评价。

a. 新研产品，特别是复杂产品方案设计时，通过设计集同工作或设计技术交底等活动，按部组件、单机、分系统对设计方案进行工艺可行性分析与评价。

b. 设计方案工艺可行性评价方法，按照对工艺可行性影响程度，评价要素分为五个关键要素和九个一般要素，详见图5。不同产品可对要素进行调整。

将每个评价要素设定为优秀、良好、一般和差四个等级和不同的分值，根据关键要素和一般要素的分值累计结果，工艺可行性评定分为好、一般、差三个等级[3]。

c.将设计方案的工艺可行性分析与评价内容作为独立章节纳入产品设计方案报告，必要时单独形成报告。

图5 设计方案工艺可行性评价要素

4.2.2 三维模型技术交流

目前，产品设计已使用三维设计软件，为确保产品三维设计做到可制造、可检测，应增加三维模型技术交流环节，进行三维模型的设计工艺性审查。

a. 在复杂新研产品三维模型设计时，一般以单机、部组件为对象，通过技术交流，传递设计意图，了解工艺要求。

b. 应从产品总布局、结构和零件的合理性及可制造性、原材料和元器件的选用、工艺成熟和稳定性、装配关系及装配路径的合理性、装配可操作性等方面提出工艺意见或建议。

c. 通过三维模型技术交流完善三维模型设计。

4.2.3 设计文件工艺性审查与会签

设计文件工艺性审查与会签是指在产品详细设计时，工艺部门负责全面审查产品和零件结构等设计图样工艺性，提出工艺意见和建议并完成工艺会签的过程。

a. 依据各研制阶段工艺性审查要素，审查设计文件的工艺性，提出工艺性审查意见及建议。

b. 必要时，通过沟通了解产品的功能和性能、结构特点、使用要求等，知晓设计思路。

c. 通过设计工艺性审查识别工艺风险和制造难点，确定工艺攻关项目和新工艺鉴定项目，及时开展工艺攻关和新工艺鉴定试验工作。

4.2.4 记录要求

在产品设计过程中开展各项工艺与设计协同工作并做好记录。

5 应用实例和效果

空间光学遥感器是集光、机、电、热等技术的复杂产品。在某型号产品设计时，设计师首次选用了碳化硅作为大口径反射镜材料，同时在结构上进行了轻量化设计，为此镜坯制备过程在镜面一侧增加了工艺筋。碳化硅属于难加工且易崩边的材料，去除工艺筋成为碳化硅反射镜加工中遇到的第一个难题。工艺人员从产品方案设计就与设计人员进行协同工作，在图纸下厂投产前识别出碳化硅镜坯工艺筋去除加工难点和工艺风险，提前开展工艺攻关，经工艺试验研究突破并掌握了机器人柔带湿磨去筋工艺技术，实现碳化硅镜坯工艺筋高效去除，与外协加工相比，大大缩短去除工艺筋加工时间，加工效率提高了30%，大幅降低加工费用，为型号进度提供工艺保证，有力支撑了产品研发。

6 结束语

开展基于CSCW的复杂光学遥感器工艺与设计协同方法研究，建立新的工艺与设计协同工作方式，明确工艺与设计协同工作流程和程序，在产品设计过程中实现了从产品方案设计、三维模型设计和详细设计的三个切入点开展工艺与设计协同工作。一方面工艺人员从方案设计阶段就参与产品设计，讨论设计工艺性并提出改进建议，有助于产品设计工艺性和可制造性的提高。另一方面提前做好工艺技术准备，针对工艺难点提前开展工艺攻关，为复杂产品研制提供工艺保证，为降低产品制造成本和缩短生产周期给予技术保障，特别是对于复杂产品研制产生了事半功倍的效果。

1 李伯虎，柴旭东，朱文海．复杂产品集成制造系统技术[J]．航空制造技术，2002(12)：17～20

2 尚育如. 航天工艺基础知识培训教材（上）[M]. 北京：中国宇航出版社，2005

3 Q/QJ59 产品设计方案工艺可行性分析要求[S]. 2010：2～3

Research on Collaborative Process and Design Method of Complex Optical Remote Sensor Based on CSCW

Wang Yanzheng Han Jie Zhang Zhigang Guo Feng

(Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity, Beijing 100094)

The paper presents the cooperative work method and management ideas of process and design for the collaborative manufacturing of complex optical remote sensor. For the craftsman participating in design activities in the process of product design, the method builds the process and design collaborative work platform using CSCW technology, and establishes a new collaborative working mode of process and design, and improves the workflow and procedures of process and design collaborative, which covers the whole process of product scheme design/3D model construction/detailed design with the collaborative work of process and design, thus carries out the design process review and process design in parallel with product design.

CSCW；complex optical remote sensor；process and design collaborative；workflow and procedures

王彦峥（1962），工程师，机械工程和工商管理专业；研究方向：工艺管理和产品保证。

2020-05-15