1、第五章 设计计划关键问题1.计划是如何用一个适时地，合算的方法中，来帮助机械设计工艺的五个阶段更加完善？2.一种计划能适应所有项目吗？3.瀑布计划和螺旋计划件的不同是什么？4.为什么应交付的产品如此重要？5.在未来不确定的前提下，计划该如何发展？5.1 介绍为了让产品在及时的，划算的方法下发展，项目计划将工艺正式化。计划通常就是发展一个体系来安排和保证人，时间，钱这些资源。如图 5.1。计划的成果就是展示产品设计工艺行为确定时间。图 4.1 展示的状态，规格的定义，概念设计，和产品发展，必须列出来，而且要保证资源给他们。在图中的流程只是示意性的；它不能充分的分配资源或者发展进度表。计划是为了发
2、展需要的信息和将信息在正确的时间给正确的人而产生的程序。正要的信息包括产品要求，概念草图，系统功能图表，固体模型，图纸，材料选择，和其他在产品发展期间的有代表性的决定。计划措施为工艺形成了一个蓝图。在工业上，计划和工艺都是交替使用的。大部分公司有一个为标准产品制定的通用的工艺。总体规划称为产品发展工艺，产品交付工艺，新产品发展计划，和产品实现计划。在这本书了里，我们选择通用工艺作为产品的发展工艺，使用它的首字母缩写为 PDP。改变公司的设计工艺需要中止已经做好的事情。虽然他很难，但是很多的公司已经在最近十年完成了这项工作。通常的，那些产品有好的市场的和开始看到市场受威胁的公司已经开始着眼于将产
3、品的发展工艺，作为重新设计自己面对竞争的成就的一部分。大部分成功的公司强调在产品和发展产品工艺上都要有可持续的进步。5.2 项目计划的类型项目计划有许多不同类型。最简单的是阶梯或瀑布计划。如图 5.2 所示，在进行下一阶段前，每个阶段所做的工作都要有决定认证。在其最简单的形式中，阶梯方法很简单：阶段 1，产品的发明，阶段 2，概念的发展，阶段 3 ，概念评估，等等。更有可能的是，这个阶段是集中在特定的系统或子系统。此外，每一个阶段都可能包含一组并发活动并行执行，不按顺序。阶梯进阶工艺也可以表示为一个瀑布（图 5.3）每个阶段就像水在下降到下一池的水池前，先达到的一个平坦的区域。美国宇航局在上世
4、纪 80 年代正式通过阶梯方法，用于管理大型航天项目。作为设计评审，每个阶段通常被称为正式的会议，在此期间设计小组成员向管理层报告进度。根据设计评审的结果，然后管理部门决定是否继续产品发展，在前一阶段做更多的工作，或在更多的资源消耗前终止项目。在阶梯或瀑布计划的一个主要假设是，工作可以有序进行。这意味着该产品的定义在过程的早期可以被确定，它将从概念到产品。这是大多数成熟产品的类型。一个很好的例子是使用由欧文的新工具，如介绍在 2 章的快速夹紧夹具的设计过程。图 5.4 显示了用于夹具的发展过程。在每一个阶段，欧文提炼为客观的和可交付产品的定义。例如， “视觉设计”是“思想的可行性和鲁棒性的商业
5、案例的目的。 “要知道目标已经实现，必须有一套可交付成果。这些措施包括：概念发展技术可行性成本的目标和财务消费者的概念定义知识产权的合法评估设计之后的阶段是由所作出的决定，谁来做出的决定，和决定的标准来改善的。例如，欧文在 MS2 后一阶段所做出的决定是选择概念，通过商业案例，接受样机的研制结果。这些决定是由领导团队包括总裁、制造部副总裁、研发部副总裁、首席财务官和其他人。对于如同一个夹具般简单的事物来说，在这一级别的决定可能会看起来有些极端，但对于如欧文这样的公司而言，这是一个主打产品，因此关注度一直上达高层。最近在软件设计中，螺旋工艺已经变得非常流行。螺旋（图 5.5）以基本概念和的第一个
6、样机的快速发展为中心开始；这是客户评估的。重新审视产品要求，第二螺旋中对一个新的设计样机进行测试。这种方法在软件中有效，因为代码对于样机来说更简单，其次是大多数机械产品。然而，快速原型技术的不断发展（见 5.3 节）使其对于硬件开发来说更加现实。螺旋过程的主要特征:迭代的方法，使每个任务需要在每个周期加以重新考虑。要求可以重新评估。样机和仿真可以加以阐述和改进。该工艺使“此刻正好”得以实现。在每个周期都有一个明确的决策点。每个周期提供了目标、限制、替代品、风险、审查，并承诺继续。努力程度由风险因素驱动。图 5.5 中的螺旋已被修改，以展示在机械设计过程中的重要活动。螺旋从最初的要求和进展开始，
7、通过概念到达功能性的样机和仿真，以及对于他们如何满足最初的需求，对于未来发展所产生的风险评估，并有助于决定下一步该做什么。一旦明白了这一点，为下一个周期所做的规划就可以发生。当初始产品及其评价发生时，螺旋的二级显示要求相互抵消。再次，下一步做什么及其计划是由下一阶段，继续朝产品向外螺旋。可能会有更多的螺旋比如下所示。很多使用图 5.5 中的术语将在本章后面定义。甚至比在软件开发的螺旋上升的过程更近的，是极限编程。极限编程是建立在许多小的发布和集成测试。一个目标是每天的建设新的代码，方便客户的现场测试。这种方法可以追溯到早期的机械工程的时候，会尝试，打破，固定，并再次尝试。在飞机的发展初期，飞行
8、员会坠毁，机组人员会修理飞机，并假设飞行员仍能飞，他将在此从事飞行任务。随着系统变得越来越复杂，对机械系统进行快速的变化的能力变得更加困难。快速成型技术，这种能力作出迅速的变化是开始重现。极限编程的缺点是，没有设定目标，你永远不知道你何时完成。这个问题是在 6 章的主题。在这本书中，我们因为很多原因而遵循瀑布过程。第一螺旋或极端的方法更适合于软件，在原型开发通常需要更少的时间。第二，在你开始之前或者你不知道何时能到达以前，最好是知道你要去哪里。当你不知道何时能完成时，不断变化的需求的灵活性，需要加以权衡。这并不是说，在瀑布的迭代是不存在的，只是它是内置的，计划好的。第三，螺旋工艺，最适合市场影
9、响力虚弱的和要求不明确的最新技术。最后，本书是按自然顺序，一章接着一章。我们别无选择，但目前这样的材料。然而，任何特定的项目可能是线性的，阶段门或瀑布，和最近的螺旋和极端的过程的组合。5.3 可交付产品信息的发展计划。设计项目中的工艺是通过类似于图纸，样机，BOM，分析结果，测试结果和其他项目中出现的产生的信息，这样的可交付的东西来测评的。这些可交付的信息都是最终产品的模型。在产品发展期间，许多模型是用金华的产品制作的。其中一些模型是分析模型在一些纸上快速计算，或者是复杂的电脑仿真；一些将是绘画表现简单的草图或者是正字法的机械图纸；一些将是CAD 固体模型和一些将是物质模型样机。这些模型和样机
10、每一个都是描述产品的信息表现。事实上，设计是信息不断被决定隔断的一种进化。每一个模型和样机不仅体现从产品中知道什么，而且还在搭建和发展过程中获取知识。所以可交付的产品为两个目的服务，体现产品信息，交流信息的途径。因此，在设计工艺发展期间，重要的是要理解信息。5.3.1 物质的模型样机产品的物质模型通常叫做样机。什么时候计划，什么时候使用，什么种类使用这些样机的属性，必须纳入计划，才是他们的目的，设计工艺方面，什么时候使用，媒体用来建设他们。样机的四个目的是，概念验证，产品验证，工艺验证和生产验证。这些项目通常都只是在物理模型上提供。然而，CAD 系统中的立体模型，因为低成本和时间短，经常替代这
11、些样机。概念验证或者样机功能验证集中在对比客户要求和工程规定后，发展产品的功能。这种样机被作为一种学习工具，而精确地几何学，材料，还有生产工艺通常都不是那么重要。因此，概念验证的样机可以是纸质的，木头的，小孩玩具的零件，废旧汽车零件，或者其他什么随手可得的东西制作。产品验证的样机是发展帮助重新定义成分和装配的。几何学，材料，生产工艺都和功能一样重要。最近的发展趋势是快速样机和桌面样机，利用立体印刷术，或者从 CAD 中快速构成零件的方法，已经极大的提高了制造产品验证样机的时间和成本的效率。工艺验证样机是用来检验几何学和生产工艺。对于这些样机，准确的材料和生产工艺用来生产产品的样品来进行功能测试
12、。生产验证样机是用来验证整个产品工艺。这个样机是试生产运行的结果，产品的加工刚好在产品销售之前。在星际迷航，科幻连续剧和电影，物理对象是在一个“复制产生的。 “只使用语音命令，该装置可以生产粮食，武器，并不仅仅是其他任何可以想象的。机械设计正在向复制方向发展。设计师可以设想的一部分，在一个实体建模CAD 系统的表示出来，然后使用一个快速原型系统将其“打印”出一个实物。快速原型或立体印刷生产固体部分有用的物理部分的评价，为成型或铸造件的制作图案，或作为视觉模型来获得客户的反馈。在 80 年代和 90 年代的早期，快速原型零件通常是蜡做的，塑料，或纤维素。2000 年开始，有些方法可以使钣金件直接
13、用于小批量生产，制造上万个零件的塑料部件模具。一些快速原型系统的部分使用激光切割和粘合薄层的材料。一些使用激光凝固的地方，固体液体树脂材料的要求。还有其他的系统沉积少量的材料很像从少量粘土建筑的一部分。在未来，这些系统可以通过在原子水平上的制作零件，通过单组分使材料发生变化。这些系统将像科幻小说一样，在任何地方制造一个组件或整个产品，随需应变。5.3.2 形化模型和 CAD一些公司仅仅依靠计算机生成的实体模型，其他人仍然依靠传统的图纸与二维 CAD 软件包，或从实体模型输出。先不论它们是如何产生的，图形化的模型不仅是对设计师的数据通信的首选形式，也是设计过程的一个必要的组成部分。具体来说，图纸
14、和固体模型用于：1.档案的几何形式设计。2.设计师之间和设计师与制造人员间的交流思想。3.供应分析。确定丢失的尺寸和公差的确定为图纸或模型的升级。4.模拟产品的操作。5.完整性检查。草图或其他图纸，细节明显留给设计去制作。这实际上，有助于建立一个议程去完成设计任务。6.作为设计师的短期记忆的一个扩展。设计师不断地使用图纸为他们解决问题的过程中，经常有意识地使用的图纸，否则他们可能忘记信息存储。7.作为一个合成工具。草图和正规图纸使拼接在一起的无关的思想形成新的概念。在设计过程中，许多类型的图纸生成。用于在概念草图必须进化到最终的图纸，提供足够的细节来支持生产。这种演变通常始于一个布局图来定义整
15、个产品的开发组件和零件的几何形状。部件和组件的细节由布局的开发信息部分指定。随着产品的精制，这个信息传递给零件图和装配图。现代的实体建模CAD 系统的开发已经模糊了图纸的类型之间的差异。这些系统可以在一个布局环境细节和组件的协同进化。此外，他们有自动的制图标准。也就是说，传统的图纸类型将被引进，因为他们的具体特点也很重要，即使最现代 CAD 系统中。图纸的发展是协同的产品的几何和功能进一步细化的演化。由于生产图纸，开发更多的产品知识。一些产品的设计，在设计过程中的作用时所产生的不同类型的图的主要特点是分项逐条记录。草图。制作草图作为一种绘画的想法的产生需要的短期记忆的扩展（见第三章） 。作为组
16、件的形状和演变，正式的图纸，以保持信息的组织和容易沟通。因此，一个训练有素的工程师要有 CAD 技能和将很抽象概念用草图表示的能力。布局图。一个布局图是支持的主要组成部分和它们之间的关系的发展的工作文件。一个典型的布置图如图 5.6 所示。考虑一个布局图的特点：*一个平面图是施工图和经常在设计过程中的变化。因为这些变化很少记载，信息可能会丢失。在设计笔记本好记录可以弥补这一损失。*一个布局图进行测量。*只有重要的尺寸在图所示。在 10 章，我们看到，从空间约束集的阶段，在产品形成过程的体系结构和各个组件的开发。这些限制是最好展示的布局图。*公差通常不显示，除非他们是重要的。*在布局图的注释是用
17、来说明一个设计特征和产品的功能。*一个布局面图往往成为过时的。作为零件图和装配图的开发，布局图变得不那么有用。如果产品正在开发一个 CAD 系统，然而，布局图的数据文件为基础的零件图和装配图。布局图如图 5.6 所示是一个实体建模系统。这个系统使勘探的变化。好消息是，实体模型，使被研究的重要的几何精确的可视化模型，并提供了所需要的零件图和装配图。坏消息是，有太多的时间在这个模型中，所以在配置的变化是昂贵而令人气馁的。详图。作为产品的发展布局图，单个组件的细节开发了。这些记录在详细图纸。一个典型的零件图如图 5.7 所示。一个重要的细节特征包括以下内容：*所有尺寸必须公差。在图 5.7 中，很多
18、的尺寸不成文的标准公差制造公司。大多数公司已经为所有但最关键尺寸的标准公差。图 5.7 中的临界尺寸的上限和下限了。*材料和制造的细节必须明确、专业术语。特殊的处理必须清楚说明。*制图标准如 ANSI Y14.5M-1994 年了，尺寸和公差，并在 dod-std-100 在工程制图实例，或遵循一些公司的标准。*由于详细的图纸是最终的设计工作表示，将用于制造产品信息的沟通，每个图必须得到管理部门的批准。因此一个签名档是一个标准细节图的一部分。布局和装配图着重于系统或子系统的，详细图纸着重于单个元件。装配图。在装配图的目的是显示元件组合在一起。可以用许多类型的制图风格说明这一点。装配图与布置图很
19、相似，除了他们的目的，从而突出了他们赢展现的信息，是不同的。装配图具有这些特性：*每个元件是在 BOM 中用一个数字或字母键来识别。一些公司把他们的BOM 放到装配图；其他的使用一个单独的文件。 （BOM 的内容第 9.2 节中讨论的内容。 ）*作为附加的所需的信息，他们可以作为其他图纸或者图书装配说明的参考。*必要的细节视图包括在主要视图表达不清楚的信息。*为细节图纸，组装图纸被要求有签名块。在现代 CAD 系统生成的图形化模型。在这段引言中提到的，现代的实体建模CAD 系统，布局、详细和装配图纸不明显。这些系统使设计师做一个实体的部件和组件模型，从这些，半自动制作零件图和装配图。在这些系统
20、中的组件，组件和元件的布局、和元件的细节、和它们如何组合成组件，所有的共同进化。这是一个祝福和诅咒。从积极的一面：*固体模型能快速表征和概念看他们如何组装和操作没有硬件需求的能力。*实体建模系统的使用提高了设计过程中的尺寸和公差，因为特点，开发和记录只有一次。这减少了潜在的错误。*组件之间的接口的开发，使组件共享相同的特点，尺寸，和公差，确保配套部件装配在一起。*零件图和装配图的半自动生产，降低了需要制定方法和制图标准的专业知识需求。*文件是为了使用快速成型的方法制作样机而创建使用；为制造和装配图改进图形；销售，服务，和产品生命周期的其他阶段提供图标。然而，这些工具也有消极的一面：*有一种倾向
21、，放弃草绘。草绘是一个开发的高数量的想法快速的方式。需要制定一个实体模型的时间比草绘时间要长。这意味着选择开发的数量可能低于它原本应该有的数量。*太多的时间花在快速细节。通常即使是为了画一个草图，实体建模系统需要规定细节。琢磨在概念设计中的这些细节可能不是一个好的时间利用，一旦完成制图那么就会由于已经投入的时间而不愿意放弃糟糕的设计。*经常有价值的设计时间只是用工具。学习实体造型系统需要时间和使用它的程序通常需要耗时的控制。这个设计时间失去了。*许多实体造型系统需要的部件和组件可以提前安排时间。这些系统更像是一个自动绘图系统辅助设计。表 5.1（第 5.3.4） ，不同类型的用于机械设计项目模
22、型被分项记录。用实体建模和快速成型来制作他们，不仅为了布局，详细，和装配图的合并，而且为了概念证明生产，产品证明，过程证明，和生产样机的证明。这将是更容易在较短的时间内生产出更多的产品。5.3.3 分析模型通常，分析模型的近似水平被称为保真度。保真度用于衡量一个模型或仿真分析如何表现现实世界中对象的状态和行为。例如，直到第十七世纪后期，炮弹轨迹的所有军事计算都靠计算机，如同沿着直线发射，然后是一个圆弧与另一直线直降到目标（图 5.9） 。这些是低高保真模拟。然而，在第十五世纪末，列奥纳多达芬奇知道这个模型是错误的实际上那是抛物线轨迹并找出计算落点的更准确的方法。尽管他没有用数学方程来描述他的结
23、论，但他的模拟比之前的更具保真度。直到伽利略，抛物线模型的开发和更高的保真度才得以实现。这些后来被牛顿乃至以后的气动阻力和高阶动态的附加影响所提炼。封底计算是低保真，而细节仿真具有高保真度（这取决于所输入信息的准确性） 。专家经常运行仿真来预测性能和成本。在项目的早期阶段，这些模拟通常是在低水平的保真度，有一些事可以定性。增加保真度是对于要求提高的细化和增加项目成本。不断增加的知识通常是增加的保真度，但不一定是必要的；它可以使用一个高保真的模拟模型的“垃圾” ，因此没有减少不确定性。在 10 章，我们将详细讨论分析模型。5.3.4 选择最好的模型和原型表 5.1 列出了许多可用于开发产品的模型
24、和原型类型。这些都是上市的媒体用来建立模型和设计过程方面列出的。有两列图纸因为许多公司仍然使用传统的布局和详细的图纸，而另一些则完全依靠 CAD 实体模型。样机和模型的开发有交换物品的考虑：一方面，他们帮助验证产品，而另一方面，他们花费的时间和金钱。此外，在规格的产品（应该发生的）和样机（现实的）之间存在张力。在一般情况下，小公司的物理模型驱动；他们发展了许多原型和工作从一个到下一个，精制产品。大型公司，是协调大量的信息，往往试图通过 CAD 建模和分析符合规范，创建只有几个物理原型。一个在计划期间的重要的决定，是在设计过程中规划多少模型和原型。目前有一个强烈的走向与计算机模型代替物理样机的仿
25、真是因为更快、更便宜。此举将为虚拟现实和快速原型变得更强的进一步发展。丰田一直抵制这些技术在开发物理原型的青睐，特别是在主要是视觉部件的设计（例如，汽车车身） 。事实上，丰田声称使用许多简单的原型，它可以发展汽车比很大程度上依赖电脑公司使用更少的人和时间。在 GE，CT 机 X 射线管的发展多做分析，但移到样机原型的概念证明。调度模型和原型的数量取决于公司的文化和产生可用的原型的快速能力。最后，规划模型和原型时，一定要针对所需的时间设定现实的目标和信息学。一个公司有一系列的产品开发计划物理原型。但事实证明，工程师们第二原型设计（P2 ） ，P1 还在测试。此外，他们开发了 P3，P2 被测试，他们开发的P4，P3 被测试。因此，什么是从 P1 到 P3 学会并不是影响 P2，和是从 P2 影响到只能是 P4。这是浪费时间和金钱用在规划阶段开发了一个紧凑的时间表引起的。工程师们计划开发的原型，但由于围绕信息被开发的任务还没有计划，他们并没有从他们身上学习，就像他们应该有一样。他们会安排交付的样机，不是为了要得到信息。
