工業(yè)再設計—更輕薄、更省錢、更可靠、更美觀、更綠色
長期以來,工業(yè)產品的設計是基于已有工藝來定型的。由于工藝的限制,在加工和安裝方面有不可突破的障礙,使得當前的產品必須由大量的零部件裝配而成。這種裝配形態(tài),對產品的性能、可靠性、重量、體積、載重、材料、動力、成本、能耗、環(huán)保等方面都具有負面影響。
蘇氏集成精密成型技術是目前國內外技術水平最先進的精密鑄造工藝,實現了“無論產品結構怎樣復雜皆可制造”。蘇氏精密鑄造技術徹底解放了因制造工藝的限制而對產品設計帶來的制約,使得在產品研發(fā)設計過程中,工程師只需關注產品功能的實現而無需顧忌后續(xù)的制造工藝約束,能最大限度地發(fā)揮創(chuàng)新性設計的潛能。
突破性的工藝創(chuàng)新,結合工程仿真技術,可以打通產品設計與生產的藩籬,建立設計與制造一體化的工業(yè)產品設計體系,讓設計突破工藝局限,敢于跨量級優(yōu)化,產生顛覆式創(chuàng)新。安世亞太和蘇氏集團正在利用自身的技術優(yōu)勢,合作打造中國工業(yè)再設計體系,并且已經取得一定成果。從已經完成再設計的大量產品來看,工業(yè)再設計會使工業(yè)品更輕薄、更省錢、更可靠、更美觀、更綠色。
更輕薄的設計
降低產品重量對提升操控性,降低成本和能耗等大有裨益。通過再設計,普遍可以實現裝備質量15%~60%的減重。
[典型設計]某車橋前橋殼體,通過再設計,實現了將原來由數十個鋼制零件焊接而成的前橋殼整體鑄造成一個零件,重量下降了50%,且性能不降反升。而且整體鑄造的車橋有精確的近凈形尺寸精度與形位公差,減少了后續(xù)的機械加工甚至免加工,可實現使用過程中的高效率替換和維修。
更省錢的設計
優(yōu)化設計去除“多余質量”,并降低對高性能新特材料的依賴程度,大幅節(jié)省材料成本;產品一次成型,大幅度降低制造、裝配成本;更輕的重量,節(jié)省設備運行動力成本;更少的零部件,減少后期維護成本。
[典型設計]某井下采煤刮板運輸機,經過再設計,采用減厚加筋及穿越式結構,一體成型,在不降低性能指標的前提下,每個刮板重量減少33%(13.2Kg),每輛運輸機至少200個刮板,能減少2.6噸重量,大幅減少了材料成本和設備動力成本;省略了焊接環(huán)節(jié)及其他各種連接模式,提高了制造裝配的效率和裝備的整體可靠性;整體結構有精確的近凈形尺寸精度與形位公差,減少了后續(xù)的機械加工甚至免加工,可實現使用過程中的高效率替換和維修。
更可靠的設計
突破工藝限制,大膽優(yōu)化,一體成型,產品結構力學性能與材料力學性能的“最優(yōu)組合”設計,利用工程仿真技術更精確透視產品特性、加工特性、試驗本質以及制造過程,獲得最合理的結構、最好的加工方式、高成功率的試驗以及最合理的制造裝配模式,大幅提高產品的性能和可靠性。
[典型設計]某摩托車車架,通過再設計,整體為一個零件,內部加筋、減小壁厚、減輕重量,改變傳統(tǒng)的用焊接鉚接方法把多個鋼制零件集成為摩托車車架的制造方式,其結構強度、疲勞壽命、可靠性都優(yōu)于傳統(tǒng)的焊接鉚接成型車架,避免了焊縫鉚接存在所引起的連鎖不良效應。更少的零部件,也便于進行仿真分析,仿真結果更加精確。
更美觀的設計
無需擔心不能制造,可以對當前的產品在結構形貌方面做大膽優(yōu)化,產生更具創(chuàng)新性的產品。通過材料的重新布局和選擇,形成更美觀、更復雜的結構,例如12個以上的視角都難以表達的產品。
[典型設計]
對原結構自行車車架進行優(yōu)化設計,改變傳統(tǒng)用焊接制作模式,整體鑄造成型為一個鋁質零件,造型自由符合人體工程學,外形更加美觀。
更綠色的設計
實施再設計,設計師可以重新設計產品結構的分離面,如無特定必要,產品部件可以設計為一體化結構,無需由大量零件構成。僅此一項改變,對當前產品各方面都會帶來直接的改觀:性能明顯提升、材料可以替換至最低標準、重量下降、載重量提升、保障功能性能的前提下動力要求降到最低、成本下降、能耗、環(huán)保指標提升。某些材料(譬如鋁材)的焊接工業(yè)會造成危害極大的環(huán)境污染,對操作人員的身體威脅巨大,減少焊接環(huán)節(jié),在綠色環(huán)保方面具有不可估量的貢獻。
再設計過程產生的是非標準化甚至反傳統(tǒng)的產品,沒有設計標準及知識經驗可參考,唯一能依賴的設計手段就是工程仿真和實物試驗。在再設計體系面前,傳統(tǒng)的標準、規(guī)范、知識和經驗都將失效甚至成為創(chuàng)新的制約,所以使得中國工業(yè)有機會在某些重點工業(yè)產品領域在世界范圍內實現彎道超車,為中國工業(yè)超越工業(yè)強國提供了可能。