工業(yè)再設(shè)計(jì)—更輕薄、更省錢、更可靠、更美觀、更綠色
長期以來,工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(dāng)前的產(chǎn)品必須由大量的零部件裝配而成。這種裝配形態(tài),對(duì)產(chǎn)品的性能、可靠性、重量、體積、載重、材料、動(dòng)力、成本、能耗、環(huán)保等方面都具有負(fù)面影響。
蘇氏集成精密成型技術(shù)是目前國內(nèi)外技術(shù)水平最先進(jìn)的精密鑄造工藝,實(shí)現(xiàn)了“無論產(chǎn)品結(jié)構(gòu)怎樣復(fù)雜皆可制造”。蘇氏精密鑄造技術(shù)徹底解放了因制造工藝的限制而對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)帶來的制約,使得在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)過程中,工程師只需關(guān)注產(chǎn)品功能的實(shí)現(xiàn)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(shè)計(jì)的潛能。
突破性的工藝創(chuàng)新,結(jié)合工程仿真技術(shù),可以打通產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的藩籬,建立設(shè)計(jì)與制造一體化的工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)體系,讓設(shè)計(jì)突破工藝局限,敢于跨量級(jí)優(yōu)化,產(chǎn)生顛覆式創(chuàng)新。安世亞太和蘇氏集團(tuán)正在利用自身的技術(shù)優(yōu)勢,合作打造中國工業(yè)再設(shè)計(jì)體系,并且已經(jīng)取得一定成果。從已經(jīng)完成再設(shè)計(jì)的大量產(chǎn)品來看,工業(yè)再設(shè)計(jì)會(huì)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(shè)計(jì)
降低產(chǎn)品重量對(duì)提升操控性,降低成本和能耗等大有裨益。通過再設(shè)計(jì),普遍可以實(shí)現(xiàn)裝備質(zhì)量15%~60%的減重。
[典型設(shè)計(jì)]某車橋前橋殼體,通過再設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了將原來由數(shù)十個(gè)鋼制零件焊接而成的前橋殼整體鑄造成一個(gè)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(jī)械加工甚至免加工,可實(shí)現(xiàn)使用過程中的高效率替換和維修。
更省錢的設(shè)計(jì)
優(yōu)化設(shè)計(jì)去除“多余質(zhì)量”,并降低對(duì)高性能新特材料的依賴程度,大幅節(jié)省材料成本;產(chǎn)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(shè)備運(yùn)行動(dòng)力成本;更少的零部件,減少后期維護(hù)成本。
[典型設(shè)計(jì)]某井下采煤刮板運(yùn)輸機(jī),經(jīng)過再設(shè)計(jì),采用減厚加筋及穿越式結(jié)構(gòu),一體成型,在不降低性能指標(biāo)的前提下,每個(gè)刮板重量減少33%(13.2Kg),每輛運(yùn)輸機(jī)至少200個(gè)刮板,能減少2.6噸重量,大幅減少了材料成本和設(shè)備動(dòng)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(jié)構(gòu)有精確的近凈形尺寸精度與形位公差,減少了后續(xù)的機(jī)械加工甚至免加工,可實(shí)現(xiàn)使用過程中的高效率替換和維修。
更可靠的設(shè)計(jì)
突破工藝限制,大膽優(yōu)化,一體成型,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)力學(xué)性能與材料力學(xué)性能的“最優(yōu)組合”設(shè)計(jì),利用工程仿真技術(shù)更精確透視產(chǎn)品特性、加工特性、試驗(yàn)本質(zhì)以及制造過程,獲得最合理的結(jié)構(gòu)、最好的加工方式、高成功率的試驗(yàn)以及最合理的制造裝配模式,大幅提高產(chǎn)品的性能和可靠性。
[典型設(shè)計(jì)]某摩托車車架,通過再設(shè)計(jì),整體為一個(gè)零件,內(nèi)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(gè)鋼制零件集成為摩托車車架的制造方式,其結(jié)構(gòu)強(qiáng)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(yīng)。更少的零部件,也便于進(jìn)行仿真分析,仿真結(jié)果更加精確。
更美觀的設(shè)計(jì)
無需擔(dān)心不能制造,可以對(duì)當(dāng)前的產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)形貌方面做大膽優(yōu)化,產(chǎn)生更具創(chuàng)新性的產(chǎn)品。通過材料的重新布局和選擇,形成更美觀、更復(fù)雜的結(jié)構(gòu),例如12個(gè)以上的視角都難以表達(dá)的產(chǎn)品。
[典型設(shè)計(jì)]
對(duì)原結(jié)構(gòu)自行車車架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),改變傳統(tǒng)用焊接制作模式,整體鑄造成型為一個(gè)鋁質(zhì)零件,造型自由符合人體工程學(xué),外形更加美觀。
更綠色的設(shè)計(jì)
實(shí)施再設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)師可以重新設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分離面,如無特定必要,產(chǎn)品部件可以設(shè)計(jì)為一體化結(jié)構(gòu),無需由大量零件構(gòu)成。僅此一項(xiàng)改變,對(duì)當(dāng)前產(chǎn)品各方面都會(huì)帶來直接的改觀:性能明顯提升、材料可以替換至最低標(biāo)準(zhǔn)、重量下降、載重量提升、保障功能性能的前提下動(dòng)力要求降到最低、成本下降、能耗、環(huán)保指標(biāo)提升。某些材料(譬如鋁材)的焊接工業(yè)會(huì)造成危害極大的環(huán)境污染,對(duì)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(xiàn)。
再設(shè)計(jì)過程產(chǎn)生的是非標(biāo)準(zhǔn)化甚至反傳統(tǒng)的產(chǎn)品,沒有設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)及知識(shí)經(jīng)驗(yàn)可參考,唯一能依賴的設(shè)計(jì)手段就是工程仿真和實(shí)物試驗(yàn)。在再設(shè)計(jì)體系面前,傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)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(jī)會(huì)在某些重點(diǎn)工業(yè)產(chǎn)品領(lǐng)域在世界范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)彎道超車,為中國工業(yè)超越工業(yè)強(qiáng)國提供了可能。