再設(shè)計(jì)是一種全新的設(shè)計(jì)思想和方法，指的是讓設(shè)計(jì)回歸市場(chǎng)客戶需求本源，重新審視原始設(shè)計(jì)，以最自然的方式來(lái)探索設(shè)計(jì)的本質(zhì)。再設(shè)計(jì)包括對(duì)已知產(chǎn)品改良和從無(wú)到有的創(chuàng)造，之所以能做到再設(shè)計(jì)，往往是由于突破性的新技術(shù)和新工藝的出現(xiàn)和成熟。

那么，再設(shè)計(jì)體系到底有什么不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的神奇之處？是如何幫助和促進(jìn)企業(yè)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的跨越式創(chuàng)新？又會(huì)給企業(yè)帶來(lái)什么樣的經(jīng)濟(jì)效益？下面就讓我們通過(guò)一個(gè)真實(shí)的工程案例，來(lái)感受一下再設(shè)計(jì)的作用和效果。

1.項(xiàng)目背景

臂架式混凝土泵車（以下簡(jiǎn)稱泵車）是一種專門用于輸送混凝土的特種工程車輛，一般由汽車底盤、混凝土泵送系統(tǒng)、布料臂架系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及底架等六大部分組成。

泵車借助臂架系統(tǒng)將混凝土的水平輸送以及垂直輸送結(jié)合在一起，其工作原理是：將混凝土泵和液壓折疊式臂架都安裝在汽車底盤上，沿著臂架架設(shè)輸送的管道，通過(guò)最末端的軟管，最終向一定距離之外或一定高度之上的施工作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)輸出混凝土的設(shè)備。泵車性能優(yōu)越，效率高，機(jī)動(dòng)性好，在現(xiàn)代建筑施工等諸多領(lǐng)域中有著不可替代的作用。

臂架系統(tǒng)是泵車中最為重要的核心部件之一，泵車臂架具備折疊、回轉(zhuǎn)、變幅等功能，在臂架所能到達(dá)的區(qū)域內(nèi)進(jìn)行布料，實(shí)現(xiàn)了布料范圍廣、澆筑速度快、澆筑質(zhì)量高、機(jī)動(dòng)性好、工人工作強(qiáng)度低等目標(biāo)。

2.面臨挑戰(zhàn)

臂架結(jié)構(gòu)是否合理將直接影響泵車的工作性能和作業(yè)穩(wěn)定性。臂架系統(tǒng)不僅需要具備相當(dāng)?shù)恼w剛度和強(qiáng)度，還必須具備出眾的工作適應(yīng)性和可靠性，因此，泵車臂架的設(shè)計(jì)和制造就需要有嚴(yán)格的要求，對(duì)泵車臂架的研究和探索是十分必要的。

傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)計(jì)中，一般認(rèn)為臂架是一種細(xì)長(zhǎng)的懸臂梁，非作業(yè)狀態(tài)下，其主要載荷為自重，工作狀態(tài)下，其主要載荷還要加上混凝土的重量，因此為了確保臂架的機(jī)械性能，使其滿足施工的需要，特別是要實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度大、剛度好、重量輕的要求，臂架結(jié)構(gòu)一般設(shè)計(jì)為四塊鋼板搭接拼焊的箱型梁，材料多選擇高強(qiáng)度合金鋼。

臂架改進(jìn)前的原始模型和局部的細(xì)節(jié)如圖所示

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傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，臂架多采用等強(qiáng)度設(shè)計(jì)，從上面的圖表看出，由于必須要滿足穩(wěn)定性、剛性等要求，同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)性要求，因此臂架設(shè)計(jì)一般選用鋼材料。

過(guò)早地出現(xiàn)疲勞是臂架最常見(jiàn)的失效形式，這是因?yàn)殇摰谋戎乇容^大，出于最大限度地提高材料利用率的考慮，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)會(huì)采取變截面、變材料厚度等來(lái)減輕整體臂架的重量，也就出現(xiàn)了一些孔洞、溝槽、凹角等截面突變的結(jié)構(gòu)，從而不可避免地出現(xiàn)鋼材應(yīng)力集中等問(wèn)題。同時(shí)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)無(wú)法擺脫舊有工藝的限制，必須采用諸如焊接等加工方法，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)一步下降，也對(duì)結(jié)構(gòu)形式提出了新的要求，即必須保證在相關(guān)部位不出現(xiàn)過(guò)高的應(yīng)力集中的狀況。

再設(shè)計(jì)是如何做到這一點(diǎn)的呢？在本案例中，鋼材之所以無(wú)法替換為其他材料，主要的原因是要么是找不到同樣機(jī)械性能的材料，要么是找到的材料無(wú)法加工，或需要很復(fù)雜的結(jié)構(gòu)才能實(shí)現(xiàn)，或者在舊有工藝條件下無(wú)法加工。而再設(shè)計(jì)所依賴的蘇氏精密鑄造技術(shù)歷經(jīng)二十余年的發(fā)展，在傳統(tǒng)失蠟熔模精密鑄造工藝基礎(chǔ)上對(duì)所有工藝流程經(jīng)過(guò)100多項(xiàng)微創(chuàng)新，最大限度地杜絕了傳統(tǒng)鑄造工藝容易產(chǎn)生的所有質(zhì)量問(wèn)題，尺寸精度和內(nèi)部質(zhì)量方面均全面超越國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)了“無(wú)論產(chǎn)品結(jié)構(gòu)怎樣復(fù)雜皆可制造”這一目標(biāo)。

臂架再設(shè)計(jì)后的模型如圖所示，主要是鑄造鋁合金材料（ZL114A）替代原有的高強(qiáng)度焊接結(jié)構(gòu)鋼（Q690D），同時(shí)在壁板內(nèi)壁增加了加強(qiáng)筋，采用蘇氏精鑄技術(shù)進(jìn)行一體化制造成型。

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改進(jìn)后，一體化設(shè)計(jì)比原始設(shè)計(jì)減重54%，且一體化成型避免了焊接，其強(qiáng)度更為可靠，有限元仿真結(jié)果也更加精確，能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能。同時(shí)仿真分析表明，新的臂架設(shè)計(jì)應(yīng)力水平下降，強(qiáng)度儲(chǔ)備提高。

4.客戶價(jià)值

懸臂結(jié)構(gòu)采用減厚加筋結(jié)構(gòu)，由鋼結(jié)構(gòu)變?yōu)殇X合金，采用蘇氏精密鑄造技術(shù)整體成型，在不降低性能指標(biāo)的前提下，重量相比原鋼材料主軸減少54%；

采用蘇氏一體化制造工藝，省略了焊接環(huán)節(jié)及其他各種連接模式，提高了裝備的整體可靠性，減少了污染；

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(guò)程中的高效率替換和維修。

5.結(jié)束語(yǔ)

長(zhǎng)期以來(lái)，工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)是基于已有工藝來(lái)定型的。如果一件產(chǎn)品被設(shè)計(jì)出來(lái)，卻由于工藝的局限而無(wú)法被制造或者量產(chǎn)，那么設(shè)計(jì)創(chuàng)新就淪為空談。制造約束了產(chǎn)品創(chuàng)新聽(tīng)起來(lái)像個(gè)笑談，但在中國(guó)許多傳統(tǒng)制造行業(yè)卻很普遍。

安世亞太的精益研發(fā)、工程仿真技術(shù)與蘇氏精密鑄造工藝結(jié)合，啟動(dòng)工程仿真驅(qū)動(dòng)的工業(yè)再設(shè)計(jì)過(guò)程，讓設(shè)計(jì)突破工藝局限，敢于跨量級(jí)優(yōu)化，并產(chǎn)生顛覆式創(chuàng)新。仿真驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)將真正變成現(xiàn)實(shí)，仿真技術(shù)也真正可以勇敢地對(duì)各類工業(yè)產(chǎn)品整機(jī)或其關(guān)鍵零部件進(jìn)行大幅度地改良設(shè)計(jì)。