数字化创造 AROMA家电

   1 前言
   
    在市场经济下，企业必须进行技术创新和产品创新，才能抢先竞争对手提供满足用户需求的一流产品，不断保持和扩大市场占有份额，才有希望在日趋激烈的市场竞争中生存和发展。轻工家电行业尤其如此。
   
    在家电产品的研究开发实践中，我们认识到要提供满足用户需求的一流产品，产品设计始终是重要的基础环节，它基本决定了产品性能、质量、水平、成本和经济效益。一流的产品，首先来自一流的设计，而且必须有一流的产品开发过程支持。产品开发过程不仅包括了一流的人才因素，而且还应包括现代设计方法、工具、技术及基础平台和检测手段、实验条件以及信息等等。如何使企业的产品开发过程成为一流，不断提高自身的创新能力和水平，是每个企业必须面对而且要很好解决的问题。
   
    2 轻工家电行业的产品特点和开发要求
   
    轻工家电行业直接为广大消费者提供日用电器等产品，是提高人们生活水平的生产服务行业。由于用户的广泛性，家电产品一般是大批量生产，新产品的上市较快，要求产品设计和制造周期较短；由于进行大批量生产和销售，总利润相对较高，市场竞争相当激烈，企业的压力很大；近年来，原材料价格不断上升，成本压力在激烈的市场竞争下显得尤为沉重；家电产品中的塑料件和冲压件所占比重很大，而模具本身制作周期较长，费用昂贵且完工以后修改起来十分困难。
   
    为了在激烈的竞争中得到生存和发展，必须紧跟市场，不断适应市场的变化，产品必须在创新能力和创新速度上下大功夫。因此，家电行业在产品开发中往往提出这样的基本要求：首先是如何快速地进行设计，即针对用户需求，迅速提出解决方案并予以实现。其次是如何成功地进行设计，即当一个设计完成后，模具投入之前，快速地制造出样机或样件来，进行评价、论证，针对缺陷及时修改设计，使其尽可能一次趋于完美、取得成功。
   
    根据上述特点和要求，轻工家电行业要提高产品竞争力，就要加强适应市场的创新能力和反应能力，以用户为中心，快速高效地推出实用新颖、先进好用、物美价廉的新产品，很快上市销售，抢占市场先机，满足不同用户的需求。要想做到这一点，唯一的出路就是应用现代设计方法、工具和技术。创造一流的产品开发过程，利用优秀的计算机开发系统这样一个基础平台，来创造一流的产品，以保持持久的市场竞争优势，这不仅体现了企业的科技进步，而且是企业实现自己的经营目标的必由之路。
   
    3 数字化研发技术在家电行业中的应用
   
    本章以AROMA新开发的一款吸尘器为例，分别介绍轻工家电中主要应用到的研发技术。
   
    3.1产品的实体建模（CAD）
   
    要开发一款新的吸尘器，必然有客户需求这样一个前提条件，如何把客户的需求在产品中体现出来，甚至在产品中给予更多的优点。新时代的吸尘器不仅仅要求有吸尘的功能，我们希望它在吸尘的过程中顺便能擦拭地板；希望能在擦拭地板的同时消除地板上的细菌；希望工作后吸取的灰尘和杂物在吸尘器中有一个消毒过程。采用先进的三维实体建模可以把客户的需求，工程师的思想赋予给数字模型，在CAD中只有你想不出来的设计，没有做不出来的效果。
   

    图1 吸尘器的整机效果
    
    图2 吸尘器中的主要部件--抽风马达

    
    数字化模型是产品快速开发流程的源头，在产品开发初期，企业如果能先开发一套数字化的产品实体模型，可以让客户直观的评估新产品的设计概念，包括外观及工作原理。这比传统的文本产品规格或二维工程图样更为有效，大大减少了因为客户领会不到位甚至曲解设计意图而引起误会。实体模型不但能使设计意图得以全面描述，而且还通过零件或装配体的的实际三维模型和运动仿真得到直观而有效的延时，使客户产生误解的可能性降到最低。同时企业也能更准确地捕捉客户对产品的反应及评价。
   
    利用CAD，在计算机中通过三维实体模型直接表达设计对象，将其预先在计算机中"制作"，并"装配"起来，针对尺寸和形状上的问题，及时修正设计。图1所示是新开发的吸尘器系列产品中的一个。在CAD进行虚拟设计的基础上，虚拟装配可以进行尺寸和形状模拟；其通过虚拟装配得到虚拟产品。在此基础上经过评价、再设计、再评价的循环，保证了设计的一次成功率，保证了后续工作顺利地进行。
   
    3.2产品验证、优化、仿真技术（CAE）
   
    吸尘器底盘承重能力是否足够；机器生产出来，是否能正常运作；客户购买之后，能使用多久…在产品研发过程中设计人员就需要考虑这些问题。吸尘器的核心零部件是它的抽风马达，而在吸尘器的物理样机试验的过程中，我们很难全面、准确的测试它各种指标，同时成本昂贵。
   
    利用CAE技术我们可以为抽风马达做出虚拟样机，在计算机中分析其在工作时有限元应力分析、流体分析、电磁场计算…这样可以在不制造任何物件的情况下精确的测试分析抽风马达在工作时的各种状态。
   

    
    图3 抽风马达的静态压力效果和公差分析

    
    利用结构有限元分析，通过计算机预演重要零件在工作过程中的"表现"，改进其薄弱部位，好钢用在刀刃上，使材料的性能得到充分利用。对于塑料件和冲压件的模具，在三维设计、装配的基础上进行结构有限元分析，机构运动及动力分析，注塑流动分析，结构、机构的优化设计等，才能有目的地调整产品尺寸、形状和材料分配，使塑料件和冲压件以及模具的设计更趋合理，更加符合技术经济要求。这是模具成功设计和制造的关键。
   
    3.3快速成型
   
    对于家电产品，在三维虚拟设计、装配的基础上使用快速成型技术，可以加速将产品的CAD模型转变为现实产品。实物模型比起数字模型来，不再是虚拟产品了，成为真实的东西，与最终产品的外形和大小一致，看得见，摸得着，可以直接用于评价或者拿去参展。越早拿出样件或样机，越有利于论证和及时修改完善设计，使企业开发外观好、质量高的新产品并加快其上市时间。
   
    利用快速成型技术，将计算机中有外观要求或重要装配关系的"零件"迅速转变为真实的样件，来讨论、评价和确定方案。这些技术的应用，不仅大大提高了效率，而且很好地避免了设计失误。
   

    图4 基于快速成型的吸尘器实物模型

    
    3.4产品数据管理（PDM）
   
    随着产品越来越多，相应的产品数据也越来越复杂繁多。从产品设计开始带产品的生产、售后服务、回收再造，都需要有完整的产品信息和数据，并且能够在产品整个生命周期的各个阶段加以共享。这就要求有一种崭新的产品和生产过程的信息及数据管理体系和管理方法，以便对产品的整个生命周期提供完整和有效的信息支持。
   
    通过不断地对某类产品零部件进行综合分析、归类、归纳、整理的基础上，持续开展"标准化、系统化、通用化"的"三化"工作，并建立某类产品的常用件、标准件的三维模型库。有这样常用件、标准件库的支持，就能快速地完成装配，将新功能快速的建立在原有的模型数据上，有效缩短某类产品的设计周期。
   
    4数字化技术为AROMA带来的效益
   
    面对日趋激烈的市场竞争，针对企业要持续提高质量、降低成本，缩短设计，制造与交货周期，迅速向用户提供所需商品等种种要求，企业自身必须有规范的一流产品开发过程和其相对应用。现代设计技术的综合应用，能够提高企业的产品创新能力，以更少的时间推出更好的产品，切实增强企业的市场竞争力。
   
    4.1提高产品质量
   
    如今我们所理解的产品质量不仅仅是产品能用多久，而是更多的因素组成了质量体系。首先产品要满足客户的需求，通过数字化技术工程师可以更为专注的把客户的需求和产品的元素设计出来，如今人们不一定需要便宜的产品，但是肯定需要他们需要的产品；其次产品的服务也是消费者追求的因素，轻工家电产品大多体积小、用途多、移动范围大，产品的定期护理、损坏维修等服务成为轻工家电企业的重头工作；最后是产品的可回收性，轻工家电产品更新换代快，或许等不到产品寿命到期就已经更换新产品，通过原有的产品数据我们可以有效的对旧产品回收利用。
   
    4.2降低产品成本
   
    现在原材料价格越来越高，而我们通过CAD可以有效的控制产品在制造过程的所需材料，避免浪费；通过CAE技术和快速成型则可以显著降低试验成本和试验次数，极大的降低了开发成本；更为重要的是，通过现代化技术增加产品的技术含量，提高产品价值从而弱化了成本压力。
   
    4.3提高产品上市速度
   
    在轻工家电行业的激烈竞争中，新产品的推出速度关系到企业的发展。而我们选择的产品研发技术无一不是以缩短产品研发周期，提高产品上市速度为基本目的。
   
    5 前景展望
   
    在家电产品开发过程中应用现代设计方法、工具和技术，是企业技术创新和产品创新的必由之路，是提高企业经济效益和产品竞争能力的必要措施。目前，AROMA公司已经在不同的部门分别实现了计算机辅助设计、快速成型，计算机辅助制造，有了企业的内部计算机网络，开展了企业的ERP工作。在此基础上，我们认为企业计算机系统和信息化的深入应用，要通过PDM将设计和ERP有机地结合起来，通过虚拟模型将设计和工艺以及制造有机地结合起来。实现了这样地结合，AROMA公司的产品研究开发工作将更上一层楼。

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