王晓兰1,2 张航3 李灵敏1,2
（1.中国一拖集团有限公司 技术中心，河南 洛阳 471039）
（2.河南科技大学车辆与交通工程学院, 河南 洛阳 471003）
（3.乐能国际能源技术有限公司，北京 朝阳区 100004）
摘 要：国内拖拉机造型设计受到历史原因等方面的限制较弱于国外制造的拖拉机造型设计技术，因此，我国应吸收国外先进的技术，运用新的产品开发模式到国内的拖拉机制造业。我国拖拉机制造企业往往只关注单一产品的研发与制作，技术含量低更新换代周期较长，在市场上毫无竞争力，若拖拉机也想要实现跨越式发展，先立足于本国的现有技术和经验，借鉴国外制造产商事物经验和技术，构建高水平的产品开发基础——拖拉机造型开发平台。本文分析拖拉机造型逆向设计技术流程的基础上，阐述开发平台的关键技术及构建模式，探讨拖拉机逆向设计支持系统各构成要素。
关键词：拖拉机；造型；开发平台；逆向设计；技术
我国拖拉机制造业整体水平落后的主要因素是受到了历史和技术等因素的影响，若是想要得到跨越式的发展，先立足于自身技术条件，借鉴国外的有效途径，构建拖拉机开发平台，其是一种新的产品开发模式，作为开发系列化产品、提升企业长期竞争力的能力基础，国外拖拉机制造多数早已进入平台化时代。[1-4]而我国处于研究开发的初级阶段，经过研究我国应采用逆向设计的方法，构建属于自己的拖拉机造型开发平台，为其提供一种全新的平台开发模式。
产品开发模式分为逆向和正向两种，其中包括事物转化为CAD模型的数字技术个几何模型重建技术。[5]之所以选用逆向工程是因为它克服了传统的正向工程实际周期长、修改量大、精度低的缺点，逆向设计流程如图1 所示，在设计时要依据测量数据在CAD系统中还原并优化零件样品的三维模型，能运用数控机床或是快速原型机进行产品原型或是模具的制作。
图1 逆向开发流程
串行开发方式是传统的逆向开发的主要采取形式之一，产品在一个阶段完成后才能进行下一个阶段，各个部门在工作期间不能共享设计信息。现在并行开发是最主要运用的一种先进的技术开发手段，采用并行化和集成化的方式进行拖拉机造型平台设计开发，这要求在产品开发制造工作者中多学科、多领域的协调配合工作，充分考虑产品在工作初期会遇到的各类问题，在开发过程中通过各个阶段工作的部分重叠来实现产品设计信息的传承和过渡，从而从本质上能够缩减产品设计周期、提高设计水平、保障产品质量、降低研究开发成本以及满足用户的需求。[6]上文中阐述了串行的弊端，本文采用如图2所示的拖拉机造型开发研究流程，经过精细设计与制造阶段采用并行开发，便于在后期CAD建模阶段综合考虑可能会出现的问题，有效避免不必要的返工，与此同时利用PDM对产品设计数据和文档资料进行智能分类归档。在CAD初级设计阶段设置虚拟装配技术对拖拉机机身进行检查，防止在设计中出现部分问题，从而从最初的开始阶段发现问题避免后期重新返工。
图2 拖拉机造型集成逆向开发流程
拖拉机造型开发平台的构建有效的将系列产品所共享的设计技术、制造技术和以往产品开发的经验整合在一起。最底层的是基础技术、中间层次是中间技术、最顶端的是关键技术。这其中在产品开发过程中必需条件就是关键技术，其是产品开发平台的核心要素，决定着整体品质的生命周期，因此关键技术的选择与开发是构建平台的先决条件。产品的基本加工制造技术是基础技术；关键技术和基础技术之间发挥连接作用的是中间技术。拖拉机开发平台各种技术的选择与开发取决于关键技术以及参与决策人员。引进模式、自主开发模式、企业高校联合开发模式以及企业兼并技术整合模式这四种平台构建模式。不同的模式选择针对不同的拖拉机制造企业。拖拉机平台开发建设是一个循序渐进的过程，在过程中不断积累拖拉机设计制造技术以及不断接受新的技术出现，融入新技术和经验从而提升企业自身的产品竞争力。在开发平台更新的同时三个层次的技术能力也会发生相对应的改变，拖拉机平台技术能力的变化随时间转变如图3 所示，传统的拖拉机开发平台经过与先进技术的融合、技术消化吸收以及自主技术创新三个阶段，我国企业在搭建拖拉机平台的同时积累自身实战经验，按时间的推移，拖拉机开发平台以及技术人员为载体，不断重复阶段过程，开发平台能够稳步上升，终达到持续提升企业拖拉机竞争力的目的。
图3 拖拉机开发平台的技能提升图
任务量大且繁琐是拖拉机造型开发的最大特点，如图4 所示，在产品开发过程中需要多种技术的支持。产品设计制作初期，调研搜集的数据是由概念设计阶段进行信息筛选、分析和处理。将各种信息的处理与分析交由数据分析、信息挖掘工具、数据库系统和知识工程等工具进行技术支持，企业拖拉机造型开发过程是通过数字化测量系统、逆向设计软件、仿真分析、工艺规划系统、产品数据管理系统等技术支持。[7]除此之外，物联网技术以及图形交换标准等产品开发环境也是拖拉机开发的必需条件。
图4 拖拉机造型开发时所需的支持系统
根据拖拉机造型逆向开发的流程，在并行化、集成化的产品开发模式下，涵盖一下技术链：样品模型表面数字测量技术、CAD重建技术、CAE工程分析技术、CAD/CAE/CAPP/CAM集成技术等，按照标准化、模块化的准则将拖拉机产品将技术、软件、硬件以及人力资源等合理整合、集成，构成拖拉机造型逆向开发平台。如图5所示，开发平台由环境支持层、应用层以及工作管理层组成，这三个方面主要负责拖拉机造型的工程设计、数据管理、拖拉机设计过程中设计过程管理以及产品制造与质量把控。
这其中环境支持层是提供支撑背景，为的是拖拉机造型开发并行化、集成化以及协同化，涵盖了集成计算机系统、知识库资源、数据库资源、网络技术以及CAX与PDM的集成系统，应用层是为了实现拖拉机产品的设计、仿真、制造、检验以及拖拉机产品数据与过程的管理。至于工作管理层是通过不同层次的人力资源组成，涵盖开发决策系统，设计开发人员以及项目管理系统，同时发挥着对拖拉机产品开发的决策评估、设计开发以及设计项目与设计质量的管理功能。
图5 拖拉机造型开发品台的框架结构
拖拉机造型研发就是依据拖拉机全车所有数据的共享进行并行设计的基础，拖拉机所有的信息不仅包括外形的几何尺寸，还有大量的形状、精度、材料、技术以及管理等非几何数据，为了使拖拉机机车做到信息共享，需要建立集成化的拖拉机机身数据模型，以便描述产品的全部信息。集成化的产品数据模型是为特征造型设计方法做基础，凭借标准化的数据来交换作为依据来描述产品全部信息模型。产品模型在计算机内部的逻辑结构通过三维产品建模技术所完成的，产品模型的外部表示是基于数据交换标准，两者相互依赖，缺一不可，在拖拉机机身集成化建模过程中使用统一的数据交换标准，建立以特征的拖拉机机身模型为基础的数据模型，同时也要选择适合的数据作为交换标准，实现拖拉机数据信息之间的交换。
目前，我国拖拉机造型开发样不断经历消化吸收新技术、在积累经验的同时为自主创新能力打下坚实基础。虽然我国目前拖拉机造型技术相对落后，坚持不断探究和吸取各方经验，分析国产拖拉机集成逆向开发流程的基础上，构建基于逆向工程的拖拉机造型开发平台。
参考文献
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[7] 金晓红.基于概率论的汽车产品可拆解性评价方法研究[D].吉林：吉林大学，2009.
