面向并行工程的轻武器协同设计研究

    在轻武器设计领域，通过引进和应用当代的理论研究成果、工程实践经验和先进的计算机辅助设计技术，就可以缩短新型轻武器装备产品的研制周期，加快其设计过程。
    传统的轻武器开发流程通常为:概念设计-产品设计-样机试制-试验验证-设计修改-定型生产这种序列化的串行设计制造过程不能在设计的早期反映产品在整个生命周期的各种需求，使所设计的产品存在很多缺陷，从而导致设计方案反复修改，甚至返工，延长了产品的研制周期另外，物理样机的制造和修改也要花费相当多的时间和经费。
    近年来，随着计算机集成制造技术的发展，虚拟样机技术口渐成熟，并在轻武器设计与研制过程中起到越来越重要的作用川而相对于传统的串行开发过程提出的并行工程也已成为当今机械工程领域的研究热点。
    本文基于并行工程的思想和方法，以系统工程的理论为指导，结合虚拟样机技术，对轻武器产品的研制过程进行了研究，主要包括并行工程和虚拟样机技术的涵义以及它们在轻武器研制过程中的具体实施方法，以达到缩短开发周期、降低研制成本和提高研制质量的目的。

1虚拟样机技术

    虚拟样机技术是一种新型的产品开发技术许多研究者就各自的领域给出各种不同的虚拟样机技术的定义，因而，迄今为止虚拟样机技术并没有1个完全一致的定义。虚拟样机技术和虚拟样机是2个不同的概念，目前很多文献都没有对一此进行明确区分。
    从机械制造的角度来看，笔者认为:虚拟样机是物理样机在计算机上的本质实现相对一于传统的仿真模型来说，虚拟样机更加强调系统性和整体性利用虚拟样机可代替物理样机对产品进行创新设计、测试和评估，缩短开发周期，降低成本，改进产品设计质量，提高企业面向客户、敏捷响应市场的能力。
    虚拟样机技术是1种基于虚拟样机的数字化设计方法，是各领域CAx/DFx技术的发展和延伸。虚拟样机技术进一步融合了先进建模/仿真技术、现代信息技术、先进设计制造技术和现代管理技术，并将这些技术应用于产品的全生命周期，并对它们进行综合管理.
    虚拟样机技术本质上是1种基于并行工程理念的设计开发方式与传统产品设计技术相比，虚拟样机技术强调系统的观点，它涉及产品全生命周期，支持对一产品的全方位测试、分析与评估，强调不同领域的虚拟化的协同设计.

2并行工程及其相关技术

2. 1并行工程的定义

    目前，人们普遍采用Winner在美国国防分析研究所的R-338报告中给出的定义:并行工程是集成、并行设计产品及其相关的各种过程(包括制造过程和支持过程)的系统化方法这种力-法要求产品开发人员在设计开始就考虑产品的整个生命周期和从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。这个定义将并行工程的核心确定为围绕全生命周期产品模型的并行设计。

2.2 并行工程的特点

    并行工程特点可以用4C来概括，即并行性(oonourrent)、约束性(constraint)、协调性(ooordination)和一致性(consistent)并行性要求产品和过程设计在同1个框架内并行进行;约束性要求在产品设计时考虑过程的约束性(包括过程的时间效益，成本效益等);协调性要求产品和过程密切协调;一致性要求产品和过程中的重大决策要取得并行工程小组人员一致的意见。
    一般来讲，设计并行与活动并行是并行工程的2种实现模式设计并行是从产品全生命周期的角度定义产品设计阶段的任务和质量要求;而活动并行是利用产品开发过程中信息流超前物料流的方式，激发各个活动在宏观上的并发实现。

2. 3并行工程相关技术

    (1)CAx技术随着计算机技术的发展，形成了1批先进的计算机辅助工程(CAx)技术例如，计算机辅助设计CAD，分析CAS,，制造CAM和工艺分析CAPP等及其集成技术这些技术都成为顺利实施并行工程的重要工具并行工程中CAx之间的交互是动态的、随机的和双向的，这种集成式的互动要比单一的CAx应用更频繁、更复杂。
    (2)DFx技术面向产品生命周期(DFx)的设计技术是设计方法论和设计支持技术的重要研究内容之一，是产品开发的有效方法和技术DFx是1种设计方法论，它本身不直接产生设计方案，而是设计评价分析方法，为设计提供依据其主要内涵是要求在设计过程中尽早考虑后续阶段，如装配加工、测试、性能方面对一设计施加的设计约束，以期做到产品生产一次成功。DFx方法强调产品设计和过程设计的同时进行，而不是像以往产品设计完毕后再进行过程设计
    (3)PDM技术产品数据管理( PDM)技术是产品数据共享与过程管理技术，是并行工程的基础平台。PDM的目的是对一并行工程中的共享数据进行统一的规范管理，保证全局数据的一致性，提供统一的数据库和友好界面，使多功能小组能在1个统一的环境下工作.

3轻武器研制中并行工程的实施

3. 1轻武器研制结构分析

    轻武器的研制过程不同于其他机械产品的开发，它有其独特的开发过程它是1个由多学科领域设计人员参加，以共享设计参数和交换数据为目的，以虚拟样机模型为核心的计算机支持的协同设计过程从某种程度上来说，轻武器系统是1个复杂的系统这种复杂不仅体现在系统组成的复杂，还体现在工艺要求的复杂(轻金属与非金属材料成为重要的结构材料)，产品技术的复杂(通用性与匀换性的高要求决定了多功能与多用途的部件设计)，以及制造过程的复杂(大产量和较长的寿命周期)因此，以并行工程思想为指导、虚拟样机为载体是研制开发轻武器系统的最仕方法。
    并行设计作为并行工程的重要环节，决定着并行工程实施的成败并行设计打破传统的串行设计模式，实现设计者、设计方法、设计工具、设计信息的有效集成及设计过程的高度并行集成的关键在于各种设计信息能在设计的不同阶段之问进行有效的交流和协调，这里的信息不但包括设计图样和设计说明，而且包括设计意图、设计原理和评价决策思想等集成的结果表现为设计过程的并行操作
    传统的轻武器研制一直采用完全独立的串行工作流程，仿真分析和设计人员的意图经常脱节，或者进行重复性的劳动图1所不的过程中已经采用了虚拟样机技术，但并行设计的思想并没有完全得到体现。