1、有关保质设计的材料信息模型研究摘要:保质设计(Design For Quality,DFQ)也称“面向质量设计” ，是一种强调面向质量的产品设计理念与方法体系。通过分析产品设计各阶段的材料质量信息，建立支持保质设计的材料信息模型。本文就保质设计与材料信息模型的技术过程进行分析，以作技术交流和参考。 关键词：保质设计；材料信息；模型研究 Abstract: Design for quality (Design For Quality, DFQ) also known as the “design for quality“, is an emphasis on system design idea
2、s and methods for quality. Design of material quality information at different stages through the analysis of products, building materials information model supporting dfq. This paper analyses the technological process design for quality and material information model, for technical exchange and ref
3、erence. Keywords: Design for quality; information; model research 中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号： 材料信息是制造质量信息的一个重要内容，也是研究和建立统一的、实现保质设计过程中各阶段信息交换与共享的基础。质量保证设计(DFQ)是将质量保证和质量管理融入到产品设计中的一种新的设计方法，能为产品设计和工艺设计人员提供实现产品质量所需要的所有信息，包括概念设计、初步设计、详细设计、工艺设计，并将质量管理与控制融入设计中。然而，目前国内外对保质设计依然存在很多问题，例如关于材料信息建模及利用的研究对制造过程的信息掌握不
4、够；在设计时对制造过程的质量控制实际能力考虑不充分；大多数研究没有考虑到信息表示从面向设计者的信息模型到面向计算机内部存储的物理数据库转化，以及对材料信息与 CAD/CAPP/PDM/ERP 等集成研究也不充分等等。材料信息可有效支持保质设计决策，给设计人员提供有关质量控制的实际状况与能力方面的相关质量信息，从而避免设计与制造脱节问题的发生，更好的帮助设计人员根据质量控制的实际状况与能力设计产品的质量指标，设计出更多既实用又高质量的产品。 1. 关于保质设计中有关材料信息需求分析 产品设计在产品整个生命周期内占有越来越重要的位置。 “质量”首先是设计出来的，产品设计阶段是质量保证的首要环节，是
5、质量保证实施的源头。质量保证应从传统的生产过程质量控制向产品设计、开发质量控制转变，从制造过程控制向前推进到设计过程控制，基于保质设计的材料信息需求模型如图 1 所示，它可划分为功能设计、概念设计、详细设计和工艺设计等 4 个阶段，每一设计阶段通过来自设计、工艺、供销、财务及管理等部门的人员组成 DFQ 小组协同工作，采用综合的、整体性的、并行的产品设计方法。概念设计是根据产品规划提出设计要求表（包括合理设计要求和设计参数）进行产品功能原理设计，形成产品工程设计说明书，概念设计从其它属性中了解设计需求、信息来源等材料信息；初步设计是概念设计的继续、详细设计的基础，主要工作是根据产品的功能，进行
6、产品总体方案的设计和确定。这一阶段既要确定产品的总体结构，又要确定产品零部件的结构和各零部件之间的连接方式，初步设计从材料类型中了解满足设计要求的材料种类；详细设计是对初步设计阶段完成的产品结构方案进行细化工作。在这一阶段，主要完成产品结构总图的设计、零部件图的设计、零件可加工性检查、零件可装配性检查等，详细设计根据材料性能属性作出选材决策；工艺设计是根据产品零部件图进行产品工艺文件的编制、工装夹具的设计，最后，制定相应的产品标准。工艺设计需要从制造属性和基本属性中了解被选材料的实际质量情况。优化是保质设计思想的具体体现。因为只有对设计过程的每一阶段的设计结果进行评价和优化，才能早期发现问题，
7、早期解决，避免前期的设计错误造成后期的重新设计，保证整个设计过程最优化，提高设计效率和设计质量。 2.关于保质设计的材料信息模型分析 根据设计各阶段对材料信息的需求，用来描述材料信息的属性有基本属性、性能属性、材料类型、制造属性及其它属性等。基本属性表明了材料管理方面信息；性能属性表明材料物理和化学性能方面信息；材料类型属性表明了材料主要有金属材料、无机非金属、有机高分子材料、复合材料等种类，每种材料又可进一步细分，比如有机高分子材料可分为功能高分子材料、合成橡胶、纤维和塑料；制造属性表明了材料在制造过程中可切削性、变形程度、可成型性等方面信息；在其它属性中添加了方便产品设计和工艺人员来获取材
8、料信息的设计需求、信息来源、存在形式、存储格式等。设计需求信息表明在某一设计阶段对材料信息是否有需求。信息来源主要包括企业内部信息源和外部信息源，企业内部信息源有产品设计团队、生产制造、质量检验管理、设备维修管理、人力资源等；企业外部信息源则包括供应厂商、外协加工厂等。存在形式主要有以文档、图表、各类信息系统、专业技术人员知识等形式存在。存储格式针对不同信息存在形式会有所不同，如文档形式存在 的信息有 Office、XML、STEP 等格式；图表信息有 CAD、VRML 等格式；各类 信息系统如 CAD/CAPP/CAM/PDM/PLM/ERP/MRP/MIS 等中的信息大多以关系数据库格式储
9、存；技术人员知识则是以隐性方式存储在专家头脑里，属于企业无形资产。基于此建立了支持保质设计的材料信息模型如图 2 所示。面向质量设计环境下，初步设计、详细设计和工艺设计都需要材料信息的支持，初步设计从材料类型中了解满足设计要求的材料种类；详细设计根据材料性能属性作出选材决策；工艺设计需要从制造属性和基本属性中了解被选材料的实际质量情况。 3. 关于 STEP 材料质量信息模型分析 产品数据交换标准（StandardforTheExchangeofProductmodeldata,STEP）是一个关于产品信息表达与交换的国际标准，目标是提供整个产品生命周期内的产品信息描述和交换的中性机制，使产品
10、数据能够在异构计算机系统之间进行共享与交换，从而满足产品生命周期内各阶段对产品信息的不同需求及保证对产品信息理解的一致性。支持保质设计的制造质量信息系统采用STEP 的信息建模工具 EXPRESS-G 来描述基于 STEP 材料信息模型。它可以支持应用系统共享模型信息，并通过 STEP 中性文件方式实现与非 STEP模型应用系统的数据交换，实现保质设计的材料信息表示从面向设计者的信息模型到面向计算机内部存储的物理数据库转化。材料类是金属材料类、无机非金属类、复合材料类和有机高分子类的父类，材料类的属性描述材料基本管理信息、制造属性信息及为方便设计和工艺人员管理而添加的信息，它被金属材料类、无机
11、非金属类、复合材料类和有机高分子类继承。金属材料类是钢铁类、铝和铝合金类、钛类、形状记忆合金类、非晶态合金类、超导材料类和半导体材料类的父类；无机非金属类是陶瓷类、玻璃类、耐火材料类、水泥类、发光材料类和无机合成高分子类的父类；复合材料类是纤维复合材料类、其它类型复合材料类的父类，而玻璃钢类、硼纤维类和碳纤维类是纤维复合材料类的子类，层叠复合材料类和细粒复合材料类是其它类型复合材料类的子类；有机高分子类是塑料类、纤维类、合成橡胶类和功能高分子材料类的父类。设计人员根据材料信息的不同需求，分别从不同抽象层次获取相关信息，从材料角度方面来确保设计质量目标在制造过程中的实现。其它面向质量设计的结构化制造质量信息也可按照此方法建立相应的 STEP 模型，方便其与其它应用系统的信息成。 4. 结论 总之，质量保证设计是将质量保证和质量管理融入到产品设计中的一种新的设计方法，设计人员要深入分析产品设计各阶段对材料质量信息的需求，系统地分析有关质量控制的实际状况与能力方面的相关质量信息，建立支持保质设计的材料信息模型。从而有效解决信息与异构系统集成问题，避免设计与制造脱节问题的发生。
