沥青路面施工并行产品开发PLM解决方案

传统的沥青路面施工工艺是将沥青混合料通过自卸车直接倒入摊铺机的料斗中,然后进行摊铺、压实。施工实践证明,这种路面的早期破损现象较严重。欧美发达国家研究后进行了改进

产品应用

plm

并行产品开发

1.1 新产品的功能
传统的沥青路面施工工艺是将沥青混合料通过自卸车直接倒入摊铺机的料斗中,然后进行摊铺、压实。施工实践证明,这种路面的早期破损现象较严重。欧美发达国家研究后进行了改进,在路面成套设备中增加了一个新机种,自卸车的沥青混合料通过转运车的再次搅拌后,才输入到摊铺机中进行摊铺、压实。
 
统计表明,采用转运车进行摊铺施工的黑色路面可使长期维修费用节省95%、沥青路面寿命延长40%,同时大大提高道路的使用率,创造出巨大的社会效益!高速公路的大修期限由原来的3年左右延长至7年。目前,我国的沥青路面施工还是以传统的施工工艺为主,公路管理部门已认识到公路施工质量的重要性,在施工机群中增加沥青混合料转运车,将有效推动传统道路施工工艺的发展,成为我国沥青路面施工工艺改进的一个方向和趋势。
 

传统施工工艺条件下,摊铺机先完成一个自卸卡车的物料摊铺,然后另一台自卸卡车再进行给料,摊铺作业间歇进行,摊铺机作业负荷呈脉冲形,因此影响路面摊铺质量。在这种情况下,如何解决摊铺机施工负荷变化的问题,是急迫解决的问题。因此,鼎盛公司随着市场的变化开发了应用于摊铺作业前的沥青砼转
运车。
 
 
沥青砼转运车用于自卸车与摊铺机之间连续输送沥青混凝土。沥青砼转运车接受自卸卡车的沥青砼,通过输送机构将沥青砼送至摊铺机料斗中,实现摊铺机的连续作业。沥青砼转运车带有辅助料仓,放置于摊铺机的料斗中,辅助料仓一般带有搅拌装置。转运车连续输送沥青砼,避免了摊铺作业脉冲形态负荷的出现。
 
 
转运车的使用实现摊铺机连续恒速摊铺,防止产生横接缝;避免自卸卡车同摊铺机的直接接触,提高摊铺路面的平整度;避免间歇摊铺、提高给料自卸卡车的利用率、保证摊铺机最高摊铺能力:辅助料仓的二次搅拌功能改善摊铺沥青砼的骨料离析和温度离析,使得路面摊铺的平整度得到保证,同时使压实密度均匀,提高路面的铺筑质量。因此,转运车的使用可以保证摊铺平稳,密度均匀,空气间隙均匀,从而使摊铺的路面寿命长久。
 
  技术特点是:
  本机前端带有受料斗,自卸卡车将混合料倾倒至受料斗中,通过胶带输送机送到摊铺机的受料斗中,实现摊铺机的连续作业。
  1.行走底盘为橡胶履带式全液压驱动,行走控制为电脑控制,自动检测行走速度,液压控制方式为伺服控制。

  2.转运车的作业速度由摊铺机确定,为确保与摊铺机恒距、同步行走,采用非接触式传感组件,如超声波、光电传感器等采集摊铺机的行走工况,实现转运车的行走控制。

  3.胶带输送机采用液压控制,根据摊铺机料斗中混合料的多少,用超声波信号,实现手动或自动控制,输送带选用耐热性胶带,实现输送1000t/h的输送能力。

  4.由于输送机速度的变化,造成抛料距离的变化,因此在输送机卸料端加装导料槽;在胶带输送机的回程端加装清扫滚,作业过程中随时清扫粘附于胶带上的混合料;

  5.辅助料斗,放置于摊铺机的料斗中防止混合料的洒漏,为防止混合料的离析,料斗的中采用双拌桨结构。从以上可以看出新产品具有机、电、液自动控制技术。属于大型专用设备。
 

1.2 根据产品特征实施产品并行开发模式
1.2.1 新产品设计的特征

新产品设计数据的管理不同于已有产品的数据管理,它是与新产品的设计特点相适应的,主要特点如下:
 
  1.用户需求的不确定性。在产品设计之初,根据用户提出的需求,确定了产品的技术系统,但由于用户的需求的模糊性,引起产品技术系统的不确定性,只有随着设计的逐步深入才会渐渐明确,其间还有可能提出新的需求,因此,新产品的设计过程是一个动态响应用户需求的过程,新产品的设计数据管理形式应支持这种循序渐进、逐步明朗的需求变化!

  2.产品结构树产生的动态性。由于新产品设计过程中的众多不确定因素的影响,随着设计的细化,会引起相应的产品结构树的调整,因此,相应的数据组织策略应支持产品结构树的动态修改。

  3.新产品设计过程的反复性。新产品设计过程实际上也是一种循序渐进、由粗到细的设计过程,在某种情况下原先不合适的某一废弃设计可能需要重新考虑,返回到原先的设计状态继续重新开始工作,所以,新产品的设计数据管理策略应能够支持产品设计中的回溯或反复的功能。

  4.产品设计中数据的复杂性。由于在新产品设计过程中,需要新技术、新材料、专利等资料的支持,并且在设计过程中产生大量的数据、报表、图纸等。这些数据类型多样且复杂,并且需要对这些数据进行有效地管理,并支持对这些数据的建立、修改、查询等操作。
 

1.2.2 新产品设计过程
新产品的设计是一个自上而下的过程。这个过程是一个贯彻并动态响应用户需求的过程,同时也是一个通过动态修改产生产品结构树的过程。另外,产品设计过程的反复性,对于数字化产品模型,属于产品结构树的修改。设计之初,用户提出一定的需求,以此为基础,进行相应的功能分解,接下来进行产品的各种分析和详细设计。其间因用户需求的变化或一些设计因素的影响会出现设计的反复,这种修改是动态的。最后,同样根据用户需求及配置规则产生相应的产品结构树。新产品设计过程示意如图14所示。
新产品设计过程示意图 
图14 新产品设计过程示意图
 
新产品的开发功用:改善路面施工工艺提高路面等级,在传统施工工艺的基础上增加新设备,用于连续向摊铺机输送沥青砼,改善摊铺路面的平整度,提高路面密实均匀度,保证摊铺机连续作业,提高摊铺机的利用率。
 
  根据新产品的功用对项目组建开发团队。
  1.管理层:由总师办、专家、中心领导、课题组长等组成。对项目的立项、进度、经费的使用、计划的执行等开展工作。

  2.协调层:由公司各部门的负责人组成。对项目的执行过程进行协调。

  3.作业层:由技术人员、工艺人员、生产人员、供应人员等组成。具体实施项目的作业计划。在项目设计进行中,工艺、生产、供应等人员进行配合工作,根据项目设计进度进行相应的工作。
 
 
在确定项目功能的基础上对项目进行分解,本项目设计任务分解为:
  行走机构:本机的底盘行走装置,双泵、双马达单独驱动的左、右履带机构,实现机械的运行。

  输送机构:链条通过连接板带动耐热胶带机构,液压马达带减速机的驱动形式,实现物料的输送。

  受料斗:用于接收来自自卸卡车的沥青砼,由液压油缸控制的侧向回收形式。

  辅助料仓:放置于摊铺机料斗中,由液压驱动的带有搅拌桨的料仓,用于储存沥青砼,保证摊铺机的连续供料。

  液压系统:提供行走、输料、搅拌、油缸等提供动力,满足机械的各种动作要求。

  电控系统:本机控制系统,实现本机行走、输送机等的自动和手动控制,搅拌、油缸、照明等的控制。

  动力单元:包括发动机、分动箱、发动机福建等,为本机提供动力。

  车架:整体钢结构,所有零部件均与车架相联,支撑所有其它部件。

  覆盖件:包括地板、左侧护板、右侧护板和顶棚等部分。

  操作台:完成机械的操作。柴油箱:存储本机需要的柴油。
 

1.2.3 新产品结构信息树模型
在新产品的整个设计过程中,用户的需求是不断变化的,为了支持对用户需求的响应,提出一种基于配置规则的产品数据信息树模型。
 
 
在新产品设计的流程中,全面统一管理各阶段的产品设计信息,将各种信息通过产品结构树进行全面管理,这种结构树应能够全面描述产品的层次关系,即装配体、部件、零件之间的完整的相互关系,对于系列化的新产品,应能够全面描述整个系列的产品结构树,为此,提供一种产品数据信息树来满足这种要求,它最完备的描述了设计产品的完整结构树。
 
 
产品数据信息树的数据组织是用各节点表示各子装配体、部件、或零件,相关的数据随各节点放在一起。依据这种产品结构信息树,根据用户的要求及一定的配置规则,选择装配相应的零、部件,形成相应的产品结构树,可对此产品结构树进行相应的操作,以产生设计过程中其它的阶段(如工艺、制造、装配等)所需的信息,如图15所示。
 

从产品结构树图中可见:
  1.任务流:任务从创建到不断细化再到完成的全过程,将具体的工作分解后在适当的时问下达给适当的人,使工作能够按时完成。这是从并行工程角度分析设计过程,这种不确定型类型的流程特点是很少具有回滚等异常操作,但在流程的逻辑执行过程中可能发行变化,任务先后关系定义较松散,要求人为调度、控制较多,工作流程管理系统提供辅助监控能力。图中实线表示。

  2.工作流:文档从创建到不断反复优化改进再到归档的全过程,由若干步骤组成,这些步骤构成一个有向图,前后有固定的时序逻辑。这主要是从设计优化角度分析设计过程。这类工作流程管理多为确定型,在流程的时序逻辑执行过程中很少发行变化,但回流等异常操作较多,对执行的可靠性要求高,要求工作流程管理系统的调度、监控能力强。图中虚线表示。

  3.对于新产品的设计、总任务的创建意味着产品结构根节点的生成,任务的不断细化代表新节点(主要是零部件)的生成,每一个新节点生成后,可以进一步细化,分解成子任务,即产生了节点。任务流动过程中带有应用、控制和关联信息,与之对应的实例就是各种文档及文档附加属性和任务状态。

  4.所有功能部件均与主机架形成节点,既为所有功能部件均安装到主机架上。主机架与各功能部件形成主要信息流,构成主机架和各功能部件的技术上的约束条件。

  5.图中双点划线以上部分为设计过程的模型结构。图中的虚线为液压系统、电气控制与主要功能部件的信息流,构成双向的信息交流,构成各部件间的技术约束条件。由于新产品设计的不确定性和逐步完善性,因而新产品上述交流是频繁的。

  6.图中双点划线以下部分为设计过程中,工艺、工装、采购、生产等与总体设计的信息流。在并行设计过程中上述工作在组织团队中一同开展工作。对于新产品而言,上述的信息流应及时、准确、互动交流,爿唷&满足并行设计的要求。

  7.图中审核及检查构成并行设计的时间、质量、成本等的约束条件。对并行设计过程中的各阶段进行审核及检查。审核及检查与团队中各项任务进行快速反馈,以满足项目任务书的要求。

  8.设计过程构成新产品开发的主干,其他工作围绕主干进行。在主干变化时,要求其他部分随从变化。因此,及时的信息交流构成了并行设计的关键。
产品结构树(图中虚线为主要信息流) 
图15 产品结构树(图中虚线为主要信息流)
 
1.2.4 PLM环境下并行产品设计的应用

PLM为产品开发提供一个并行开发的环境,为满足转运车产品开发的要求,并根据转运车总体方案的部件要求,分别建立了不同的文件夹,并根据项目组成人员的不同分工,对项目文件夹规定了不同的访问权限,以实现项目管理的数据的管理安全。建立的文件夹如图16所示。
PLM项目实施主工作界面 
图16 TIPLM项目实施主工作界面
 
1.2.4 PLM环境下转运车并行设计的管理
  1.TIPLM环境实现项目组成员数据的共享
  数据共享是实现并行工程最重要的基础。TIPLM采用了统一的共享数据,保证项目成员在PLM环境下实现数据的互访,且保证共享库下每个人使用的数据是最新的,对经修改后的老版本数据仍保存在数据库中,设计者可利用回退功能将取消修改的内容,老版本又成为最新的版本,实现数据的有效控制,其数据管理如图17所示。
在PLM环境下数据的共享 
图17 在PLM环境下数据的共享

 
设计过程控制流程 
图18 设计过程控制流程
 
  2.流程控制实现产品项目开发的管理
  图18是设计过程的一个管理流程,从设计方案、方案评审、设计、审批每个过程设定,指定执行人、监控人以及完成期限,使设计过程实现了规范的管理,促进了项目的实现。
 
 
流程启动后,流程按事先设定,前面的活动完成后提交,自动流向下一个工作活动,并通过信息工具及时地通知相关的人,同时监控人可实现对某一个设计活动进行监督(图19),保证设计工作按期完成。
流程过程监控 
图19 流程过程监控
 
  3.不同视图下数据的管理
  根据转运车项目管理,设置了销售、设计、工艺、供应、生产视图,项目中不同的人员根据其职能被设置在不同的视图中,根据权限不同浏览不同的文件,以实现数据的安全管理,且在后面的视图中进行的操作不会影响到前面视图中的操作,图20是在工艺视图下工艺人员对零件部结构进行的比较。这样为并行工作转运车的设计提供一个好的并行设计项目环境。
工艺视图下产品结构的比较浏览 
图20 工艺视图下产品结构的比较浏览
 
1.3 实施效果评价
  1.产品开发周期评价
  产品开发是从立项到产品定型的全过程,在这个过程中设计、审核、供应、生产等各个阶段具有不同的特性,决定了时间上的前后顺序。串行产品开发和并行产品开发具有不同的时间图,从而具有不同的产品开发周期。图21是串行产品开发的时问图,图22是并行产品开发的时间图。图中方框中的数字为计算方便规定的顺序编号,外部的数字为产品开发过程中所需时间,以天为单位。产品开发开始时间。
 

1.4 结论
本文将工业工程方法中的并行工程原理引入到新产品的设计方法中,在计算机技术的基础上应用PLM管理技术,实施并行产品设计的新产品的管理。应用并行工程原理对工作流程进行了优化和对组织结构进行了重构。
 
 
在TIPLM的功能结构的基础上,实现并行工程的实现的集成框架,实施并行工程设计环境下对企业模型的需求与模型定制的研究。组建新产品的开发团队,应用项目分解的方法对新产品的开发进行分解,明确项目的功用。构建产品的结构信息树模型,确定工作流和信息流。通过的研究并应用于设计工作中,使得设计工作周期加快。
 
 
在新产品的开发中,应用并行工程,缩短了产品的研制周期,在产品设计阶段通过信息的交流,同是完成工艺的编制,物资的供应,生产准备。通过产品开发周期评价和并行设计综合评价可见应用并行设计方法,将改善传统设计的弊病,加快产品的开发周期,提高产品的质量,为企业赢得市场抢占先机。
 
 
本文的支撑课题从2003年10月开始设计,方案论证通过后,供应部门进行进货准备,设计进行中,工艺文件、生产准备也同时进行。当设计任务完成时,工艺文件、生产准备基本完成,到2004年4月开始装配生产,使生产进度大大提前。有效的提高了产品的开发进度,满足企业现代化生产的需求。应用并行产品设计的统计结果和传统串行设计比较见图24。
并行开发和串行开发统计结果 
图24 并行开发和串行开发统计结果
 
综上所述,我们可以看到应用并行工程对新产品的进行信息化管理,既提高了产品开发的进度又提高了设计质量和产品质量,具有很好的实际应用价值。