（光学工程专业论文）汽车消声器产品设计开发平台构建与研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第t 页 摘要 激烈的市场竞争要求企业快速响应市场需求变化，乃至引导市场需求的能力。而 产品设计开发的长周期、高成本使企业意识到推进产品开发过程改进和管理的重要性。 因此，如何有效地对产品开发过程实施管理对提高企业快速响应能力，增强企业竞争 力有重要意义。 课题以当代汽车行业消声器设计开发过程为研究对象，在分析消声器设计开发现 状的基础上，构建出支持消声器快速设计、设计人员间协同工作的消声器设计开发平 台，完成的内容包括以下几个方面： ( 1 ) 针对消声器设计开发现有流程进行分析，运用产品开发流程管理先进思想( 并 行工程、业务流程重组和项目管理) 对其进行优化，变事后控制为事前控制，缩短产 品开发周期。 ( 2 ) 建立了消声器综合性能评价体系，利用a h p 方法确定消声器各性能评价指 标权重值，实现消声器多指标综合性能的量化表达，避免了采用单一指标进行逐一评 价过程中产生的顾此失彼，从而支持消声器结构的快速选型设计，并用实例验证了评 价系统的可操作性和可行性。 ( 3 ) 构建了支持消声器设计开发协同工作的系统，实现包括工作流程管理、项目 管理和任务管理等功能，其中项目管理利用甘特图、进度计划控制表、跟踪甘特图等 方式实现，而任务管理的实现则基于角色权限的任务管理流程的设定。 ( 4 ) 以关系型数据库m y s q l 作为基础开发环境，构建了支持消声器快速设计开 发及单元技术整合的“消声器设计开发数据库系统 。该系统对产品基础性数据进行有 效地存储和管理，为产品的结构优化和变形设计提供最佳母体，7 并支持设计人员在协 同开发过程中进行大量的交互设计和数据传递。 ( 5 ) 通过p h p 、s q l 和m a t l a b 语言联合编程开发了基于网络的消声器设计开 发平台，支持设计人员间异地协同设计开发，保证设计信息共享和交流畅通，及实现 设计过程中数据管理和性能综合评价。 课题具有如下创新点： ( 1 ) 以工程数据库为基础，构建起支持消声器产品协同设计开发的平台。目前相 关文献中，尚未见到构建具有同样功能平台的研究。 ( 2 ) 通过引入层次分析法( 吣口) 来确定综合评价性能指标间影响权重的大小， 这在同类研究中具有一定的创新性。 关键词：消声器设计开发；数据库系统；协同设计；性能综合评价；层次分析法 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i 页 a b s t r a c t t h ef i e r c em a r k e tc o m p e t i t i o nr e q u i r e se n t e r p r i s eq u i c k l ym e e t ，o re v e nt od i r e c tt h e d e m a n do fm a r k e t b e c a u s et h el o n gp e r i o da n dh i 曲c o s to ft h ep r o d u c td e v e l o p m e n t ，m o r e a n dm o r ee n t e r p r i s ea r ec o n v i n c e dt ot h ei m p o r t a n c eo ft h ei m p r o v i n ga n da d m i n i s t r a t i o no f c e p d p ( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n gp r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s s ) t h e r e f o r e ，i ti ss i g n i f i c a n t t oa d m i n i s t r a t ep r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s sa n di m p r o v et h ec a p a b i l i t yw h i c he n t e r p r i s e s c a n r a p i d l yr e s p o n dt ot h em a r k e ti no r d e rt oi m p r o v et h ec o m p e t i t i o no f t h ee n t e r p r i s e o nt h eb a s i so ft h ea n a l y s i so ft h es t a t u so fm u f f l e rd e s i g na n dd e v e l o p m e n t ，t h ep a p e r r e s e a r c ho nc o n t e m p o r a r ya u t o m o t i v ei n d u s t r ym u f f l e rd e s i g na n dd e v e l o p m e n tp r o c e s sa n d b u i l do u tad e s i g na n dd e v e l o p m e n tp l a t f o r ms u p p o r t i n gt h er a p i dd e s i g no fm u f f l e ra n dt h e c o l l a b o r a t i v ew o r kb e t w e e nd e s i g n e r s m a i nc o n t e n to ft h ep a p e ri n c l u d e ： ( 1 ) t h ee x i s t i n gp r o c e s s e so fm u f f l e rd e s i g na n dd e v e l o p m e n tw a sa n a l y z e da n d i tw a s o p t i m i z e d 、撕n it h e a d v a n c e di d e a so ft h ep r o d u c td e v e l o p m e n tp r o c e s sm a n a g e m e n t ( c o n c u r r e n te n g i n e e r i n g ，b u s i n e s sp r o c e s sr e e n g i n e e r i n ga n dp r o j e c tm a n a g e m e n t ) i n o r d e rt oc h a n g et h ea f t e rc o n t r o lt ot h ep r e c o n t r o la n ds h o r tt h ep r o d u c td e v e l o p m e n tp e r i o d ( 2 ) am u f f l e rc o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c e e v a l u a t i o n s y s t e mw a s e s t a b l i s h e d i t d e t e r m i n e dt h ei n d e x w e i g h tv a l u e s o fm u f f l e rp e r f o r m a n c e s ，a c h i e v e d q u a n t i t a t i v e e x p r e s s i o no fm u l t i p l ei n d i c a t o r so fp e r f o r m a n c e si no r d e rt oa v o i dt h ep r o b l e m so f as i n g l e i n d i c a t o ra n ds u p p o r tt h er a p i ds e l e c t i o no ft h em u f f l e rs t r u c t u r e f i n a l l yt h eo p e r a b i l i t ya n d f e a s i b i l i t yo f e v a l u a t i o ns y s t e m sh a sb e e nv e r i f i e dt h r o u g ha ne x a m p l e ( 3 ) as y s t e ms u p p o r t i n gt h ec o l l a b o r a t i v ew o r k o fm u f f l e rd e s i g na n dd e v e l o p m e n tw a s c o n s t r u c t e da n di ta c h i e v e df u n c t i o n si n c l u d i n gw o r k f l o wm a n a g e m e n t ，p r o j e c tm a n a g e m e n t a n dt a s km a n a g e m e n t p r o j e c tm a n a g e m e n tw a sa c h i e v e dw i t l lt h eg a n t tc h a r t ，t h es c h e d u l e c o n t r o lt a b l ea n dt r a c k i n gg a n t tc h a r t t a s km a n a g e m e n tw a sa c h i e v e db a s e do nr o l e p e r m i s s i o n s s e t 7 ( 4 ) b a s e do nt h er e l a t i o n a ld a t a b a s em y s q ld e v e l o p m e n te n v i r o n m e n t ，am u f f l e r d e s i g n a n dd e v e l o p m e n to fd a t a b a s e s y s t e ms u p p o r t i n g m u f f l e rr a p i d d e s i g na n d d e v e l o p m e n ta n dc e l lt e c h n o l o g yi n t e g r a t e dw a sb u i l t t h es y s t e ms t o r a g e sa n dm a n a g e s p r o d u c td a t a , p r o v i d e st h eb e s tm o t h e rr e f e r e n c ef o rp r o d u c ts t r u c t u r eo p t i m i z a t i o na n d 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 d e f o r m a t i o nd e s i g na n ds u p p o r td e s i g n e r st oi n t e r a c ta n dd a t at r a n s m i s s i o nd u r i n gt h e c o l l a b o r a t i v ed e v e l o p m e n tp r o c e s s ( 5 ) am u f f l e rd e s i g nd e v e l o p m e n tp l a t f o r mb a s e do nw e b w a sd e v e l o p e dw i t ht h e u s i n go fp h p s q la n dm a t l a b i ts u p p o r t e dd e s i g n e r si n d i s t r i b u t e dc o l l a b o r a t i v e d e s i g na n dd e v e l o p m e n t ，g u a r a n t e e di n f o r m a t i o ns h a r i n ga n de x c h a n g es m o o t h l y , a c h i e v e d d a t am a n a g e m e n ta n dc o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a n c ee v a l u a t i o n t h e r ea r et w oi n n o v a t i o n si n v o l v e di nt h ea r t i c l e ： ( 1 ) b a s e do ne n g i n e e r i n gd a t a b a s e ，ap l a t f o r ms u p p o r t i n gm u f f l e rc o l l a b o r a t i v ed e s i g n a n dd e v e l o p m e n tw a sb u i l t t h e r ew e r ef e ws t u d i e so ft h es a m ef u n c t i o n a lp l a t f o r mi nt h e ( 2 ) t h ei n t r o d u c t i o no ft h ea n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ( a h p ) t od e t e r m i n et h ea f f e c t w e i g h t so f t h ec o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o ni n d i c a t o r si sa ni n n o v a t i v ei ns i m i l a rs t u d i e s k e y w o r d s ：m u f f l e rd e s i g nd e v e l o p m e n t ；d a t a b a s es y s t e m ；c o l l a b o r a t i v e d e s i g n ； c o m p r e h e n s i v e e v a l u a t i o no fp e r f o r m a n c e ；a n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s ； 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 近年来，随着汽车保有量的增加，由此引起的噪声问题更加突出，特别是在人口 密集的城市环境，汽车噪声弥漫在城市中各个角落，无时不刻破坏城市的安宁，危害 居民的身心健康。据统计资料显示，城市环境噪声的8 0 来源于机动车辆，汽车整车 噪声已成为污染严重，辐射范围较广的噪声源( 啦】。同时随着人们对汽车依赖性的增加， 对乘坐的舒适性要求越来越高，低噪声已和动力性、经济型和安全性起成为评价汽 车品质的重要指标。然而汽车整车噪声中，排气噪声的影响尤为重要，几乎占了整个 汽车噪声的l 3 的比例【3 4 】。为了有效地降低发动机的排气噪声，单纯通过改进发动机 结构的设计是不现实的，而在汽车排气系统中加装消声器结构是一种行之有效的办法。 此外，随着全民环保意识的增强及全球石油危机的频现，国家对汽车排放性能和经济 型的要求更趋严苛，这就要求整车厂研制出良好声学和空气动力学性能的消声器。因 此，研究出高性能排气消声器，对于降低交通噪声、减少城市噪声污染和能源消耗具 有重要的社会意义。 面对汽车全球化的浪潮和动态多变的市场，企业要在竞争日益激烈的市场环境中 立于不败之地，必须具有敏锐的市场洞察力，能在最短的时间内，开发出成本最低， 质量最好的产品。简而言之，目前国内汽车产品制造企业问的竞争是围绕着时间、质 量、成本和服务展开的竞争i s , 们。据有关统计显示【7 吼，绝大多数机械产品中，4 0 是对 过去零部件产品进行重用，4 0 是根据新设计要求对现有成熟产品进行修改，全新的 正向开发设计仅占剩余的2 0 ，由此可知，成熟产品在新产品开发过程中所扮演的角 色非常重要。 我国消声器设计制造企业即以沿用设计或变形设计为主，与国外同行相比技术水 平较低，差距较大，主要体现在市场的反应能力差，设计经验知识储备量少，产品设 计知识的重用率低，产品设计开发周期长、效率低。存在主要的技术障碍在于缺乏消 声器研发知识( 包括试验数据、分析经验、设计经验等) 的管理，更谈不上重用；缺 乏协同设计手段，无法保证与整车厂的协同工作顺利开展；缺乏良好的性能评价方法， 无法支持快速化结构选型和产品设计开发。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 本课题结合工程实际，在对消声器产品现有设计开发流程充分分析研究的基础上， 构建消声器设计开发平台，旨在解决企业中存在的问题，以提高企业的产品设计开发 速度，增强市场竞争力。本研究对消声器企业设计开发过程改进和管理的探索有一定 的参照意义。 1 2 国内外研究状况 1 2 1 协同设计开发 现有消声器的设计需要多个企业间或高校和企业间共同设计完成，而它们多分布 在相距较远的地域，因此，如何实现异地的协同开发工作成为企业产品开发中一个关 键问题，仅仅停留在利用电子邮件等初级手段进行异地交流，显然已不能满足设计人 员之间的协同工作要求。 协同设计( c s c w ) 强调设计者采用群体工作的方式，从而改善了传统设计中项 目管理与设计之间、不同设计阶段之间、设计与生产之问的脱节，避免设计周期过长、 设计费用高、设计质量不易保证等弊端 9 , 1 0 , 1 1 】。网络化协同设计的重要性在于使处于不 同地点的项目参与人员能同步或异步地参与设计工作，从而提高产品的质量和设计开 发效率。如能将协同设计这一先进的设计手段应用于我国消声器产品的设计上，可从 根本上改变长期以来困扰我国消声器产品设计过程中所产生的种种顽症，提高企业消 声器产品的市场竞争力。 国外较早地对计算机协同技术进行了研究，并取得了一定成果。如：波音公司研 制的7 7 7 客机是以网络技术协调分散在世界各地的分支机构和三菱重工等进行协同设 计制造完成的【1 2 , 1 3 】。美国通用电器公司建立了计算机辅助制造网c a mn e t ，实现制造 企业间信息的共享和交换【1 4 】。w i l l i a mh c h u ia n dp a u lk w r i g h t 从c i m 观点出发，利 用w w w 技术及多媒体教学工具，在w e b 平台上建立计算机集成制造环境，集成c a d 、 c a p p 和c a m 等技术，并在此基础上进行简单零件的远程设计和制造【l5 1 。 2 0 0 3 年，a h nsh 、r o u n d ys 等提出了“d e s i g nc o n s u l t a n t ”网络化设计方法，该 方法利用i n t e m e t 技术和协同工作技术，使设计人员能够与团队中的其他设计人员、 c a e 人员、制造工程师等共享技术信息、制造信息和成本信息，并能改善部门内部和 部门之间的通讯以减少开发时间和成本【l6 1 。 2 0 0 5 年，f e l s e r 、配s z e g u n i sj 提出在虚拟网络上建立针对商务应用的平台 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 区域性虚拟网络系统( r v n s ) ，支持企业和用户间在一定区域内的商务活动1 17 。 国内对协同技术的研究起步不久，但十分重视，也取得了不少研究成果。 清华大学计算机科学与技术专业的史美林，杨光信在其论文中详细地讨论了一个 实时协同设计支撑系统原型c o d e s i g n 的设计与实现中的若干问趔墙】。谢洪潮提出了一 种基于w e b 的协同设计系统的模块化建立方澍侈】。杨立等针对当前企业信息系统面 临的地域分布、数据异构、难于查询等问题，提出基于c o r b a j a v a 技术构架企业信 息数据库集成平台【2 0 1 。西安交通大学润滑理论与轴承研究所为主参与完成的“中国现 代产品设计与研究开发网络c m d n e t ，旨在推进现代化设计技术，其研究重点在于 现代设计中分布式知识资源的获取和异地设计中知识资源的远程调用【2 。齐书增等通 过网络化制造过程的深入分析，提出了智能网络化制造平台的概念，分析了智能网络 化平台的目标、功能体系和关键技术，以及给出了智能网络化制造平台的实现方案【2 2 。 国内外学者围绕产品网络化协同开发的工作机理与管理模式、产品网络化协同技 术等方面已做了深入的研究，并取得了不少研究成果。现阶段在c s c w 技术开发应用 过程中，工程项目的协同设计已成为c s c w 应用面临的巨大挑战【2 3 】。协同技术方法不 能一味照搬，其实现方法往往由于企业规模和产品设计开发流程不同而存在较大的差 异【2 4 1 。同时，针对消声器企业协同设计方法的研究，在国内外文献中鲜有论述。 1 2 2 消声器评价方法 消声器系统性能需满足有效降低噪声总量，满足良好的动力性，提供优良的声品 质等要求。性能评价指标主要包括声学性能指标、空气动力学性能指标、结构性能指 标、工艺设计和成本指标等，然而各指标只能反映消声器的单一性能。目前大多数设 计人员往往采用单一性能指标对消声器某一方面进行评价，但消声器的性能的优劣不 是单一指标可以衡量的，需要进行综合考虑和评价。 2 0 0 3 年，美国f o r d 公司的j i a np a n g ，p h i l i pk u r r l e 等人对汽车排气消声器所涉及 的主要性能指标进行详细的分析f 2 5 】。2 0 0 6 年，德国学者b e m df u h r m a n n 将尾管声品质 作为排气消声器的性能指标，指导涡轮增压发动机的设计【2 6 】。 1 9 8 9 年，林大渊在国内较早提出针对消声器设计开发过程，对其性能进行综合评 价，建立了综合考虑插入损失，容积比和排气背压之间关系的综合评价指标阳。2 0 0 7 年，李林凌等人对消声器评价指标进行了全面地分析，利用c a e 分析结果对消声器性 能进行评价1 2 8 1 。2 0 0 8 年，姜鹏明等人首次将消声器评价定鼍化，综合考虑容积、背压、 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 质量的影响，首次将消声器综合评价指数定量化i 2 9 j 。2 0 0 9 年，夏珩等人提出了一种多。 工况下综合考虑消声器插入损失、排气背压和尾管噪声线性度的消声器综合性能评价 函数，引入了消声器声品质的评价1 3 0 1 。其后，候艳芳等人也在2 0 1 0 年从车内声品质角 度对消声器声学性能进行了评价【3 。 目前消声器的评价仍以单一指标独立评价为主，而提出的综合评价方法主要是进 行定性分析。文献 2 7 1 、文献 2 9 1 q h 的定量化评价方法，综合考虑了消声器容积、排气 背压、质量等因素的影响，但未考虑各因素对综合评价结果影响的大小。 1 3 课题研究目的及内容 本课题来源于工程实际，以消声器产品设计开发过程为研究对象。其研究目的在 于深入探究基于协同技术的产品快速设计开发的实现方法，探讨工程数据库在消声器 设计开发中实现的可行性，从而开发出消声器设计开发平台，旨在解决现有设计开发 过程中出现的问题，以提高企业的产品设计开发速度，增强市场竞争力。 本课题研究内容如下： ( 1 ) 对现有消声器设计开发过程建模，加以分析，找出造成产品生产周期长、设 计效率低下的根本性原因。 ( 2 ) 构建消声器性能评价体系，实现消声器性能准确、合理的综合评价，以支持 产品快速化设计选型。 ( 3 ) 建立工程数据库，对消声器产品的研发知识( 产品数据、分析经验、设计经 验、试验数据等) 和设计开发中的过程数据进行有效组织和管理。 ( 4 ) 构建协同设计开发系统，拟解决现在协同工作中存在的问题，从而缩短产品 设计开发周期，提高效率。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 i ii,i l l。,hi i i 置璺皇曼量皇 第2 章产品设计开发平台构建 2 1 引言 本章对现有消声器产品设计开发过程进行分析，然后提出一个支持产品快速化设 计和设计人员协同工作的消声器设计开发平台，拟解决企业中存在的根本性问题。本 章中平台框架的构建是后续平台设计开发的基础。 2 2 产品设计开发过程现状分析 。 产品设计开发过程是指从产品定义、产品设计到产品批量生产之前这一段时间， 包括与产品相关的所有技术活动和管理活动；它是一个将工程技术方法以及工具，人 员集成并付诸产品设计开发实践的活动的集合，涉及到技术和管理两个方面【3 2 1 。产品 设计开发流程则是采用建模的方法定义了产品设计开发过程中的活动以及活动之间的 相互联系，它类似于“中枢神经”，能对产品设计开发的过程有效管理和控制，实现过 程优化，缩短产品设计开发周期。 现阶段消声器的设计开发工作由消声器生产企业、整车厂和发动机厂协同工作完 成，产品设计开发过程历经可行性分析一结构设汁c a e 分析工艺规划一样件试制 。 一批量生产等几个环节。 对现有产品设计开发过程( 如图2 。1 ) 分析可知，其主要存在以下几个问题： ( 1 ) 产品开发流程不清，参与人员职责不明，如出现问题，易出现相互推诿扯皮 的现象，直接导致设计效率低下，产品开发周期延长。 ( 2 ) 开发过程采用串行设计模式，强调本部门的职能，各部门独立工作完成自己 所负责的任务后将成果抛向下游阶段，下游工作中发现问题则抛回给上游。这种设计 开发方式使设计人员或部门之间信息沟通不畅，数据交换困难，如出现问题不能及时 有效地解决，设计开发过程容易陷于设计、试制、修改设计、试制大循环中，从而造 成产品设计开发周期长，效率低下。 ( 3 ) 缺乏项目信息共享环境，使得设计、管理人员无法及时得到项目一些基本信 息，如项目规划、项目当前进度、项目内容更改等，致使项目负责人对项目控制、反 应、调整能力较弱，专业设计人员和管理人员的协同工作能力较弱，这是影响设计质 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 量和设计效率的一大主要因素，其次顾客很难了解当前产品状态和对需求进行改变， 导致顾客满意度不高。 ( 4 ) 公司设计人员有限，每个人员可能负责多个产品的开发设计，知识和经验都 存储在自己头脑中，一旦出现人员变动，不但会带走所有知识和经验，而且很难有人 在短时间能够补足空缺，给公司带来很大的麻烦。另一方面新的开发人员无法借鉴他 人成功的经验和失败的教训，要经过自己长时间的学习、实践和总结经验才行，结果 造成公司资源和信息的浪费。 ( 5 ) 设计过程管理随意性大，如未对参与人员在完成各阶段后提交内容的形式等 信息做出明确的规定。开发过程中设计人员按照自己习惯和经验进行设计和数据提交， 可能导致后续开发阶段设计参数缺失或各阶段评审无据可查。 ( 6 ) 消声器产品的设计开发大多以沿用设计和变形设计为主，然而企业设计经验 知识、技术指标，成熟产品基础性数据储备较小，导致变形设计时往往只能从同一级 别相似车型或单一车型产品出发，很难找到最佳变形开发母体。 ( 7 ) 设计开发过程对消声器进行性能评价时，只是对消声器声学性能、空气动力 学性能及制造成本等进行单一性评价，然而这些指标往往相互矛盾，没有形成多角度 的综合评价，导致评价结果缺乏实质性的说服力。此评价方法既浪费人力物力，延长 产品开发周期，又达不到最佳性能评价效果。 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 消声嚣产品并发设计流程 墼车厂发动机配套厂消声器配套厂商 交设计开发部生产制造部 鬟 口吕 仗 立口耍啦 可行，生分析 ，u w 巾，j 、i 一一一 、- 7 i 陂计姜j j 之确认 七 l 魁 醋构设 l一- 一 - r hi 一 、rl 口吕 i c a e 厶御卜一 s 样件试瓶f 胎架试验l 埝 裂 i 上艺剃翅l 蟠 、批量生产l 妊 t 筇 埝 口昌 碰 、一， 一t l 生产准备i 短 i l 批量牛产i 刊 2 3 产品设计开发流程优化 图2 1 产品设计开发原流程图 从上述分析可知，现有产品设计开发流程已远远不能满足企业的发展需求，已经 限制了企业产量快速地增长，企业曾试图调整绩效考核机制，提高员工积极性来提高 设计开发效率，这起到了一定成效，但不能从根本上解决问题。考虑到企业长远利益， 拟从核心的设计开发流程入手，以先进的管理思想和方法对产品设计开发流程进行优 化和重组，最终达到整个企业设计开发过程的优化。 ( 1 ) 对产品设计开发流程进行重新规划，删除掉不增值环节，细化分解设计开发 流程，使之更加明晰，同时明确任务参与人员，做到职责明晰，任务明确，强调与客 户之间的沟通和协调，提高用户的参与度和满意度，如图2 2 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 ( 2 ) 将现有流程中一部分串行模式更改成并行，任务间实现最大限度地交叉、并 行和协调，同时增加审核机制，将问题尽早解决在小循环中，避免陷于设计、试制、 修改设计、再试制的大循环，从而缩短开发周期，提高开发效率。 ( 3 ) 明确规定完成每个任务所需要的输入信息和约束，比如设计要求，开发任务 书、设计规范等，明确任务完成后执行者所要提交数据的形式，如试验报告、审核报 告等，使数据信息流动有一定的可追溯性，做到评审时有据可查，及时发现设计开发 过程中存在的问题，从而缩短开发周期。 消声器产品开发设计流程 罄车厂 芰动机配套厂 - ；肖i m 器配套厂商 设计开发部生产韦9 造吾b e 分析i i ，l 产= ，写己夫曰龙i li 夏 广品卅发任务吊i 累项目进度表 i 口g 睃计要求i睃计边界l 1 l i r -一 、 睃计指标确认 l 产品外形设计i 峪 一内部结构设计卜 = t ： 魁 d 0 ：l “、 ic a e 分析i l 嶝多y n y l 优化变更 ，上 呵 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 甲 i 工艺规划 i 样件试制l l 试验准备l腻验方案确定i l i 台架试验l 匝呤 赤 自 t l ：t ： 量 试 甫日 1 一 烈 嚣 l 磊 拿羔 l 优化婴更l 塔 口臣 ：l 、 l 丰比量生产 l 项目总结 l 士h 图2 2 产品设计开发改进后沉程图 i d e f 0 制图标准( 如图2 3 ) 已经成为b p r 流程图常用的标准1 3 习。功能活动由一 系列活动图形来描述，其中盒子表示活动，箭头表示由功能活动处理的事件，包括输 入、控制、输出、机制。其中输入是指过程消耗或转移所需要的资源；控制是指对于 过程有规范性意义的东西，例如标准、法规等；输出是指通过过程产生的东西；机制 是指能够促进过程完成所需的必需品，例如人力、物力等。 图2 3i d e f 0 结构图 使用i d e f 0 方法对优化后的设计开发流程进行详尽的描述( 见图2 卜图2 9 ) ，包 括流程中各活动功能的约束，活动功能参与人员和活动功能问的信息流动，这有助于 设计人员准确清晰地认识流程，并能及时发现流程中的问题。为了使流程图简化明了， 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 在建立i d e f 0 流程模型时，将“消声器配套厂商”标记为“m 公司 。 1 i d e f 0 模型顶层图 图2 4 产品开发设计流程顶层i d e f 0 图 2 i d e f 0 第一层细化图 图2 5 产品开发设计流程第一层i d e f 0 图 3 i d e f o 第二层细化图 ( 1 ) 产品规划阶段细化图 西南交通大学硕士研究生学位论文第11 页 ( 2 ) 产品设计阶段细化图 图2 6 产品规划阶段细化图 耆 图2 7 产品设计阶段细化图 ( 3 ) 产品试制试验阶段细化图 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 修改反馈 ( 4 ) 产品生产阶段细化图 图2 8 产品试制试验细化图 2 4 产品设计开发平台构建 图2 9 产品生产阶段细化图 2 4 1 产品设计开发平台需求分析 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 消声器设计开发要求短时间内设计开发出高性能的产品，这就需要一个能够集成 整车厂、发动机厂和消声器配套厂商的优势，能够进行数据信息共享与交流，并易于 高效、易访问、一致、集成的设计开发平台，同时能够支持不同背景的设计开发人员 共同完成设计开发任务。综合上述对产品设计开发过程现状的研究，平台需满足如下 要求： ( 1 ) 由于消声器设计开发的复杂性，设计开发过程往往产生大量的数据，包括产品 c a d 数据、c a e 仿真数据和试验数据等基础性数据。如何对这些数据进行科学、有效 地管理，使设计开发人员在改进设计中有最佳的变形开发母体，或在全新设计过程中 有准确详实的数据支撑，是设计开发平台首先要解决的问题。 ( 2 ) 参与设计开发的人员人数众多、专业背景差异大且责任不一，如果能在平台中 搭建产品设计开发流程模块，使设计开发人员准确清晰自己在过程中的角色，设计人 员之间进行有效沟通，及时发现设计过程中出现的问题，对设计进行修改和调整，同 时如果能构建项目管理模块，实时监督项目开发进度，实现项目计划，项目进度监控 将对缩短产品设计周期、提高产品质量有着很大的意义。 ( 3 ) 设计开发过程任务繁杂多样，如能在平台中构建任务管理系统，将复杂设计开 发任务转化成简单的子任务，将合适的任务适时地分配给合适的产品开发人员，将避 免设计开发过程的管理混乱，相互扯皮等现象的发生，从而大大缩短产品设计开发周 期。 ( 4 ) 消声器性能评价指标多样，如果在平台中构建完善的消声器性能综合评价体 系，将对设计开发起到很好的指向性作用，且对性能评价结果具有实质性的说服力。 2 4 2 产品设计开发平台框架 消声器系统设计开发平台作为实现产品高质量、低成本、开发周期短的先进方法， 基于c a d 、c a e 、试验试制、性能评价、c a m 等单元技术环节，采用先进的数据库 系统作为支撑，通过工作流程管理，实现产品开发流程的重组，而协同设计开发系统 有效地支持了处于异地的设计人员实现协同工作、数据共享、项目管理监督、任务快 速合理分配等功能，从根本上解决现有开发过程中存在的问题。平台系统框架如图2 1 0 所示。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 。 图2 1 0 平台系统框架图 从框架图中可知，平台是构建在计算机支撑的环境之上，包括网络服务器、数据 库服务器、操作系统和计算机硬件等。平台中主要包括e d b s ( 工程数据库系统) ，协 同设计开发系统，用户可以通过操作界面访问平台中的工作模块。e d b s 支持产品静态 数据和过程动态数据的管理，它将各设计开发单元环节如c a d 、c a e 、性能评价等通 过各种各样的数据集成进来，同时数据库系统作为相互间传递数据的媒介，有效衔接 各单元分析环节。协同设计开发系统实现工作流程管理、项目管理、任务管理，有效 地支持处于异地的设计人员实现协同工作。此外平台还提供了与c a d 、c a e 、性能评 价等现有工具的集成接口，f t p 服务器则实现相关文件存储，支持文件的上传、下载 等功能。 2 4 3 产品设计开发平台实现技术 基于网络的消声器设计开发平台采用a p a c h e 服务器端动态网页技术，在w e b 数 据库服务器的支持下完成工作流程管理、项目管理、任务管理、数据库操作等功能。 h t m l 页面，j a v a s c r i p t 脚本语言的运用使得页面更加生动，给协同用户提供一个界面 友好，功能强大的应用环境。系统以w e b 服务器为中心进行构造，遵循三层b s 网络 架构模式，其主要功能如图2 1 1 所示。 第一层为平台的协同用户层，协同用户只需在浏览器中输入平台的u r l 地址，通 过客户端h t t p 请求就能访问平台，获取相关数据信息，实现用户间同步或异步的交 流。第二层为平台的应用层，负责为协同设计用户提供友好的交互界面，功能强大的 应用环境和无缝的协同环境。w e b 服务器端基于a p a c h e 的动态网页技术，平台应用 西南交通大学硕士研究生学位论文第15 页 层的具体功能体现在w e b 服务器能够快速灵活地响应用户的不同请求，并将响应的结 果以h t m l 流的形式传回给用户端浏览器，浏览器最终将其显示给用户。第三层为平 台数据库层，合理地组织管理着数据库系统。w e b 服务器在接受到用户端的数据访问 请求后通过a d o n e t 与后台的m y s q l 数据库建立连接，执行命令的响应，诸如读取、 插入、更新等操作。 2 5 本章小结 图2 1 l 协同设计开发系统总体框架 本章主要完成了以下内容： ( 1 ) 对现有消声器设计开发过程进行分析，找出造成其产品设计周期长、设计效 率低下的根本性原因。 ( 2 ) 运用产品开发流程管理先进思想( 并行工程、业务流程重组和项目管理) 对 现有设计开发流程进行优化，利用i d e f 0 方法构建优化后设计开发流程图。 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 6 页 ( 3 ) 针对现有设计开发过程存在的问题，提出一个支持产品快速化设计和设计人 员协同工作的消声器设计开发平台，并分别从平台要求、框架、实现技术等加以论述， 这对后续平台的设计开发具有指导意义。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 7 页 3 1 引言 第3 章消声器性能综合评价方法研究 性能综合评价是消声器产品设计的关键任务也是设计难点，也是阻碍产品快速化 设计的重要因素之一。本章中结合工程实际，针对企业广泛关注的性能指标，建立一 种适用于结构设计选型的性能综合评价方法，且在设计开发平台中构建性能综合评价 体系。该方法定量地对消声器传递损失、插入损失和压力损失进行综合评价分析，支 持消声器的快速设计开发。 3 2 消声器性能要求 消声器性能需满足有效降低噪声总量，满足整车良好的动力性，提供优良的声品 质环境等要求。消声器性能评价主要采用三项指标：声学性能( 消声量与消声频带) 、 空气动力学性能( 排气阻力与压力损失) 、结构性能要求( 结构尺寸、结构强度、生产 工艺及使用寿命) ，三者之间既相互联系又相互制约。设计消声量大、消声频带广、排 气背压低的消声器是消声器设计的热点和难点，同时还需要满足安装空间、结构强度、 使用寿命、高温气体气蚀等要求。图3 1 为消声器性能要求，其具体表现为： 消声器设计要求 声学性能要求il 空气动力学要求li 机械和材料要求ll 安装空闻限制ii 成本要求 图3 1 消声器系统性能要求 ( 1 ) 良好的声学性能：要求消声器在要求频带内有足够的消声量，同时避免产生 气流再生噪声和结构振动辐射噪声，性能指标主要包括传递损失、插入损失、各转速 下尾管噪声等。插入损失在国标中做了强制性要求 3 4 1 。 ( 2 ) 良好的空气动力学性能：要求排气系统前后之间具有较小的压力损失，即排 气背压要低。如果系统两段压力差过大，气流阻力就会增加，功率损耗增加，从而影 响发动机的动力性能和经济性能。消声器的空气动力性指标包括功率损失和排气背压， 我国相应标准中也对这两项指标进行了明确地限制【3 训。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 8 页 ( 3 ) 耐高温、耐腐蚀的材料性能：消声器在高温气体环境中很容易腐蚀，且在机 械振动和气流冲击下，很容易引发辐射噪声。因此结构材料要求耐高温、耐腐蚀，且 具有良好的刚性，工作可靠，使用寿命长。 ( 4 ) 消声器容积要求：从消声效果上考虑，消声器的容积越大越好，但底盘下安 装空间非常有限，所以需在限定的空间内设计消声器。 ( 5 ) 成本要求：成本要求包括产品重量要求和产品材料要求，主要体现对消声器 的材料成本和加工成本的控制，而产品重量间接反映了消声器的成本。 文中选定传递损失、插入损失和排气背压作为消声器声学性能综合评价指标，插 入损失和传递损失分别反应了消声器匹配时消声量和自身消声量；各转速下的排气背 压作为消声器的空气动力学性能评价指标；消声器容积和质量作为成本评价指标。而 可靠性、耐压耐久性要求和外观要求与消声器内部结构设计关系不大，暂不作为排气 消声器设计阶段的评价指标。 3 3 综合性能评价指标 3 3 i 性能综合评价 综合评价( c o m p r e h e n s i v ee v a l u a t i o n ，c e ) 是指对评价对象进行客观、公正、合理 的全面评价，其特定是：分析描述被评价事物不同方面的若干个指标，对被评价事物 做出一个整体性评价，用一个总指标来说明被评价事物的水平f 3 5 】。 当选定m 个评价指标_ ，屯，时，对n 个评价对象进行线性综合评价模型为： 乃= ，= l 式中，嘞是第i 个评价对象的第j 项指标值，吩为评价指标勺对应的权重系数， 评价指标的科学选定及对应指标权重的合理分配直接决定综合评价方法的正确与否。 3 3 2 声学性能评价指标 消声器的声学性能主要从消声量和消声频率特性两方面来进行评价，常用插入损 失和传递损失两个指标来表征。 ( 1 ) 传递损失评价指标 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 9 页 传递损失反映了消声器本身的声学传递特性，不受声源和消声器尾管的影响，是 消声器消声性能评价的一个重要指标，在缺乏发动机、消声器匹配实验条件下，设计 者可以通过传递损失初步判断消声器的优劣。文中主要从以下三个方面对消声器传递 损失进行评价： 厂l 单位频率消声量 i 消声器传递损失性能评价= 2 单位容积消声量 l l 3 单位质量消声量 单位频率消声量的评价 消声器良好的消声性能不仅要求传递损失消声量较大，而且消声频带较宽，