此文章為建筑門窗配套件行業技術交流會論文集所收納論文，在此推出，謹想通過在門窗系統集成設計和交互設計中運用并行工程設計方法理念的論述，探討如何縮短門窗系統開發周期，便于門窗及配套件后續開發的標準化、通用性，加快高性能門窗的市場應用。

    前言

    本文從并行工程的角度出發，對門窗系統的設計現狀進行分析，并提出利用并行工程的方法進行門窗系統的集成設計和交互設計，以克服門窗系統開發周期長、成本高、通用性差的缺點。

    1、現有門窗系統設計的現狀

    1.1、現有的門窗系統設計的現狀

    隨著我國人民生活水平的提高，功能性、操作性和裝飾性都很強的門窗越來越受到更多的關注，因此一大批新型門窗產品也應運而生。但現有的新門窗系統設計中，型材、五金件、玻璃、膠條等材料，基本上沿用從國外引進的技術并逐步完善。型材廠、五金件廠、膠條廠、玻璃廠及門窗組裝廠等基本上各自獨立，不能以產品為中心形成一個完整的整體，進行整體門窗的設計。現有的開發過程其本上是先型材，再配五金件，再配膠條、玻璃等，采用串行的設計方式。所以存在的型材槽口及配套件雜、亂、差、不標準等狀況，導致門窗的整體性能得不到保證，配套件產品的通用性和互換性差等問題。

    而在建筑設計方面，設計部門基本上是按照甲方意圖進行門窗整體窗形的設計，流行什么設計什么，對各類門窗的性能、使用方法及制造安裝的性價比等不能綜合考慮，對門窗行業的引領力度較小。

    在使用方面，用戶對于門窗的知識也了解不多，一般只能按開發商的規劃而來，不能自己做主。其一般只知道有塑料門窗、鋁合金門窗、木門窗等，但同樣是塑料門窗，推拉窗和平開窗在性能上要相差很大；鋁合金門窗中斷橋鋁合金門窗與普通鋁合金門窗的性能差別也很大。

    1.2現有的門窗系統設計存在的問題

    1.2.1采用單一的串行設計方式，開發過程往往是型材廠設計生產出型材后，再找五金件配套門窗五金件，找玻璃廠配套玻璃，找膠條廠配套膠條等工作，在先期設計過程中無型材、五金件等的集成和交互設計，工作陷入設計、試制、修改設計、再試制的大反饋，致使開發周期延長，成本提高，開發出的產品失去市場競爭力。

    1.2.2設計工作雖然甩掉了圖板，但由于基礎技術仍然十分落后，如經驗數據缺乏積累、規范尚無系統總結、標準不夠完善齊備等，致使開發過程中仍存在大量的重復性勞動。甚至連現在使用多年的標準“C槽”、“U槽”等設計都不符合規范，造成五金件等無法選用，只能單獨配做。

    1.2.3設計與工藝、制造、質量等部門沒有信息集成。開發過程的局部雖然采用了一些高新技術，如CAD、CAM等，但由于信息不暢，難以形成集成制造系統的整體優勢。

    1.2.4門窗的試制過程計劃不周、管理不善，致使試制過程中各種更改單漫天飛，臨時的更改沒有及時進行整理，加劇了試制過程的混亂狀態。

    1.2.5開發過程工作流程不清，工作活動沒有明確的定義，影響進度。

    2、基于并行工程的門窗系統設計
    
    2.1并行工程的含義

    并行工程(CE，Concurrent Engineering)是近年來國際制造業中興起的一種新型企業組織管理哲理，旨在提高產品質量，降低產品成本和縮短開發周期。并行工程與傳統生產方式之間的本質區別在于并行工程把產品開發的各個活動看成是一個集成的過程，并從全局優化的角度出發，對集成過程進行管理和控制，同時對已有的產品開發過程進行不斷的改進和提高，以克服傳統串行產品開發過程大反饋造成的長周期與高成本等缺點，增強企業產品的競爭能力。其中心思想是在產品開發的初始階段——設計階段，即以并行方式綜合考慮產品生命周期中從概念形成到報廢處理的所有因素，以達到開發周期短(Time)、產品質量高(Quality)、開發成本低(Cost)、用戶滿意(Service)的目標。統計表明，設計階段的成本占產品全部成本的70%。并行工程的特點在于其集成性、并行性和交互性。

    本文結合并行工程思想，結合本企業的新產品開發過程實際，提出了門窗系統設計開發過程模式，以供參考。

2.2基于并行工程進行門窗系統設計的方法

   2.2.1門窗系統的含義

    現今的門窗在使用中，即要滿足其性能，如保溫性、氣密性、水密性、抗風壓性、隔音性、耐腐蝕性、耐候性、防盜性、防火性、絕緣性等，又要滿足其良好的操作性、美觀性、易維護性等。
    門窗系統是指構成門窗的各種材料經設計、加工、組裝成的具有一定功能的系統，門窗的主要功能由構成的材料來體現，各種材料的制造過程相對獨立，但各自的功能最終體現在門窗的使用上。因此，要明確概念，所有型材、五金件等的新產品設計都是為了滿足一個新的門窗系統，各種材料的設計均是其中的一部分，不是獨立存在的，而是和其它件的設計相輔相成的。型材的設計除自身的因素外，還要考慮五金件的安裝使用、玻璃的安裝、膠條的安裝及壓縮量等，五金件的設計要滿足門窗的正常開啟及其它功能，玻璃、膠條的設計充分滿足保溫、隔音等性能。只有對組成門窗的所有材料進行集成設計，綜合考慮發揮各自的特長，才能使門窗有很好的性能表現。

    2.2.2基于并行工程的思想進行產品設計的方法。

    1）設計要符合相應的行業標準和國家標準、建筑法律法規。從而保證設計過程中有法可依，有法必依。這些可以參考行業協會中的標準。建筑門窗配套件委員會于2005年6月初定了門窗型材槽口與配套件配合結構系統，主要是確定了二部分結構，一是鋁合金門窗型材槽口尺寸結構的確定，二是采用現有的《塑料門窗及型材功能結構尺寸》報批稿中規定的內容。由此對門窗系統的設計標準化方面大大提高了一步。

    2）建立共同的數據庫。大型的型材廠、五金廠、玻璃廠、膠條廠等要聯合起來，在不影響各自的企業機密的情況下建立并行工程的組織機構和開發環境，進行開放式設計和資源共享，建立共同的數據庫，以便進行集成設計。數據庫包括標準、型材的基本結構、五金件的結構尺寸、玻璃的性能尺寸、膠條的性能規格等一系列相關數據，同時也有各種經驗數據、專家經驗數據等，為門窗的設計標準化提供依據。如圖1、2、3所示的型材槽口圖，即為標準數據庫的內容之一。

    3）企業在新產品開發過程中要進行集成設計、交互式優化設計。先概念設計，再型材、五金件、玻璃、膠條等交互并行設計。交互式設計可以節省總體開發時間，優化設計可以利用就少的材料發揮最大的效益。

    4）采用計算機輔助設計的方法進行產品模擬，信息交流。利用虛擬制造技術和計算機網絡通信，在無產品的情況下通過圖形進行模擬組裝等試驗，以保證理論上的正確。同時不同地區的廠家可以通過計算機進行信息交流，以快速解決問題。

    5）建立良好的產品開發設計流程，不要急于求成，過程不能省略。

    6）建立良好的試驗檢驗制度，以減少不必要的損失。試驗檢驗是對設計結果的判定，在有條件的情況下盡可能先做試驗，驗證設計的準確度，減少損失。

    2.3基于并行工程進行門窗系統設計的流程

    2.3.1門窗系統設計的原則

    門窗系統設計的原則按照先大后小，先型材圖形初稿后再輔件交叉設計的原則。先確定哪種門窗能符合現有的國家關于節能門窗的標準，同時能滿足其主要使用壽命及性能。再確定主要的型材，型材是制造門窗的關鍵載體，是主要的受力件，確定型材類型后再確定開啟方式，由開啟方式再選擇五金件、玻璃、膠條等輔件。從而進行統一的過程設計。在型材設計的同時，就要交叉進行輔件的設計，才能形成一個門窗系統，不要等型材開發完成后再去配輔件，那將較困難且時間較長。

  按照先局部斷面再整體門窗的原則。經過局部型材、五金件等的模擬后，再模擬整體門窗的組裝情況進行設計，從而確定整體門窗的設計結果。

    2.3.2門窗系統設計的流程
    附件是一個新門窗系統設計流程圖，僅供參考。

　　3、基于并行工程的計算機輔助設計的應用

　　3.1 基于并行工程的門窗系統設計中采用計算機輔助設計的優點

　　1) 可以進行信息迅速交流。通過計算機網絡通信，可以將圖紙、文字等信息進行集成。建立這樣一種環境，使參加產品開發的每一個人都能瞬時地相互交換信息，以克服由于地域不同，組織、產品的復雜化，缺乏互換性的工具等因素造成的各種問題，做到把正確的信息在正確的時間以正確的方式傳遞給正確的人。

　　2) 通過計算機模擬，可以將型材、五金件、玻璃、膠條等件集中在一起，組裝成門窗,利用產品的電子圖形，可以進行二維或三維模擬。從而進行集中設計。采用虛擬制造技術，在計算機上模擬產品制造和裝配全過程。如在計算機上進行裝配零件的干涉檢驗、結合面的調整等，即利用電子模型代替實物模型。這樣可以快速判斷產品設計中結構尺寸是否合理，是否符合國標或行標要求；判斷五金件的設計安裝能否從理論上達到要求；判斷玻璃和壓條的尺寸是否符合常規要求等。有資料顯示，相對于實物模型只能對最終結果有50%的確定效果，電子模型可達到90%。

　　3) 可以減少重復勞動，由于大部分標準及法規等內容都可以存入計算機的數據庫中進行查找，就不需要人們再做大量的基礎工作，設計時只要查找數據庫進行使用就可以了。

　　4) 易于建立產品數據庫，為產品系統的標準化、模塊化和通用性打下基礎。

　　5) 易于進行優化計算，可以利用計算機軟件進行產品的結構力學計算，從而保證產品設計后能達到技術要求。

　　3.2 計算機輔助設計的方法

　　3.2.1 二維設計組裝模擬。

　　通過計算機可以進行型材、五金件等的二維設計。并可以將二維視圖進行組裝模擬，如圖4所示。直接可以看出理想狀態下，門窗關閉時型材、五金件、膠條的基本狀況，有無干涉的情況，五金件與型材配合情況，膠條的壓縮情況等。但這種模擬只能進行二維組裝等，對于三維狀態不能保證。因此在有條件的情況下可以進行三維模擬。

　　3.2.2 三維設計組裝模擬。

　　三維模擬即構成門窗的型材、五金件、玻璃等做成三維圖形，利用三維軟件的功能進行三維組裝模擬。其優點是立體感強，能夠在組裝過程中直接檢查零件的干涉現象。如圖5所示的是一個三維模擬情況。但三維模擬也有缺陷，一是對安裝后變形的產品如膠條等無法進行識別，既使可行也特別復雜，這部分還是要靠試驗得出結論。二是三維模擬較復雜，對人員素質水平要求高，計算機配置要求也較高。對一般企業采用二維模擬設計即可。

　　4、基于并行工程進行門窗系統設計的優點

　　新門窗系統設計開發過程應當是將傳統的串行方式轉換成并行工程方式，借助當代先進的計算機輔助設計(CAD)及網絡通信技術，將并行工程與我國制造企業生產實際情況相結合的產物，以便較快地應用于企業生產實際。這一模式有以下優點。
   1) 設計時間短。在數據庫建立好后，設計過程基本上以調用數據庫數據為主，加以特殊要求的設計和計算機模擬，可以使設計更符合標準，通用性更強。從而使設計時間減少。
    2) 產品質量高。通過計算機輔助模擬設計，可以達到90%的最終結果，使設計的成功性大大提高，質量趨于“零缺陷”，達到用戶滿意。
3)開發費用低。采用并行工程的方法進行設計開發過程中，只要有素質較高的人員和較高配置的計算機基本上就能滿足要求，而且中期不要再做多的投入。因為現行的產品設計變更都是在產品整個生命周期的后半部分發生的，這時發生的成本費用過高，流程與設計都難于改變。因此在前期設計開發階段的投入可以減少后期的更改費用，使總過程的費用最低。
    總之，為了推動我國門窗及配套件的標準化、通用性，加快高性能的門窗在市場上的應用，基于并行工程的門窗系統設計方法是值得推廣的。

來源:北新集團建材股份有限公司 作者:謝富冬