此文章为建筑门窗配套件行业技术交流会论文集所收纳论文，在此推出，谨想通过在门窗系统集成设计和交互设计中运用并行工程设计方法理念的论述，探讨如何缩短门窗系统开发周期，便于门窗及配套件后续开发的标准化、通用性，加快高性能门窗的市场应用。

    前言

    本文从并行工程的角度出发，对门窗系统的设计现状进行分析，并提出利用并行工程的方法进行门窗系统的集成设计和交互设计，以克服门窗系统开发周期长、成本高、通用性差的缺点。

    1、现有门窗系统设计的现状

    1.1、现有的门窗系统设计的现状

    随着我国人民生活水平的提高，功能性、操作性和装饰性都很强的门窗越来越受到更多的关注，因此一大批新型门窗产品也应运而生。但现有的新门窗系统设计中，型材、五金件、玻璃、胶条等材料，基本上沿用从国外引进的技术并逐步完善。型材厂、五金件厂、胶条厂、玻璃厂及门窗组装厂等基本上各自独立，不能以产品为中心形成一个完整的整体，进行整体门窗的设计。现有的开发过程其本上是先型材，再配五金件，再配胶条、玻璃等，采用串行的设计方式。所以存在的型材槽口及配套件杂、乱、差、不标准等状况，导致门窗的整体性能得不到保证，配套件产品的通用性和互换性差等问题。

    而在建筑设计方面，设计部门基本上是按照甲方意图进行门窗整体窗形的设计，流行什么设计什么，对各类门窗的性能、使用方法及制造安装的性价比等不能综合考虑，对门窗行业的引领力度较小。

    在使用方面，用户对于门窗的知识也了解不多，一般只能按开发商的规划而来，不能自己做主。其一般只知道有塑料门窗、铝合金门窗、木门窗等，但同样是塑料门窗，推拉窗和平开窗在性能上要相差很大；铝合金门窗中断桥铝合金门窗与普通铝合金门窗的性能差别也很大。

    1.2现有的门窗系统设计存在的问题

    1.2.1采用单一的串行设计方式，开发过程往往是型材厂设计生产出型材后，再找五金件配套门窗五金件，找玻璃厂配套玻璃，找胶条厂配套胶条等工作，在先期设计过程中无型材、五金件等的集成和交互设计，工作陷入设计、试制、修改设计、再试制的大反馈，致使开发周期延长，成本提高，开发出的产品失去市场竞争力。

    1.2.2设计工作虽然甩掉了图板，但由于基础技术仍然十分落后，如经验数据缺乏积累、规范尚无系统总结、标准不够完善齐备等，致使开发过程中仍存在大量的重复性劳动。甚至连现在使用多年的标准“C槽”、“U槽”等设计都不符合规范，造成五金件等无法选用，只能单独配做。

    1.2.3设计与工艺、制造、质量等部门没有信息集成。开发过程的局部虽然采用了一些高新技术，如CAD、CAM等，但由于信息不畅，难以形成集成制造系统的整体优势。

    1.2.4门窗的试制过程计划不周、管理不善，致使试制过程中各种更改单漫天飞，临时的更改没有及时进行整理，加剧了试制过程的混乱状态。

    1.2.5开发过程工作流程不清，工作活动没有明确的定义，影响进度。

    2、基于并行工程的门窗系统设计
    
    2.1并行工程的含义

    并行工程(CE，Concurrent Engineering)是近年来国际制造业中兴起的一种新型企业组织管理哲理，旨在提高产品质量，降低产品成本和缩短开发周期。并行工程与传统生产方式之间的本质区别在于并行工程把产品开发的各个活动看成是一个集成的过程，并从全局优化的角度出发，对集成过程进行管理和控制，同时对已有的产品开发过程进行不断的改进和提高，以克服传统串行产品开发过程大反馈造成的长周期与高成本等缺点，增强企业产品的竞争能力。其中心思想是在产品开发的初始阶段——设计阶段，即以并行方式综合考虑产品生命周期中从概念形成到报废处理的所有因素，以达到开发周期短(Time)、产品质量高(Quality)、开发成本低(Cost)、用户满意(Service)的目标。统计表明，设计阶段的成本占产品全部成本的70%。并行工程的特点在于其集成性、并行性和交互性。

    本文结合并行工程思想，结合本企业的新产品开发过程实际，提出了门窗系统设计开发过程模式，以供参考。

2.2基于并行工程进行门窗系统设计的方法

   2.2.1门窗系统的含义

    现今的门窗在使用中，即要满足其性能，如保温性、气密性、水密性、抗风压性、隔音性、耐腐蚀性、耐候性、防盗性、防火性、绝缘性等，又要满足其良好的操作性、美观性、易维护性等。
    门窗系统是指构成门窗的各种材料经设计、加工、组装成的具有一定功能的系统，门窗的主要功能由构成的材料来体现，各种材料的制造过程相对独立，但各自的功能最终体现在门窗的使用上。因此，要明确概念，所有型材、五金件等的新产品设计都是为了满足一个新的门窗系统，各种材料的设计均是其中的一部分，不是独立存在的，而是和其它件的设计相辅相成的。型材的设计除自身的因素外，还要考虑五金件的安装使用、玻璃的安装、胶条的安装及压缩量等，五金件的设计要满足门窗的正常开启及其它功能，玻璃、胶条的设计充分满足保温、隔音等性能。只有对组成门窗的所有材料进行集成设计，综合考虑发挥各自的特长，才能使门窗有很好的性能表现。

    2.2.2基于并行工程的思想进行产品设计的方法。

    1）设计要符合相应的行业标准和国家标准、建筑法律法规。从而保证设计过程中有法可依，有法必依。这些可以参考行业协会中的标准。建筑门窗配套件委员会于2005年6月初定了门窗型材槽口与配套件配合结构系统，主要是确定了二部分结构，一是铝合金门窗型材槽口尺寸结构的确定，二是采用现有的《塑料门窗及型材功能结构尺寸》报批稿中规定的内容。由此对门窗系统的设计标准化方面大大提高了一步。

    2）建立共同的数据库。大型的型材厂、五金厂、玻璃厂、胶条厂等要联合起来，在不影响各自的企业机密的情况下建立并行工程的组织机构和开发环境，进行开放式设计和资源共享，建立共同的数据库，以便进行集成设计。数据库包括标准、型材的基本结构、五金件的结构尺寸、玻璃的性能尺寸、胶条的性能规格等一系列相关数据，同时也有各种经验数据、专家经验数据等，为门窗的设计标准化提供依据。如图1、2、3所示的型材槽口图，即为标准数据库的内容之一。

    3）企业在新产品开发过程中要进行集成设计、交互式优化设计。先概念设计，再型材、五金件、玻璃、胶条等交互并行设计。交互式设计可以节省总体开发时间，优化设计可以利用就少的材料发挥最大的效益。

    4）采用计算机辅助设计的方法进行产品模拟，信息交流。利用虚拟制造技术和计算机网络通信，在无产品的情况下通过图形进行模拟组装等试验，以保证理论上的正确。同时不同地区的厂家可以通过计算机进行信息交流，以快速解决问题。

    5）建立良好的产品开发设计流程，不要急于求成，过程不能省略。

    6）建立良好的试验检验制度，以减少不必要的损失。试验检验是对设计结果的判定，在有条件的情况下尽可能先做试验，验证设计的准确度，减少损失。

    2.3基于并行工程进行门窗系统设计的流程

    2.3.1门窗系统设计的原则

    门窗系统设计的原则按照先大后小，先型材图形初稿后再辅件交叉设计的原则。先确定哪种门窗能符合现有的国家关于节能门窗的标准，同时能满足其主要使用寿命及性能。再确定主要的型材，型材是制造门窗的关键载体，是主要的受力件，确定型材类型后再确定开启方式，由开启方式再选择五金件、玻璃、胶条等辅件。从而进行统一的过程设计。在型材设计的同时，就要交叉进行辅件的设计，才能形成一个门窗系统，不要等型材开发完成后再去配辅件，那将较困难且时间较长。

  按照先局部断面再整体门窗的原则。经过局部型材、五金件等的模拟后，再模拟整体门窗的组装情况进行设计，从而确定整体门窗的设计结果。

    2.3.2门窗系统设计的流程
    附件是一个新门窗系统设计流程图，仅供参考。

　　3、基于并行工程的计算机辅助设计的应用

　　3.1 基于并行工程的门窗系统设计中采用计算机辅助设计的优点

　　1) 可以进行信息迅速交流。通过计算机网络通信，可以将图纸、文字等信息进行集成。建立这样一种环境，使参加产品开发的每一个人都能瞬时地相互交换信息，以克服由于地域不同，组织、产品的复杂化，缺乏互换性的工具等因素造成的各种问题，做到把正确的信息在正确的时间以正确的方式传递给正确的人。

　　2) 通过计算机模拟，可以将型材、五金件、玻璃、胶条等件集中在一起，组装成门窗,利用产品的电子图形，可以进行二维或三维模拟。从而进行集中设计。采用虚拟制造技术，在计算机上模拟产品制造和装配全过程。如在计算机上进行装配零件的干涉检验、结合面的调整等，即利用电子模型代替实物模型。这样可以快速判断产品设计中结构尺寸是否合理，是否符合国标或行标要求；判断五金件的设计安装能否从理论上达到要求；判断玻璃和压条的尺寸是否符合常规要求等。有资料显示，相对于实物模型只能对最终结果有50%的确定效果，电子模型可达到90%。

　　3) 可以减少重复劳动，由于大部分标准及法规等内容都可以存入计算机的数据库中进行查找，就不需要人们再做大量的基础工作，设计时只要查找数据库进行使用就可以了。

　　4) 易于建立产品数据库，为产品系统的标准化、模块化和通用性打下基础。

　　5) 易于进行优化计算，可以利用计算机软件进行产品的结构力学计算，从而保证产品设计后能达到技术要求。

　　3.2 计算机辅助设计的方法

　　3.2.1 二维设计组装模拟。

　　通过计算机可以进行型材、五金件等的二维设计。并可以将二维视图进行组装模拟，如图4所示。直接可以看出理想状态下，门窗关闭时型材、五金件、胶条的基本状况，有无干涉的情况，五金件与型材配合情况，胶条的压缩情况等。但这种模拟只能进行二维组装等，对于三维状态不能保证。因此在有条件的情况下可以进行三维模拟。

　　3.2.2 三维设计组装模拟。

　　三维模拟即构成门窗的型材、五金件、玻璃等做成三维图形，利用三维软件的功能进行三维组装模拟。其优点是立体感强，能够在组装过程中直接检查零件的干涉现象。如图5所示的是一个三维模拟情况。但三维模拟也有缺陷，一是对安装后变形的产品如胶条等无法进行识别，既使可行也特别复杂，这部分还是要靠试验得出结论。二是三维模拟较复杂，对人员素质水平要求高，计算机配置要求也较高。对一般企业采用二维模拟设计即可。

　　4、基于并行工程进行门窗系统设计的优点

　　新门窗系统设计开发过程应当是将传统的串行方式转换成并行工程方式，借助当代先进的计算机辅助设计(CAD)及网络通信技术，将并行工程与我国制造企业生产实际情况相结合的产物，以便较快地应用于企业生产实际。这一模式有以下优点。
   1) 设计时间短。在数据库建立好后，设计过程基本上以调用数据库数据为主，加以特殊要求的设计和计算机模拟，可以使设计更符合标准，通用性更强。从而使设计时间减少。
    2) 产品质量高。通过计算机辅助模拟设计，可以达到90%的最终结果，使设计的成功性大大提高，质量趋于“零缺陷”，达到用户满意。
3)开发费用低。采用并行工程的方法进行设计开发过程中，只要有素质较高的人员和较高配置的计算机基本上就能满足要求，而且中期不要再做多的投入。因为现行的产品设计变更都是在产品整个生命周期的后半部分发生的，这时发生的成本费用过高，流程与设计都难于改变。因此在前期设计开发阶段的投入可以减少后期的更改费用，使总过程的费用最低。
    总之，为了推动我国门窗及配套件的标准化、通用性，加快高性能的门窗在市场上的应用，基于并行工程的门窗系统设计方法是值得推广的。

来源:北新集团建材股份有限公司 作者:谢富冬