結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)及仿真在鐵路客車中的應(yīng)用研究

李鵬宇

（長春軌道客車股份有限公司信息化部,長春 130000）

0 前言

隨著我國制造技術(shù)不斷發(fā)展，加上軌道交通產(chǎn)業(yè)迅速膨脹，使得軌道交通經(jīng)濟(jì)快速的成為了我國的經(jīng)濟(jì)支柱。軌道交通產(chǎn)業(yè)在社會(huì)中的地位越來越高，加上人們生活水平不斷提高，這也使得人們對(duì)軌道客車的要求越來越高，不僅在原有的安全基礎(chǔ)上，還需要朝著人性化、功能多樣化等方面不斷的改進(jìn)和完善，實(shí)現(xiàn)這些優(yōu)化和改進(jìn)，必須要依靠更為先進(jìn)和更為高效的設(shè)計(jì)制造體系才能夠達(dá)成，其中制造信息化技術(shù)將成為鐵路客車設(shè)計(jì)所必須依賴的工具。

1 結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)

（1）結(jié)構(gòu)化工藝結(jié)構(gòu)的建立。建立結(jié)構(gòu)化工藝結(jié)構(gòu)是鐵路客車結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)，建立結(jié)構(gòu)化工藝結(jié)構(gòu)能夠?qū)﹁F路客車的關(guān)聯(lián)部件、工裝工具、臺(tái)位、班組等之間的裝配關(guān)系進(jìn)行隨時(shí)的查看，從而能夠?qū)φw鐵路客車的裝配動(dòng)態(tài)、裝配優(yōu)缺點(diǎn)等進(jìn)行掌握，進(jìn)而進(jìn)行有效的優(yōu)化。

目前結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)中的三維結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)技術(shù)運(yùn)用的較為廣泛，其主要以EBOM為基礎(chǔ)，在Teamcenter軟件中的MSE模塊中實(shí)現(xiàn)，目前的工藝結(jié)構(gòu)的建立主要有兩種：一是人工手動(dòng)建立，手動(dòng)建立起時(shí)根據(jù)客車的要求，零部件的特點(diǎn)、工藝特點(diǎn)、安裝特點(diǎn)進(jìn)行針對(duì)性的建立；二是從工藝資源庫中根據(jù)同類型的鐵路客車和采用的典型工藝為模板進(jìn)行自動(dòng)結(jié)構(gòu)創(chuàng)建，再根據(jù)實(shí)際情況對(duì)系統(tǒng)建立的不完善的地方進(jìn)行修改或完善。工藝結(jié)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu)如下：先根據(jù)客車的節(jié)點(diǎn)建立起總工藝，總工藝中包含子工藝，每項(xiàng)子工藝中又有總工序，總工序中包含了子工序，子工序中的每個(gè)零部件都分配了對(duì)應(yīng)的工序，當(dāng)工藝結(jié)構(gòu)建立后則生成MBOM。

（2）零部件工藝的設(shè)計(jì)。結(jié)構(gòu)化工藝結(jié)構(gòu)建立后，接下來的工作則是對(duì)零部件的設(shè)計(jì)，零部件的工藝設(shè)計(jì)需要緊密的和鐵路客車的整體工藝關(guān)聯(lián)，如關(guān)聯(lián)相關(guān)的工裝、班組、臺(tái)位等。

（3）三維工裝設(shè)計(jì)。三維工裝設(shè)計(jì)作為整個(gè)設(shè)計(jì)工藝中的重要內(nèi)容，在未來也必將成為了設(shè)計(jì)的趨勢。利用MSE進(jìn)行二次開發(fā)能夠建立起工裝設(shè)計(jì)文件類型、工裝對(duì)象以及工裝設(shè)計(jì)任務(wù)書，從而實(shí)現(xiàn)基于CATIA三維工裝的設(shè)計(jì)。

（4）報(bào)表的輸出。當(dāng)工藝設(shè)計(jì)人員將整個(gè)客車的結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)完成時(shí)，系統(tǒng)的報(bào)表輸出功能能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)人員的各項(xiàng)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)打印出來，通過報(bào)表生成將鐵路客車的設(shè)計(jì)信息以報(bào)表的形式展現(xiàn)出來，如零部件的工藝參數(shù)、裝配序列、工藝要求等，然后將報(bào)表作為用于生產(chǎn)的依據(jù)。

2 模擬仿真

當(dāng)基于EBOM工藝設(shè)計(jì)任務(wù)完成后，設(shè)計(jì)的內(nèi)容是否能夠真實(shí)的滿足實(shí)際生產(chǎn)成為了考核設(shè)計(jì)是否科學(xué)、完善的重要內(nèi)容，通過以往的經(jīng)驗(yàn)來看，曾經(jīng)的二維CAD圖紙無法滿足模擬仿真驗(yàn)證，鑒于該情況，本文就選擇三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)由計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)模擬的裝配仿真和驗(yàn)證。Tecnomatix就是一套數(shù)字化制造較為科學(xué)完善的方法，其能夠幫助鐵路客車制造企業(yè)將客車、資源、使用的工藝等信息全面的關(guān)聯(lián)在一起，任何一個(gè)零部件的參數(shù)出現(xiàn)變化均能夠在對(duì)應(yīng)的元素上表現(xiàn)出來，從而讓設(shè)計(jì)工藝人員能夠準(zhǔn)確的掌握鐵路客車在制造過程中的所有信息，從而做出相應(yīng)的完善工作。以下就以某鐵路客車的典型工藝進(jìn)行模擬的裝配和仿真，具體步驟如下：一是先建立起模擬的裝配場景，模擬裝配場景根據(jù)以往實(shí)際裝配的經(jīng)驗(yàn)上建立，模擬裝配場景需要具有代表性，能夠反映出了真實(shí)的裝配問題；二是建立起所有鐵路客車的工藝資源關(guān)聯(lián)和行為模型，獲取工藝資料庫分類結(jié)構(gòu)中和需要進(jìn)行仿真工序相關(guān)的工具、工裝等，對(duì)所有需要使用到的資源進(jìn)行行為建模；三是實(shí)現(xiàn)模擬裝配，模擬裝配仿真采用的技術(shù)是上述提到的三維數(shù)字化模型，先進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)，然后在根據(jù)工藝資源庫中的實(shí)際零部件的工藝技術(shù)參數(shù)、裝配的流程，并充分的結(jié)合裝配的施工臺(tái)位、班組以及設(shè)備工裝等進(jìn)行模擬仿真，然后利用模擬裝配干涉檢驗(yàn)功能對(duì)模擬裝配組件與組件間、裝配組件與工裝工具間的關(guān)系進(jìn)行干涉檢測，以檢驗(yàn)出鐵路客車設(shè)計(jì)中各組件是否具有可裝配性。當(dāng)設(shè)計(jì)中的各組件可裝配性完全符合要求時(shí)則還需要模擬裝配過程中裝配人員的可操作性和舒適性，從中來檢測裝配人員是否難以操作、是否容易疲勞、是否受到空間限制等，最后根據(jù)所有的模擬仿真結(jié)果對(duì)組件的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，在滿足鐵路客車實(shí)際要求和工藝技術(shù)要求的同時(shí)讓裝配人員操作起來更加簡便和更加舒適。

3 結(jié)束語

本文主要分析了在Teamcenter環(huán)境下和Tecnomatix環(huán)境下的結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)和仿真，結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)的優(yōu)勢在于使鐵路客車在整個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)流程和步驟較為明確，能夠有效的減少工藝設(shè)計(jì)的周期，提高設(shè)計(jì)的效率，而模擬仿真則可以對(duì)結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證，檢測設(shè)計(jì)是否滿足實(shí)際的要求，在此基礎(chǔ)上對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和完善，以有利于制造出性能更優(yōu)越的鐵路客車。

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