數(shù)字化裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)

王 健

中車長春軌道客車股份有限公司

數(shù)字化裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)

王 健

中車長春軌道客車股份有限公司

傳統(tǒng)的裝配工藝設(shè)計模式中，產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)以二維形式發(fā)布，制造依據(jù)是二維數(shù)據(jù)；工藝設(shè)計仍采用二維方法，設(shè)計制造數(shù)據(jù)之間缺乏相關(guān)性；裝配仿真需要根據(jù)二維圖紙重構(gòu)三維模型；工藝審簽發(fā)布過程中仍采用二維形式發(fā)布，二維作業(yè)指令是現(xiàn)場制造的依據(jù)。設(shè)計數(shù)據(jù)在工藝設(shè)計環(huán)節(jié)的繼承性差、重用性差、集成度低。裝配工藝多憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計，工藝人員在工藝設(shè)計階段無法或很少考慮實(shí)際裝配環(huán)節(jié)中的各種因素，使產(chǎn)品在裝配時常常發(fā)生各種裝配問題，嚴(yán)重影響了裝配工藝設(shè)計的質(zhì)量、效率和水平。因此，為了滿足高速動車組結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造精度高、制造周期短、可靠性要求高等研制需求，提高產(chǎn)品核心研制能力，必須進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新，探索出一種新模式來滿足企業(yè)數(shù)字化裝配工藝設(shè)計發(fā)展需求，提高企業(yè)競爭力。

數(shù)字化裝配；工藝設(shè)計；系統(tǒng)

1 傳統(tǒng)的裝配工藝設(shè)計方法

1.1 裝配工藝設(shè)計屬二維方式，表述不直觀

傳統(tǒng)二維工藝設(shè)計由工藝人員抽象理解，形成立體的裝配空間與操作順序，然后用平面(二維)方式表述。工藝設(shè)計的優(yōu)劣主要由工藝人員個人的工作經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)水平?jīng)Q定。操作者再根據(jù)二維的工藝設(shè)計在大腦中再次構(gòu)建三維裝配空間，將裝配內(nèi)容、操作順序反向還原，這樣非常容易產(chǎn)生理解的二義性，造成裝配錯誤。

1.2 無法進(jìn)行三維工藝設(shè)計驗(yàn)證

傳統(tǒng)工藝設(shè)計不具備驗(yàn)證能力，無法及時將裝配中的干涉、操作空間開敞性、工具可達(dá)性等問題提前暴露。這些問題在實(shí)際裝配階段才會反映出來，必然會影響產(chǎn)品研制的進(jìn)度和質(zhì)量。實(shí)際的型號研制也表明，在試制階段裝配車間的工藝人員大約80%的時間用于處理各類現(xiàn)場裝配問題。

1.3 缺少科學(xué)的工藝設(shè)計優(yōu)化手段

由于傳統(tǒng)工藝設(shè)計以二維表述為主要方式，工藝設(shè)計更改、優(yōu)化周期長，方案優(yōu)劣依賴個人經(jīng)驗(yàn)，缺乏定性定量分析手段，工藝設(shè)計質(zhì)量因人而異。在生產(chǎn)節(jié)拍的安排、裝配順序設(shè)計、制造資源的使用等方面缺乏合理地、定量地控制，需要在后續(xù)過程中不斷進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，增加了研制的周期與成本。

2 裝配工藝設(shè)計與仿真平臺

以PDM系統(tǒng)為核心，集成裝配仿真軟件Visualization Mockup和Visio構(gòu)建裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)平臺。平臺基于PDM系統(tǒng)進(jìn)行集成開發(fā)，由Teamcenter作為數(shù)據(jù)管理平臺，并在其基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理、可視化、更改、流程管理；Teamcenter Engineering實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和文檔管理；Teamcenter Manufacturing實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計，仿真資源管理。該裝配工藝設(shè)計平臺具有數(shù)據(jù)集成性高、實(shí)用性強(qiáng)、開放性好的特點(diǎn)?？蓪?shí)現(xiàn)Teamcenter平臺與Mockup仿真軟件之間信息數(shù)據(jù)交互與關(guān)聯(lián)管理，建立產(chǎn)品、工藝、工裝、設(shè)備、仿真動畫文件等關(guān)聯(lián)關(guān)系，方便相關(guān)工藝數(shù)據(jù)的查詢和匯總，支持輕量化JT模型的生成與關(guān)聯(lián)管理，滿足與相關(guān)系統(tǒng)的工藝信息集成化應(yīng)用需求。

3 數(shù)字化裝配工藝設(shè)計

3.1 裝配BOM構(gòu)建

為了便于產(chǎn)品生產(chǎn)制造，制造企業(yè)工藝員需要依據(jù)設(shè)計BOM，同時考慮產(chǎn)品裝配順序、企業(yè)生產(chǎn)組織形式、制造資源分布以及相關(guān)的工藝規(guī)范等因素，對設(shè)計BOM進(jìn)行部分調(diào)整，形成裝配BOM。裝配BOM實(shí)質(zhì)是各裝配部門或班組的裝配工藝業(yè)務(wù)和生產(chǎn)任務(wù)的劃分。平臺提供直觀的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)使用界面，在系統(tǒng)三維可視化環(huán)境下基于設(shè)計BOM，創(chuàng)建、編輯BOM結(jié)構(gòu)，考慮產(chǎn)品裝配順序、企業(yè)生產(chǎn)組織形式、制造資源分布以及相關(guān)的工藝規(guī)范等因素，構(gòu)建ABOM支持產(chǎn)品結(jié)構(gòu)相關(guān)的三維模型和技術(shù)文件顯示查看。

3.2 裝配工藝規(guī)劃

裝配序列規(guī)劃。通過求解零件的拆卸順序來獲得零件裝配順序。一般可根據(jù)拆卸法和爆炸圖等方法實(shí)現(xiàn)裝配序列的設(shè)計。裝配序列規(guī)劃確定了零件裝配的順序，但沒有確定零件按照什么方向或路徑裝配。在裝配過程中，每個零部件都是沿著初始的裝配軌跡運(yùn)動到目標(biāo)位置，若移動過程中不和其他零部件發(fā)生碰撞，則稱這樣的運(yùn)動軌跡為該零部件的(可行)裝配路徑。裝配路徑規(guī)劃就是按照裝配序列給出每一個零部件單獨(dú)的裝配路徑方式。

3.3 裝配過程仿真

在基于結(jié)構(gòu)化的裝配工藝中，利用虛擬仿真技術(shù)，對裝配過程進(jìn)行虛擬驗(yàn)證，事前校核裝配方案的可行性，提高首件裝配的一次成功率。(1)裝配干涉分析：分析產(chǎn)品與夾具、設(shè)備之間的干涉和操作空間情況。(2)裝配過程仿真：裝配干涉檢查；裝配順序和路徑定義；工裝、夾具干涉檢查。(3)裝配容差仿真：尋求滿足公差要求的最佳裝配過程以及相關(guān)因素。(4)工藝布局仿真：在三維工藝布局中，按照已經(jīng)設(shè)計好的裝配工藝流程，進(jìn)行產(chǎn)品、資源、流程及操作者之間融為一體的三維動態(tài)仿真，使工作現(xiàn)場更加符合工藝布局原則。

3.4 工藝卡片編制

卡片中物料資源信息可從系統(tǒng)集成的制造資源庫中提取資源、物料信息(包括裝配零件、輔料，資源信息包括工裝、設(shè)備等)進(jìn)行填寫，當(dāng)信息更改時，卡片內(nèi)容會自動更新。平臺通過開發(fā)生成報表功能，支持工藝信息匯總輸出。在卡片內(nèi)容填寫完成后，可利用開發(fā)的“生成報表”功能生成零件目錄表、工夾具設(shè)備表、工藝輔助材料表，系統(tǒng)會自動提取結(jié)構(gòu)化的制造工藝數(shù)據(jù)，自動匯總零件目錄、工裝夾設(shè)備表和輔助材料表等信息。

保存文件自動輸出PDF。系統(tǒng)保存時，將Visio中卡片文件保存，自動將文件轉(zhuǎn)換成PDF文件，并將PDF文件以數(shù)據(jù)集的形式掛到對應(yīng)工序節(jié)點(diǎn)下管理，每次更改保存PDF數(shù)據(jù)集都會自動進(jìn)行文件更新。

結(jié)語

就目前來看，數(shù)字化工藝設(shè)計與仿真在設(shè)計制造并行工作、工藝設(shè)計過程、工裝設(shè)計過程、檢驗(yàn)程序制定、工藝文件發(fā)放與使用、生產(chǎn)組織模式的等多方面都與以往有很大不同，它的深入應(yīng)用與實(shí)施需要一整套的體系及規(guī)范來指引。需要眾多部門共同協(xié)作，打破以往產(chǎn)品研制模式，更為廣泛與深入地進(jìn)行研究，制定一套合理可行制度與措施，從而真正意義上實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的數(shù)字化制造。

[1]姚英學(xué)，毛維華，夏平均.一種數(shù)字化裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)的裝配建模方法[J].現(xiàn)代制造工程，2009，09：79-82.

[2]華軍.船用柴油機(jī)數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)的開發(fā)[D].江蘇科技大學(xué)，2012.