航天產(chǎn)品裝配工藝規(guī)劃技術(shù)研究

王曉磊?彭松

摘 要 本文分析了基于MBD的航天產(chǎn)品裝配工藝規(guī)劃技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合航天產(chǎn)品裝備工藝的特征完成裝配信息建模任務(wù)，進(jìn)而形成新的裝配規(guī)劃與裝配仿真模型，分別提供給與之相對應(yīng)的工作單位作數(shù)據(jù)參考。此外，通過合理運(yùn)用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)理念，強(qiáng)化產(chǎn)品、工藝、工廠、資源四個(gè)主體之間的聯(lián)系，構(gòu)建新P-P-P-R裝配工藝模型。基于此，又憑借信息集成技術(shù)，創(chuàng)設(shè)了新的工藝信息模型，并總結(jié)了裝配工藝規(guī)劃流程和內(nèi)容。

關(guān)鍵詞 MED;航天產(chǎn)品;裝配工藝;工藝規(guī)劃

引言

航天產(chǎn)品生產(chǎn)的全過程里面最復(fù)雜、牽涉面最廣的就是裝配過程，該過程的工作效果直接影響了制造全過程的推進(jìn)速度、質(zhì)量和資本消耗量。通常情況下，航天產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造采用的是“研”與“制”分離模式，上游設(shè)計(jì)單位承擔(dān)產(chǎn)品設(shè)計(jì)責(zé)任，下游制造單位承擔(dān)接收數(shù)據(jù)圖踐行設(shè)計(jì)工序的責(zé)任。然而，雖然設(shè)計(jì)所會(huì)利用三維軟件完成設(shè)計(jì)任務(wù)，但是三維模型只能發(fā)揮輔助作用，關(guān)鍵還是要看二維圖紙是否傳遞到下游單位、是否確定產(chǎn)品定位。

1基于MBD的裝配信息建模

1.1 產(chǎn)品MBD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

從概念上看，MBD就是一種憑借集成三維實(shí)體模型表達(dá)具體產(chǎn)品定義情況的手段。它用圖形表述和文字表述兩種方式，直觀或間接地展示了一個(gè)材料的物理性能和功能需求，進(jìn)一步調(diào)整了航空產(chǎn)品的尺寸大小、規(guī)格性能、最低偏差等信息，形成了符合當(dāng)代制作工藝需求的、三維的、數(shù)據(jù)表現(xiàn)方式。

1.2 基于MBD的裝配信息建模

一般情況下，設(shè)計(jì)單位會(huì)站在零件級的角度上發(fā)布定義零件功能的MBD模型，這類模型僅包含零件的終極形狀和相關(guān)工藝信息，缺失了零件裝配過程里面的工藝信息。若想在裝配工藝規(guī)劃活動(dòng)中，全面提高M(jìn)BD模型的利用率，必須在原有模型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)之上，添加標(biāo)記、注解、裝配工藝屬性等成分，最終形成新的裝配工藝參考模型。在此期間，為了滿足工藝規(guī)劃活動(dòng)所需的仿真和分析要求，需要利用輕量化處理手段調(diào)整MBD模型，進(jìn)一步形成面向仿真分析活動(dòng)的裝配模型。從整體上看，將裝配規(guī)劃模型與裝配仿真模型糅合到一起就是MBD裝配模型。分開來看，裝配規(guī)劃模型沿用了MBD模型所使用的CAD數(shù)據(jù)格式，一定程度上保證了數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)的完整性。不過，現(xiàn)階段所應(yīng)用的商業(yè)CAD軟件形成的三維模型數(shù)據(jù)量較大、處理難度較大、工作效率較低，并不能滿足裝配工藝可視化仿真與分析需求。再加上，不同性質(zhì)的CAD軟件之間不能有效地兼容數(shù)據(jù)，極大地限制了仿真環(huán)境下數(shù)據(jù)交流與數(shù)據(jù)共享行為。也正因如此，急需一個(gè)統(tǒng)一的輕量化模型承載設(shè)計(jì)信息，并滿足三維模型交互渲染與數(shù)據(jù)系統(tǒng)兼容需求。從近幾年的輕量化技術(shù)集合里可以得知，比較有特點(diǎn)的就是JT與3DXML。前者是一個(gè)國際性的、公認(rèn)的、嚴(yán)格的約束指標(biāo)，能夠滿足各個(gè)產(chǎn)品周期下三維產(chǎn)品的數(shù)據(jù)可視化與共享需求[1]。

2基于MBD的裝配工藝建模

2.1 基于MBD的裝配工藝模型

MBD模型通過數(shù)據(jù)接口進(jìn)入數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃平臺以后，工藝人員會(huì)依照特定的裝配工藝模板，并結(jié)合人機(jī)交互手段完成裝配工藝規(guī)劃任務(wù)，進(jìn)一步形成裝配文件的數(shù)字化表達(dá)辦法。將數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化思想融入裝配工藝規(guī)劃時(shí)，能夠全面提高M(jìn)BD模型的數(shù)據(jù)集成性和一致性，進(jìn)一步強(qiáng)化各部門及用戶之間的數(shù)據(jù)聯(lián)系，從根本上保障裝配工藝規(guī)劃的效能與質(zhì)量[2]。

3基于MBD的裝配工藝規(guī)劃

3.1 基于MBD的裝配工藝規(guī)劃

結(jié)合運(yùn)載火箭的具體裝配規(guī)劃流程來看，裝配工藝規(guī)劃體系囊括了六大環(huán)節(jié)。第一，裝配活動(dòng)基本信息建模環(huán)節(jié)。工藝師在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上，憑借標(biāo)記、注釋等方式完善信息結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步生成裝配規(guī)劃模型。在考慮到可視化仿真與分析需求的基礎(chǔ)之上，公益者會(huì)認(rèn)真落實(shí)輕量化處理措施，立即添加仿真分析方面的標(biāo)記與注解，進(jìn)一步生成具體的參考模型。第二，工藝分工環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)會(huì)考慮裝配規(guī)劃，并在基礎(chǔ)之上分析產(chǎn)品，結(jié)合產(chǎn)品特點(diǎn)和裝配習(xí)慣確定工藝分割面，進(jìn)一步生成獨(dú)立的裝配任務(wù)。第三，裝配工藝建模環(huán)節(jié)。在每個(gè)工藝師收到分發(fā)下來都裝配任務(wù)時(shí)，會(huì)按照工藝、工序、工步三層原則創(chuàng)建裝配工藝結(jié)構(gòu)樹，進(jìn)一步強(qiáng)化工藝與產(chǎn)品之間的聯(lián)系。第四，裝配工藝規(guī)劃環(huán)節(jié)。此環(huán)節(jié)會(huì)考慮裝配順序、路徑以及工人實(shí)踐操作情況，并利用輕量化手段完成仿真分析任務(wù)，進(jìn)一步落實(shí)工藝調(diào)整與優(yōu)化工作。第五裝配工藝簽審環(huán)節(jié)。在經(jīng)過專業(yè)人士的簽審認(rèn)證以后，才能發(fā)布具體的裝配活動(dòng)流程。第六裝配工藝變更環(huán)節(jié)。一旦發(fā)現(xiàn)問題，則需再次經(jīng)歷簽審活動(dòng)，審批合格后才能完成發(fā)布。

3.2 基于MBD的可視化仿真與分析

在深入研究這一問題時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)該體系一般包括以下幾個(gè)具體步驟。其一，是裝配順序及路徑方面的仿真與優(yōu)化?；谌S立體模型，工作人員需要分析做零部件的運(yùn)動(dòng)路徑以及排他性或干擾性。其二，是人因工程仿真與分析。通過模型與動(dòng)態(tài)模擬輸出人機(jī)功效分析結(jié)果，再通過一系列的分析和調(diào)整活動(dòng)，進(jìn)一步優(yōu)化工位布局效果。

4結(jié)束語

綜上所述，基于對航天產(chǎn)品裝配工藝的合理化考量，本文結(jié)合MBD設(shè)計(jì)模型分析了裝配工藝規(guī)劃技術(shù)，構(gòu)建了實(shí)踐裝配所需的可視化與輕量化的裝配仿真模型。與此同時(shí)，又引入了P-P-P-R結(jié)構(gòu)理念，創(chuàng)設(shè)了新的、符合各項(xiàng)應(yīng)用產(chǎn)品的實(shí)際工藝流程，并結(jié)合專業(yè)的概念總結(jié)了信息化的表達(dá)手法。而后，依照火箭的裝配工藝規(guī)劃，結(jié)合優(yōu)化輕量化模型的仿真與分析手段，提出了具體的裝配工藝規(guī)劃流程與內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)

[1] 丁熙，阮超，孫燕，等.航天科工集團(tuán)裝備智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系框架研究[J].航天標(biāo)準(zhǔn)化，2019，（2）：14-17.

[2] 梁丹，劉輝，李世龍.面向航天產(chǎn)品質(zhì)量保證的數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)總體設(shè)計(jì)[J].航天制造技術(shù)，2019，（1）：49-53，59.