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DELMIA三维数字化装配工艺设计与仿真技术应用研究

2007/4/4    来源:e-works    作者:毕利文      
关键字:数字样机  工艺设计  瓶颈  并行工程  
基于数字样机的三维数字化装配工艺设计与仿真技术是现代数字化制造中的一门新兴学科,通过应用研究我们认为它解决了产品设计与加工制造之间的瓶颈问题,实现了并行工程。并且能够在产品实际装配之前找出产品、工艺与资源的缺陷,避免了资金、时间和人力方面的浪费。

一、引言

    在制造企业的生产流程中,工艺工作贯穿于整个流程当中。工艺设计处于产品设计和加工制造的中间环节,它是生产技术准备工作的第一步。工艺设计工作不仅涉及到企业的生产类型、产品结构、工艺装备、生产技术水平等,甚至还要受到工艺人员实际经验和生产管理体制的制约,其中的任何一个因素发生变化,都可能导致工艺设计方案的变化。工艺设计产生的工艺总方案、工艺路线和工艺规程是进行工装制造和零件加工装配的主要依据,它对组织生产、保证产品质量、提高生产率、降低成本、缩短生产周期及改善劳动条件等都有直接的影响,因此是整个生产流程中的关键性工作。但由于工艺设计技术的开发和应用远落后于产品设计技术和产品制造技术,以及制造业特有的传统的串行工作方式,使得工艺设计成为产品制造的瓶颈,并且占用了很长的产品研制周期。图.1

图.1工艺设计成为产品制造的瓶颈

    随着现代计算机技术、网络技术的发展,数字化工艺设计技术逐步发展起来,典型的代表就是CAPP(计算机辅助工艺设计)。CAPP虽然部分替代了人的手工劳动,缩短了工艺设计时间,降低了劳动强度,提高工艺文件的质量,缩短生产准备周期,但它没有根本改变传统的串行工艺设计模式。工艺人员根据产品图纸、工艺标准、工装、设备等,所做的工艺设计在车间实际生产(式制)时,还是要不断的更改,不能保证其工艺设计的合理性、适用性。

二、制造业工艺设计的现状

    工艺设计工作包含的内容和基本流程为:

    1、设计部门给出产品设计图纸后,首先要转到工艺部门进行工艺审查,工艺审查的目的是了解设计图上有关结构形状、尺寸公差、材料及热处理方法等方面的信息对其进行工艺性分析和审查(工艺性是指所设计的产品在能满足使用要求的前提下,加工制造和维修的可行性和经济性)。经过工艺审查后,工艺部门提出修改意见返回设计部门进行设计图的修改,此时产生的工艺文件是“工艺审查记录单”。

    2、设计部门在对产品设计图纸进行修改时,工艺部门同时要进行工艺总方案设计,此时的工艺文件是“工艺总方案”。

    3、修改后的产品设计图纸转到工艺部门后,工艺人员要进行工艺路线的编制及工艺规程的编制,基于工艺规程,工艺人员要完成如“设备汇总”,“工装汇总”等工作。对需要进行工艺装备设计的提出工装申请,由工装设计部门进行工装的设计。

    4、制造部门组织生产,物资供应部门组织物资供应。

    5、在产品生产过程中,根据实际情况,部分工艺规程的内容可能会有所调整和修改,相应的工艺汇总文件必须修改相关的内容。所有的工艺文件还要经过设计、校对、批准、标准化、会签等工作流程。见图.2


图.2产品研制流程

    6、产品经过试制、修改到最后定型,产品设计、工艺设计和共装设计也随之定型。
目前国内制造业在产品制造过程中处于重要地位的装配过程基本沿袭了数字量传递与模拟量传递相结合的工作模式,装配工艺的设计主要采用计算机辅助工艺过程设计系统进行,但仍然停留在二维产品设计的基础上。另外,工艺设计与产品设计存在着时间和空间上的差异,没有建立紧密的联系,无法进行协同工作。可以看到,由于受传统的设计、制造方法和工具的限制,产品的研制都是串行工作方式。工艺设计的时间大部分耗费在工艺与设计、工艺与制造的反复工作上。

    目前工艺设计的不足之处:

    1、产品设计的工艺性审查周期较长;

    要在产品设计打佯出图后,工艺部门才能对产品设计进行工艺性审查,针对可加工性和经济性对设计提出更改意见,一般周期都较长。然后,设计针对工艺提出的意见对设计图纸进行修改,若改动较大则大大延长设计周期,这是一个反复迭代过程。

    2、不能及时发现工艺方案、工艺路线以及工艺规程的设计中的错误;

    工艺设计中隐藏的错误难以在设计过程中被人为的发现,装配工艺的优化基本上是凭工艺员的经验,工艺设计中存在的问题往往要在产品实际装配过程中才被发现,但此时工艺设计错误已带来了产品、周期、人力和费用的损失。

    近年来,一些西方发达国家通过协同工作平台进行并行产品数字化定义,建立了全机数字样机,实现了数字化模块化设计与柔性制造,如波音777、JSF联合攻击机、A380等,大大缩短了研制周期,减少了工装,降低了成本,取得了明显的技术、经济效益。与此同时,数字化装配工艺设计与仿真技术也随着数字化制造技术的发展取得了实质性的进步,一些著名的飞机制造公司开始应用专用软件系统如DELMIA等进行装配工艺设计与仿真,利用车间执行系统实现了生产现场可视化装配。

    我国的飞机数字化装配技术现处于起步阶段,设计部门建立全机数字样机的工作已经取得实质性的成果,因此如何在数字样机基础上,结合我国的国情通过协同工作平台建立三维数字化装配工艺设计和装配过程仿真环境,实现产品设计、装配工艺设计、装配工装设计的并行工作方式,是我们需要急切解决的课题。

责任编辑:王阳
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