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面向装配创新工艺设计模式的研究与实践

2017/9/6    来源:e-works    特约撰稿人:李蓉  夏春山      
关键字:工艺设计  装配  Teamcenter  

1 创新装配工艺设计模式的必要性

    产品的工艺设计周期占产品研制周期的40%-60%,在很大程度上影响着产品的质量和经济性。对比其他工艺,产品的装配费用占整个生产成本的30%-50%,而传统装配工艺的二维设计手段,无法对过程进行预判,几乎没有装配工艺分析能力,工艺设计模式与手段也十分落后,这与其在整个产品研制周期的比重极不相称。

    原始装配工艺拘泥于传统,主要依靠手工设计、人工汇总、纸件传递完成工艺设计过程,工艺数据(包括工艺规划、零件统计表、资源使用表、检验数据表、型号汇总表、特性数据表等)无法实现有效组织、自动汇总、传递和采集,管理部门甚至通过对工艺设计过程衍生数据的重复审定实现控制与闭环,无论从工艺设计手段和管理手段上看,由于对工艺数据影响范围、价值认知、手段途径的匮乏,无法完成工艺过程特性数据、分析类数据的提炼、积累,导致企业不能高质、高效完成对产品分析数据的系统化采集,不能为产品的研制提供及时、有效地信息反馈,制约了产品的升级与转型,且设计结果(工艺卡片)的表达手段单一,表达方式不直观,手段不丰富,需要操作人员具有较强的读图和空间想象能力,从而导致现场验证成本高,新产品推出周期长,不利于企业的创新和发展。

    企业为了要在最短的时间内高质量完成产品的制造任务,加快产品的升级和改型,就必须加大装配过程研制的投入,装配工艺的设计也要从观念及手段上突破传统方法,关注从产品设计源头至工艺设计结果的改进和优化。而不论强调实践成果的总结和经验传承的二维设计手段,还是目前企业普遍使用的三维设计和仿真预判评价手段,企业都需要最终将其结果纳入工艺设计过程,并将所有有价值工艺信息传递到下游。因此,创新装配工艺设计模式势在必行,本文着重介绍基于Teamcenter创新装配工艺设计模式的研究与实践。

2 创新装配工艺设计解决方案

    2.1 实现装配工艺设计结构化

    创新装配工艺设计首先要关注就是产品数据的合理组织。由于研究范围及深度的局限性,对于装配工艺管理而言,产品数据组织的第一步是完成工艺的结构化,其意义是通过有效整合产品和资源,形成工艺准备阶段过程数据组织和输出规则,并完成初步的技术实践。图1涵盖了结构化工艺管理的一般形式。装配工艺也必须按照同样的模式执行。装配工艺准备过程分为装配方案设计、装配工艺详细设计(考虑检验检测)、工装设计三个结构化的阶段。

    2.1.1 装配方案设计结构化

    为实现各部门的协同作业,工艺方案规划必须根据设计任务和产品功能的要求,充分考虑技术水平、制造基础资源等因素,确定对产品工艺的分解方式,拟定工艺规划,其结构化的程度为工艺树模型的确定和各个子模型的通用属性定义。

图1 结构化工艺管理系统

图1 结构化工艺管理系统

    通过Teamcenter工艺结构管理器进行工艺信息模型的定义与管理,零件的工艺结构树是主要的规划形式,其用来管理工艺抽象几何拓扑信息和几何拓扑信息的逻辑形成过程。它按照构成工艺的路数关系将各工艺模块组织起来,装配工艺主要依托工艺、工序、工步之间的层次关系管理工艺信息。

    2.1.2 装配工艺详细设计内容结构化

    装配工艺详细设计是根据正式发放的工程数据和工艺方案要求,对所有装配工艺设计过程的数据进行规划和整理,形成利于优化装配工艺编制的数据组织形式,同时在此基础上扩展,将工艺过程中预计增加的参数和属性附加至工艺管理最底层的操作步骤属性定义中,完成详细设计内容结构化,从而保证工艺数据具有承上启下作用。

    1)设计数据的处理

    对于装配工艺设计人员,需要经常性查看设计图纸,由于装配图零件较多、数据加载速度慢,因此对于设计的MBE模型需要进行批量的轻量化处理。设计数据作为工艺设计的源头,应为下游的制造企业提供工艺准备的所有基础信息,以便于流水的编制和工艺的编制,其中包括来源地、产品编码、特性、材料、型号等,这些属性信息需要能够纳入工艺结构管理器,并能够保证直接参与工艺设计过程,完成属性的提取与继承。

    2)工艺结构调整与维护

    在考虑工艺与生产能力的基础上,以工程BOM为原型,通过定义工艺路线,添加工艺组合件等操作,构建工艺BOM,并保证其物料项种类总数量与工程BOM一致,工艺BOM作为装配工艺唯一的数据来源,需要涵盖通用的属性定义,并根据工艺BOM的应用范围定制特定的类型,如大零件、小零件等,另外还需要定义与装配工艺的关系,并能够保证装配工艺对工艺BOM的引用,以便对这部分信息的提取。

    工艺编制基础数据定义:①文字信息的结构化。工艺编制信息包括工艺的信息、工序的信息、工步的信息,即生成工艺规程的基础数据信息,其中工步的信息量最大,包括集件信息、资源引用、操作描述、图片说明,为了保证装配工艺的快速设计,需要为工步设计提供单独的页面,该页面应能反馈所有工步编制过程的需要信息。②工艺目录的形成。工艺的目录是在所以详细设计完成后进行的,由于装配工艺中涉及的目录品种较多,因此对各种资源均需要在工艺产品结构树中由工艺编制者定制好,而后利用装配工艺规程生成的逻辑将所有的信息统计和重组,形成工艺目录。

    3)基础数据

    基础数据维护包括三维数模的维护、装配工艺知识信息、工艺过程参数的录入和定义。而装配工艺知识库需要对知识种类进行归类,包括装配工艺通用知识(标准、规范、手册等指导性、理论性知识及常见问题)、装配工艺模板知识(典型工艺实例、典型工艺片段、常用工艺操作、标准工艺术语等)、装配工艺决策元知识(工装资源库、标准件库、材料性能库及定位方法选择性知识、工装资源选择知识等);工艺过程参数是对各类涉及检验检测类的数据,这些数据通过结构化的手段,可以为其数据提取与传递做好准备。

责任编辑:郝秋红
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