基于数字化装配工艺设计与仿真应用的相关性

宋鸽 李旭 胡晓娅 王超群 陈淑靖

摘要 近年来，伴随数字化设计制造技术于航空领取的运用与发展，利用数字化技术对相应零部件进行设计制造已经成为了现今飞机制造技术的大趋势，直到现在传统的装配技术设计还没有彻底解决在设计三维模型上的运用问题。因此提出了利用数字化装配工艺进行设计的办法，用其建设数字化装配工艺设计仿真平台，制订研发工具，最终达到数字化装配工艺设计的目标。本文主要对数字化装配工艺设计和仿真应用进行了分析，并通过对比的手法简要阐述其优势与不足之处。

【关键词】数字化装配工艺 设计 仿真应用

近些年，信息技术与数字化技术发展愈来愈快、愈来愈成熟，且逐渐应用到我国高端设备制造业发展与创新研究之中。现今国内航空制造领域，运用最为普遍的就是三维数字化设计技术，而以模型定义为基础的数字化设计、制造方法己然转变为了制造业的发展方向。三维模型也逐步替代了二维图纸，是高端产品制造期间的主要凭据，对传统工艺来说是一项极大的挑战。而对航空技术来说，装配工艺大多以经验为主，但设计环节却难以考虑到在实际安装中所遇到的问题或影响因素，导致装配期间经常会出现装配问题，对装配工艺设计的最终质量、效率和水准有了很大的影响。所以，针对航空发动机高要求的安全性能与精度、较短的制造期限与复杂的结构，需要创新出一种可以有效提升产品研发能力的方法，而数字化装配工艺设计恰恰能满足这一要求，还能有效提升企业核心竞争力，同时对装配工作起到一定的指导作用。

1 数字化装配工艺设计概述

数字化装配工艺设计主要是对数字化信息产品的充足运用与继承，使其设计信息的作用得到充分发挥，利用创新的工艺设计方法，将数字化产品设计与装配生产等实施方式连接起来，供给精准的工艺信息给装配现场作业人员，达到对装配人员进行指导的作用。

整个数字化装配工艺设计流程包含有搭建装配平台、进行装配技术规划、建立架构化工艺、仿真模拟装配流程、编订工艺卡片、建立工艺审签档案。装配平台的搭建主要是依据产品不同性能、专业化特征与相应标准等，而要有效利用其多层次的架构，需要和产品装配次序、制造资源布局、公司内部组织模式与相应工艺标准等各项要素相结合，局部调整装配流程，最终产生整个飞机零部件的安装程序。实质上，装配流程的建立是对装备部门与班组装配与生产任务进行了区分。建立工艺审签档案涉及到装配流程中的每个环节，要求各个节点任务完成后需要审签人签字确认，使得其操作信息完整地保存了下来，对后期的会签提供便利条件。

2 传统装配工艺设计方式上的特征与不足

2.1 二维的装配技术，表达内容不够直观

传统的装配设计核心在于工艺人员对装配流程抽象化的理解与熟悉掌握程度，之后将整个流程利用平面图展示出来，设计质量的优劣直接取决于工艺人员本身的经验与技术水准。实际运用中则需要安装人员依据二维设计图展开三维想象，逐步还原所有的装配内容、次序，所以很容易造成在理解上的失误，最终出现装配错误的情况。

2.2 难以和三维数字化背景下的装配工艺设计需求相符

通常在飞机研制期间，产品、工具等多个环节的传递均是二维设计图或文件，缺少或浅化了工艺设计在制造资源、装配技术上的知识和细节阐述，产品、工装的三维数据难以发挥作用。

2.3 难以检验三维工艺设计

对传统的工艺设计来说，其检验与验证能力并不佳，很难早早地将装配期间所需要的各种难题展现出来，比如操作空间的大小等，这些问题通常会在装配过程中一一体现出来，对整个飞机的研发进度与质量产生了严重的影响。

2.4 缺乏对科学工艺設计的改善手法

传统工艺设计多采用二维阐述的方法，在工艺设计修改、操作时间长与方案设计质量高低等问题上完全以经验为主，缺少在定性或定量上的客观研究，设计质量也会有所差别。同时在生产流程设置、装配次序安排、制造资源运用等多个方面都不合理，很难对其进行定量控制，后期便需逐步改良，无形中延长了研发期间，加大了研发成本。

3 数字化装配工艺和仿真运用优缺点

该项技术主要是利用计算机供给的虚拟空间，结合相应知识管理的定义，就产品、工具、工艺流程等各个方面均可用数字化模型的方式进行展示的所有行为，使得单个飞机装配的整个过程可以完整的展现在人们眼前，其展现形式主要采用了三维可视化技术与交互性虚拟现实环境。

对数字化装配工艺与流程方针技术的合理运用，能提早暴露出在实际装配期间所产生的产品与工装技术偏弱、未设置合理的工艺流程与站位工作量等多种问题，并准备好解决方案，直接提升了产品质量、减少了装配时间，使产品研发风险和研发费用有大幅度的下降。

对比传统的装配技术，数字化工艺装配设计的优势主要为以下几点：

（1）利用产品设计各项数据作为基础，于原有项目设计图纸上通过补充、增添等工艺设计内容的方式，建设工艺装配实施模型，此设计方式能够为工程数据的唯一性提供保障。

（2）进行具体工艺设计时，设计人员在获知工艺信息、制造资源等具体数据上较为方便，同时给予了工艺设计非常安全与科学合理的支持，使得工艺设计的标准在一定程度上得到了提升，并增强了工艺设计质量、有效减少了制造费用和风险。

（3）对三维工艺设计与仿真技术的应用，可以让工艺人员采用多方位视角的方式，掌握设计各项数据，熟练地将其应用到工艺设计之中，并高效率地完成多工种工作，比如工艺设计和仿真、产品与工装的工艺性研究、改善工艺流程等。

（4）三维设计与仿真技术的应用成果能够利用文字、图画与录像等各种方式进行输出，且下游工作人员则不需任何专业技术培训工作，便能很好地、高效的利用这些数据完成任务，同时防止了在传统工艺文件二次理解失误的问题，使得下游工作人员的整体工作量降低了很多，加大了在产品数据上的运用效率，并提升了工作效率。

4 结语

通过对数字化装配工艺与仿真应用有缺点的分析，可以明显看到，科学有效的运用方式能够提早找出问题，制订解决方案，有效增强了企业工艺设计的质量，提升了装配效率，减少了产品研发周期，使研发成本与风险得以降低，对企业各种资源进行了整合运用。所以说，通过对数字化装配工艺设计和仿真应用于设计制造期间的运行分析，会涉及到工艺设计、工装设计、编制检查流程、及时发放并利用工艺文件等环节，并对各个环节进行了优化，而想要进一步对其进行利用和实施便要有一系列的系统和标准进行指导，深入推进企业在产品装配工艺设计水准上的提升，促进企业技术得到进步与革新。

参考文献

[1]韩炜，马平社.数字化装配工艺设计与仿真应用研究[J].中国科技信息，2014 （05）：127-129.

[2]南风强，网络协同数字化预装配理论及关键技术研究[D]，南京理工大学，2008.