产品装配过程三维仿真及精益实践

苏文瑾， 张树平， 张　健

（山西汾西重工有限责任公司， 山西　太原　030027）

引言

精益生产，是一种以客户需求为拉动，以减少浪费和不断改善为中心，使企业投入最少的资金，得到最大收益的一种全新生产过程[1]。而企业生产最重要的一个关键流程是产品装配，它投入资金的多少对于产品成本会有直接关系，同时其质量直接决定着产品是否可达到最初设计要求和用户需求。

产品装配过程是属于多级生产过程，因此装配过程可通过合理划分工步，控制每一个工步的装配，从而带动整体部件的装配质量和成本，这样对公司精益生产有着举足轻重的作用。

本论文细化了装配工步、监控成本及质量控制影响因素，确保每一个过程的特性满足客户要求。同时将数据采集技术、建模理论、质量控制方法和人工智能等方法有机结合，实现精益生产与装配过程质量控制相结合的目的[2]。

1　装配工艺仿真精益生产与实例分析

本论文以厂内离散型产品部件为例来论述。此型产品其主要特点是精度高、运动性能好，如图1所示。

图1　部件示意图

但参与此离散型部件的装配零件数达到316个之多，纵观整个装配过程，极其复杂，交验点繁多。一旦有疏忽，则会影响整个部件的装配质量，同时在其装配过程中某些过程不可逆，一旦重新装配，将会带来严重的经济损失。

在装配过程中工艺不是一成不变，实现精益生产的过程中，可以利用三维仿真。编制多种装配工艺后，将多种装配工艺进行模拟，从中选取最优方案，从而提前发现风险点，降低装配难度，提高产品质量，降低生产成本，提高生产的精化生产管理程度。

1.1　提取三维模型数据

产品设计数据管理系统中获取产品三维模型数据，从工装资源库、制造资源库中获取工装、工具、设备和工厂等资源模型,并实现这些模型在产品全生命周期中的唯一数据管理，保证数据和模型的唯一正确性[3]。

将整个零部件全部做成三维模型，形成三维模型数据库，根据每一种装配工艺，在软件中进行模拟装配，例如下图装配操作孔盖，如下图2所示。

图2　孔盖装配示意图

1.2　装配工艺规划

1.2.1　装配过程的模块化划分

同系统的零件在同一组（生产线）装配，这样分门别类，就可以在装配过程中防止错装、漏装。整个零部件装配应使用模块化进行装配。将此部件分离出：大段模块、电机模块、尾段模块，这三个大模块模块，然后再将大模块划分出下一级低等的模块。模块尽可能在总装前将其剥离出工序，减少在总装过程中的工作量，增加总装员工的装配空间，有效防止在总装时错装、漏装。

1.2.2　装配过程的工艺规划

装配工艺规划主要包括装配顺序规划（或装配序列规划）和装配路径规划。装配顺序是描述产品装配过程的重要信息之一，是装配规划的重要组成和核心内容，装配顺序的优劣将直接影响到产品的可装配性、装配质量、装配效率和装配成本。

目前将根据装配的各个难点，将此部件的装配过程细化为5个工序，45个工步：开箱检查、分解清理部件、更换零件、装配及调试、进箱。如下图3所示：

图3　零部件装配过程

1.3　装配工艺仿真

装配最重要的是检查其是否干涉，此时，将参与装配的零部件作为检查对象。将装配的零部件与其它零部件有不同程度的接触，看装配过程是否装配工艺编排合理。

在装配前，将三维模型的虚拟装配操作进行模拟演示，可以给装配人员直观的解析。在此期间不可逆的过程也通过装配过程仿真动画进行模拟以便判断装配操作的可行性，并获取统计数据。通过不同方案的装配工艺的仿真，暴露装配过程中的弊端，如图4所示。

通过三维仿真模拟出最优的装配方案，将其装配过程实时利用视频阐释出来。将工艺传达给装配人员，不但是对于装配人员是一种培训，同时也是对于装配工艺的一种校核，装配仿真过程直接视频的演示，使装配人员更容易理解装配工艺，减少了装配过程反复与人为差错。

图4　模拟实验

2　结语

三维过程仿真在装配过程中的应用，是将精益生产应用于生产的一个明显的实例，不但将装配难点解决，同时规避装配风险，在提高装配效率的同时，也降低了实际生产的成本。在数字化生产中，体现了明显优势：

1）发掘装配问题，优化装配工艺。在此部件装配之前，通过装配过程仿真，及时发现产品设计、工艺设计、工装设计存在的问题，保证了产品装配的质量。

2）装配工艺视频化，突破传统工艺方法。

3）降低生产成本，将精益生产的实际应用化。

[1]耿国栋.基于精益生产的企业成本控制研究[D].青岛：中国石油大学（华东），2007.

[2]赵家黎.基于SOV理论的过程质量控制方法研究[D].天津：天津大学，2006.

[3]赵甸忠，吕周情.质量门在发动机装配线上的应用[J].装备制造技术，2010（10）：120-122.