数字化装配工艺设计系统开发

王 健

中车长春轨道客车股份有限公司

数字化装配工艺设计系统开发

王 健

中车长春轨道客车股份有限公司

传统的装配工艺设计模式中，产品设计数据以二维形式发布，制造依据是二维数据；工艺设计仍采用二维方法，设计制造数据之间缺乏相关性；装配仿真需要根据二维图纸重构三维模型；工艺审签发布过程中仍采用二维形式发布，二维作业指令是现场制造的依据。设计数据在工艺设计环节的继承性差、重用性差、集成度低。装配工艺多凭经验设计，工艺人员在工艺设计阶段无法或很少考虑实际装配环节中的各种因素，使产品在装配时常常发生各种装配问题，严重影响了装配工艺设计的质量、效率和水平。因此，为了满足高速动车组结构复杂、制造精度高、制造周期短、可靠性要求高等研制需求，提高产品核心研制能力，必须进行技术创新，探索出一种新模式来满足企业数字化装配工艺设计发展需求，提高企业竞争力。

数字化装配；工艺设计；系统

1 传统的装配工艺设计方法

1.1 装配工艺设计属二维方式，表述不直观

传统二维工艺设计由工艺人员抽象理解，形成立体的装配空间与操作顺序，然后用平面(二维)方式表述。工艺设计的优劣主要由工艺人员个人的工作经验和技术水平决定。操作者再根据二维的工艺设计在大脑中再次构建三维装配空间，将装配内容、操作顺序反向还原，这样非常容易产生理解的二义性，造成装配错误。

1.2 无法进行三维工艺设计验证

传统工艺设计不具备验证能力，无法及时将装配中的干涉、操作空间开敞性、工具可达性等问题提前暴露。这些问题在实际装配阶段才会反映出来，必然会影响产品研制的进度和质量。实际的型号研制也表明，在试制阶段装配车间的工艺人员大约80%的时间用于处理各类现场装配问题。

1.3 缺少科学的工艺设计优化手段

由于传统工艺设计以二维表述为主要方式，工艺设计更改、优化周期长，方案优劣依赖个人经验，缺乏定性定量分析手段，工艺设计质量因人而异。在生产节拍的安排、装配顺序设计、制造资源的使用等方面缺乏合理地、定量地控制，需要在后续过程中不断进行改进优化，增加了研制的周期与成本。

2 装配工艺设计与仿真平台

以PDM系统为核心，集成装配仿真软件Visualization Mockup和Visio构建装配工艺设计系统平台。平台基于PDM系统进行集成开发，由Teamcenter作为数据管理平台，并在其基础上实现数据库管理、可视化、更改、流程管理；Teamcenter Engineering实现数据和文档管理；Teamcenter Manufacturing实现工艺设计，仿真资源管理。该装配工艺设计平台具有数据集成性高、实用性强、开放性好的特点。可实现Teamcenter平台与Mockup仿真软件之间信息数据交互与关联管理，建立产品、工艺、工装、设备、仿真动画文件等关联关系，方便相关工艺数据的查询和汇总，支持轻量化JT模型的生成与关联管理，满足与相关系统的工艺信息集成化应用需求。

3 数字化装配工艺设计

3.1 装配BOM构建

为了便于产品生产制造，制造企业工艺员需要依据设计BOM，同时考虑产品装配顺序、企业生产组织形式、制造资源分布以及相关的工艺规范等因素，对设计BOM进行部分调整，形成装配BOM。装配BOM实质是各装配部门或班组的装配工艺业务和生产任务的划分。平台提供直观的产品结构使用界面，在系统三维可视化环境下基于设计BOM，创建、编辑BOM结构，考虑产品装配顺序、企业生产组织形式、制造资源分布以及相关的工艺规范等因素，构建ABOM支持产品结构相关的三维模型和技术文件显示查看。

3.2 装配工艺规划

装配序列规划。通过求解零件的拆卸顺序来获得零件装配顺序。一般可根据拆卸法和爆炸图等方法实现装配序列的设计。装配序列规划确定了零件装配的顺序，但没有确定零件按照什么方向或路径装配。在装配过程中，每个零部件都是沿着初始的装配轨迹运动到目标位置，若移动过程中不和其他零部件发生碰撞，则称这样的运动轨迹为该零部件的(可行)装配路径。装配路径规划就是按照装配序列给出每一个零部件单独的装配路径方式。

3.3 装配过程仿真

在基于结构化的装配工艺中，利用虚拟仿真技术，对装配过程进行虚拟验证，事前校核装配方案的可行性，提高首件装配的一次成功率。(1)装配干涉分析：分析产品与夹具、设备之间的干涉和操作空间情况。(2)装配过程仿真：装配干涉检查；装配顺序和路径定义；工装、夹具干涉检查。(3)装配容差仿真：寻求满足公差要求的最佳装配过程以及相关因素。(4)工艺布局仿真：在三维工艺布局中，按照已经设计好的装配工艺流程，进行产品、资源、流程及操作者之间融为一体的三维动态仿真，使工作现场更加符合工艺布局原则。

3.4 工艺卡片编制

卡片中物料资源信息可从系统集成的制造资源库中提取资源、物料信息(包括装配零件、辅料，资源信息包括工装、设备等)进行填写，当信息更改时，卡片内容会自动更新。平台通过开发生成报表功能，支持工艺信息汇总输出。在卡片内容填写完成后，可利用开发的“生成报表”功能生成零件目录表、工夹具设备表、工艺辅助材料表，系统会自动提取结构化的制造工艺数据，自动汇总零件目录、工装夹设备表和辅助材料表等信息。

保存文件自动输出PDF。系统保存时，将Visio中卡片文件保存，自动将文件转换成PDF文件，并将PDF文件以数据集的形式挂到对应工序节点下管理，每次更改保存PDF数据集都会自动进行文件更新。

结语

就目前来看，数字化工艺设计与仿真在设计制造并行工作、工艺设计过程、工装设计过程、检验程序制定、工艺文件发放与使用、生产组织模式的等多方面都与以往有很大不同，它的深入应用与实施需要一整套的体系及规范来指引。需要众多部门共同协作，打破以往产品研制模式，更为广泛与深入地进行研究，制定一套合理可行制度与措施，从而真正意义上实现产品的数字化制造。

[1]姚英学，毛维华，夏平均.一种数字化装配工艺设计系统的装配建模方法[J].现代制造工程，2009，09：79-82.

[2]华军.船用柴油机数字化装配工艺规划系统的开发[D].江苏科技大学，2012.