导管数字化制造技术研究现状及展望

李默 冶尚容

摘 要：在现代制造行业中，导管以其轻量化、强韧化、低消耗等特点在航空航天、船舶制造、能源输送等领域得到了广泛运用。随着市场需求对导管的使用越来越多，且提出了更高的精度要求，对相关制造技术也提出了更高的标准。由此，也加速了在导管数字化制造技术的科学研究。

关键词：导管;数字化制造技术;研究现状;展望

1 导管数字化制造技术的研究现状

导管数字化制造技术是一项结合了导管的数字化设计、分析及加工技术于一体的综合性技术，在当今的网络信息技术时代，飞机制造业对于导管制造技术的需求越来越高，这对于促进导管制造行业研发数字化制造技术提供了前提条件。

1.1 国外研究现状

导管数字化制造技术的最初开发起始于飞机制造的需求。20世纪70年代，美国惠普公司（P&W）就开始了利用计算机辅助系统进行涡轮喷气发动机的管路设计改进工作，通过在计算机上构建飞机发动机的三维导管模型，得出导管形状的三维坐标数据，进而检查相关导管设计是否满足飞机发动机的设计要求，如果有问题，可以直接在计算机上进行修改，而不需要将修改的工作留在样机完成阶段，从而节约50%的设计成本，同时将设计速度提升一倍。

经过10年的技术研发，相关技术已实现了交互式构型设计系统的构建，ICDS的出现攻克了更复杂的构型设计难题。人们在计算机上就可以完成包括发动机机匣、附件、管路等所有部件的建模，形成电子样机，同时还能在计算机上对电子样机内各部件之间的关联性进行检查。这项新的技术减少了相关设计对物理样机的制造投入成本，有效的缩短了设计周期。但是ICDS在管路设计方面还处于半自动状态，需要在指定的几个顶点的基础上进行管路的敷设设计。

为实现相关技术在导管制造中的作用，针对导管弯曲加工中的变形问题，许多学者都进行了研究。计算机畏助工艺规划CAPP系统的出现对于导管数字化技术在实际生产中的运用有着重大意义。该系统分为变异式和创成式两类，两者的区别在于，变异式CAPP系统的工作原理是从工艺库里找到具有相似性零件的工艺规程，而创成式CAPP系统则是能过自身的逻辑判断相关产品的数据对其加工工艺进行规划。

随着人工智能技术的不断发展，产品加工制造中的各种复杂问题都很到了较好的解决，最终也实现了导管数字化制造技术在实际生产中的运用和推广。目前，这项技术广泛运用于航天导管产品从产品、工艺设计到生产和故障诊断分析以及质量检测等各个环节。数控弯管机就是相关技术运用于产品生产的重要产物。为保证其在降低生产成本的基础上完成高效、安全的生产任务，相关技术人员进行了大量的软件程序开发工作。NC程序很好的解决了相关设备对导管切削过程的控制，但对于弯管加工过程的仿真并没有太大作用。虽然意大利推出了款针对弯管加工过程的仿真软件——VGP3D，但在产品的生产中并不具备通用性。2001年，德国推出了的VRbendSim在VGP3D的基础上，加入了加工参数优化功能。

1.2 国内研究现状

随着导管数字化制造技术的日渐成熟和我国航天航空行业的快速发展，我国已开始进行相关技术的引进和研发工作。20世纪90年代，北京航空航天大学开始进行航空发动机管路系统的设计研究，并推出了AEPRS和IRSAEP管路设计系统，并利用其进行了发动机电子样机的设计和管路检查。在此基础上，相关专家提出了层面法管路敷设、模式法管路敷设等方法。

在导管计处机辅助工程分析方面同，重庆大学利用限元分析法进行了相关研究，西北大学则将限元分析法与能更紧起皱准则相结合，提出了薄壁管数控弯曲成形过程中起皱的能量预测方法。同时，西北工业大学在数控弯管加工过程仿真研究中针对VB系统数控弯管机开发出了具有一定实用性的仿真软件。

2 导管数字化制造技术的发展趋势分析

导管数字化制造技术存在的问题是目前制约其推广普及的主要原因。相关技术是由多个单项技术科学结合产生的一项综合性制造技术，虽然近年来其中的多个单项技术都得到了大力发展，但其中涉及到管路设计、仿真建模、模胎设计等技术还存在很多不足，难以在实际生产中发挥作用，这些都是急需解决的问题，尤其是导管加工过程中的仿真技术和模胎技术的实现障碍和参数无法进行数字化确定的问题，还有待相关专家的进一步研究开发。

另外，由于航空航天技术的突飞猛进，相关产品的设计制造复杂程度越来越高，也对导管的设计制造提出了更高的要求，形状设计复杂和成形精度更高的导管设计越来越多，然而由于导管的弯曲加工和模胎参数确定等都需要人工参与，这是相关技术需要突破的重要瓶颈。人工智能技术的发展被视为是利用人类知识改变传统制造工艺的重要技术，早在导管数字化制造技术的形成初期，人工智能技术就已参与到相关的技术研发中。在目前的导管数字化制造技术中，人工智能技术的运用主要体现在专家系统的构建方面，但对于专家系统中数值计算、多个科技领域知识和多种任务及功能的集成都存在一定的缺陷。这些集成系统的不完善直接导致了导管数字化制造技术对设计对象的规模和复杂性的限制。目前，相关研究人员对于该技术的研发方面主要集中在面向现代设计制造要求基于知识的工程进行新型智能设计方法的研究。

3 结语

导管数字化制造技术对于制造行业的长远发展具有重要意义。从该技术在国内外的研究现状中可以发现，相关技术存在一些缺陷，而这些缺陷正是制约导管数字化制造技术在制造行业中普及推广的主要原因。只有不断加强对该技术的研究工作，有效完善其在导管数字化集成制造中的存在的不足，进一步实现导管数字化制造過程中的信息共享和交换，才能提高相关制造生产的产品加工质量和效率，满足市场需求，保障该技术的长远发展。

参考文献

[1]白雪山.导管数字化制造技术在某新型飞机研制中的应用[J].航空制造技术，2014，14：83-85.

[2]舒送，范鑫，张小辉，马俊.导管数字化制造技术在传统飞机修理中的应用[J/OL].制造技术与机床，2016（06）.