拔具类工装快速设计技术应用研究

杨洋　孙贵青　龙洋

摘 要：针对航空发动机工装设计中，重复性设计的工作效率低、设计质量差异大等问题，以拔具类工装为研究对象，基于快速设计技术的模块化方法和参数化手段，通过对Teamcenter/UG NX 系统二次开发，建立其快速设计系统。经应用验证，该系统可显著提高设计效率和质量水平，为它类工装快速设计研究奠定了良好基础。

关键词：快速设计;航空发动机;工装;拔具

工装作为发动机装配不可或缺的装备，其设计在发动機研制过程中占有相当重要的地位。如何提高工装设计效率，提高设计质量，将会是装配水平发展的重要推动因素，进行相关技术研究，具有重要意义。当前发动机工装设计过程中重复性设计所占比例远大于全新设计。这种重复性工作不仅制约产品研制时间，浪费人力，而且由于设计质量依赖于设计者的知识和经验，往往存在较大差异。快速设计方法正是解决这一问题的有效手段，但目前在航空发动机工装设计方面，鲜少有人进行相关实际应用研究。[1-3]本文结合快速设计方法，以发动机拔具类工装为切入点，构建工装快速设计体系，并组织开发基于Teamcenter/UG NX的工装设计系统，最终实现提高设计效率和质量水平的目的。

1 快速设计技术构成及拔具的组成与分类

快速设计，是运用先进的设计方法、设计工具和具体产品的设计知识，在已有的设计资源基础上通过对产品信息进行重组，对成熟产品进行变型再设计，使重要的信息资源得到重用，从而达到缩短设计周期和提高设计质量。[4]快速设计的基本方法有模块化设计、相似设计和基于实例设计等。本文从既有拔具类工装设计实际情况出发，选择其中的模块化设计方法结合参数化设计手段进行拔具类工装的快速设计应用研究。

（1）模块化设计技术。所谓模块化设计，是指在分析产品功能的基础上，将产品的总功能分解为可互换、独立的基础单元模块，这些模块具有可交换性、可组合性和重复利用性，设计者根据实际需求，通过选择与综合功能模块，可快速设计出各种新产品。

（2）参数化设计技术。参数化设计的优点是定义的参数除能描述图形拓扑信息外，还可表达与处理几何元素间的设计关系和约束关系，工艺人员无需考虑具体尺寸计算结果，仅通过改变输入参数和约束关系即可更新设计，如此既扩展适应性，同时又便于更改，产品得以满足不同结构要求。

（3）拔具组成。拔具作为实现两机件间分解操作的工艺装备，一般包括加载件、支承件和作用件。加载件为整个分解操作提供动力;支承件支承在被分解机件上，可抵消工装反作用力;作用件将加载件施加的分解力传递至分解件上。

2 拔具类工装快速设计实现及应用

结合前述介绍快速设计技术理论和方法，本文基于单位Teamcenter管理平台，通过对UG平台二次开发建立拔具类工装快速设计系统。该系统主要由设计计算库、参数化实体模块库和设计要点库三部分组成，见图1所示。

2.1 设计计算库

设计计算库主要是为工装设计过程中涉及到的各项计算服务。工艺人员进行设计时，经常会遇到各种包含多个参数的复杂计算，采用传统的人工方法不仅浪费时间，而且过程中容易出现错误，故在本文构建的工装快速设计系统中，工装计算被程序化，工艺人员只需输入部分设计参数，即可快速获取准确结果。拔具设计计算主要涉及的是结构强度计算、过盈配合分解力计算等，选择Visual C++对这些计算方法进行用户程序开发，部分程序用户界面如图2所示。

2.2 参数化实体模块库

拔具模块数据库，是在现有产品资源基础上结合自身特点进行搭建。模块库包括典型工装库和典型结构库：典型工装库针对于相似程度高、结构比较固定的工装建立;典型结构库则针对于更新换代较快的工装建立。

模块库中的各模块按照自身结构特点配有若干主参数，设计者在选定某一模块之后，可按照具体使用工况条件，更新主参数赋值，届时系统将对应更新各功能单元中引用该参数的模型信息，从而得到满足需求的实体模块产品。

2.3 设计要点库

设计要点库依据专家经验和知识积累收集技术点，其内容包含工装基础知识、设计原则与依据，相关设计计算、典型工装和结构的基本说明、适用范围等。通过设计要点库，初级设计者可以高效掌握工装相关设计知识、迅速开展工作，资深设计者则能够快速查询所需资源，避免大量知识搜索工作，节省时间，以完成更多、更优任务。

2.4 一般设计流程

基于上述系统，可按照如下流程设计：

1）分析工况：根据机件特点、工艺要求等，确定工装功能需求;

2）制定方案，结构设计：搜索典型工装库，寻找适合模块，若搜寻成功则通过参数化驱动进行适应性更改;若搜寻失败，则搜索典型结构库，通过协调模块相互连接关系、优化组合构成拔具;当模块数据库无法满足要求，进行新型设计;

3）完成结构设计，检验结构强度、模拟使用过程;

4）最终得到满足既定功能需求的拔具。

3 结语

快速设计不仅能够减少重复性工作、提高设计质量，并且可以帮助初级设计者掌握相关知识，而高级设计者亦可把更多精力放在产品质量的提高、优化中。本文借助快速设计技术，构建了拔具类工装设计体系，进行其快速设计应用研究。经一段时间运行试用表明，工艺人员在使用快速设计系统后，设计效率及质量均有大幅提高，初级设计者方面效果尤其突出。

参考文献：

[1]张守京，张媛，宋栓军.工装快速设计知识模板技术研究[J].西安工业大学学报，2014，34（10）：795-799.

[2]鲍东，仲梁维.利用参数化设计技术的起重机快速设计研究[J].现代制造工程，2014，（2）：1-5.

[3]胡家喜，周来水，卫炜，贾忠宁.面向航空发动机工装快速设计系统的信息模型研究[J].制造业自动化，2011，32（12）：26-29.

[4]机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2009.