基于數字化裝配工藝設計與仿真應用的相關性

宋鴿 李旭 胡曉婭 王超群 陳淑靖

摘要 近年來，伴隨數字化設計制造技術于航空領取的運用與發展，利用數字化技術對相應零部件進行設計制造已經成為了現今飛機制造技術的大趨勢，直到現在傳統的裝配技術設計還沒有徹底解決在設計三維模型上的運用問題。因此提出了利用數字化裝配工藝進行設計的辦法，用其建設數字化裝配工藝設計仿真平臺，制訂研發工具，最終達到數字化裝配工藝設計的目標。本文主要對數字化裝配工藝設計和仿真應用進行了分析，并通過對比的手法簡要闡述其優勢與不足之處。

【關鍵詞】數字化裝配工藝 設計 仿真應用

近些年，信息技術與數字化技術發展愈來愈快、愈來愈成熟，且逐漸應用到我國高端設備制造業發展與創新研究之中。現今國內航空制造領域，運用最為普遍的就是三維數字化設計技術，而以模型定義為基礎的數字化設計、制造方法己然轉變為了制造業的發展方向。三維模型也逐步替代了二維圖紙，是高端產品制造期間的主要憑據，對傳統工藝來說是一項極大的挑戰。而對航空技術來說，裝配工藝大多以經驗為主，但設計環節卻難以考慮到在實際安裝中所遇到的問題或影響因素，導致裝配期間經常會出現裝配問題，對裝配工藝設計的最終質量、效率和水準有了很大的影響。所以，針對航空發動機高要求的安全性能與精度、較短的制造期限與復雜的結構，需要創新出一種可以有效提升產品研發能力的方法，而數字化裝配工藝設計恰恰能滿足這一要求，還能有效提升企業核心競爭力，同時對裝配工作起到一定的指導作用。

1 數字化裝配工藝設計概述

數字化裝配工藝設計主要是對數字化信息產品的充足運用與繼承，使其設計信息的作用得到充分發揮，利用創新的工藝設計方法，將數字化產品設計與裝配生產等實施方式連接起來，供給精準的工藝信息給裝配現場作業人員，達到對裝配人員進行指導的作用。

整個數字化裝配工藝設計流程包含有搭建裝配平臺、進行裝配技術規劃、建立架構化工藝、仿真模擬裝配流程、編訂工藝卡片、建立工藝審簽檔案。裝配平臺的搭建主要是依據產品不同性能、專業化特征與相應標準等，而要有效利用其多層次的架構，需要和產品裝配次序、制造資源布局、公司內部組織模式與相應工藝標準等各項要素相結合，局部調整裝配流程，最終產生整個飛機零部件的安裝程序。實質上，裝配流程的建立是對裝備部門與班組裝配與生產任務進行了區分。建立工藝審簽檔案涉及到裝配流程中的每個環節，要求各個節點任務完成后需要審簽人簽字確認，使得其操作信息完整地保存了下來，對后期的會簽提供便利條件。

2 傳統裝配工藝設計方式上的特征與不足

2.1 二維的裝配技術，表達內容不夠直觀

傳統的裝配設計核心在于工藝人員對裝配流程抽象化的理解與熟悉掌握程度，之后將整個流程利用平面圖展示出來，設計質量的優劣直接取決于工藝人員本身的經驗與技術水準。實際運用中則需要安裝人員依據二維設計圖展開三維想象，逐步還原所有的裝配內容、次序，所以很容易造成在理解上的失誤，最終出現裝配錯誤的情況。

2.2 難以和三維數字化背景下的裝配工藝設計需求相符

通常在飛機研制期間，產品、工具等多個環節的傳遞均是二維設計圖或文件，缺少或淺化了工藝設計在制造資源、裝配技術上的知識和細節闡述，產品、工裝的三維數據難以發揮作用。

2.3 難以檢驗三維工藝設計

對傳統的工藝設計來說，其檢驗與驗證能力并不佳，很難早早地將裝配期間所需要的各種難題展現出來，比如操作空間的大小等，這些問題通常會在裝配過程中一一體現出來，對整個飛機的研發進度與質量產生了嚴重的影響。

2.4 缺乏對科學工藝設計的改善手法

傳統工藝設計多采用二維闡述的方法，在工藝設計修改、操作時間長與方案設計質量高低等問題上完全以經驗為主，缺少在定性或定量上的客觀研究，設計質量也會有所差別。同時在生產流程設置、裝配次序安排、制造資源運用等多個方面都不合理，很難對其進行定量控制，后期便需逐步改良，無形中延長了研發期間，加大了研發成本。

3 數字化裝配工藝和仿真運用優缺點

該項技術主要是利用計算機供給的虛擬空間，結合相應知識管理的定義，就產品、工具、工藝流程等各個方面均可用數字化模型的方式進行展示的所有行為，使得單個飛機裝配的整個過程可以完整的展現在人們眼前，其展現形式主要采用了三維可視化技術與交互性虛擬現實環境。

對數字化裝配工藝與流程方針技術的合理運用，能提早暴露出在實際裝配期間所產生的產品與工裝技術偏弱、未設置合理的工藝流程與站位工作量等多種問題，并準備好解決方案，直接提升了產品質量、減少了裝配時間，使產品研發風險和研發費用有大幅度的下降。

對比傳統的裝配技術，數字化工藝裝配設計的優勢主要為以下幾點：

（1）利用產品設計各項數據作為基礎，于原有項目設計圖紙上通過補充、增添等工藝設計內容的方式，建設工藝裝配實施模型，此設計方式能夠為工程數據的唯一性提供保障。

（2）進行具體工藝設計時，設計人員在獲知工藝信息、制造資源等具體數據上較為方便，同時給予了工藝設計非常安全與科學合理的支持，使得工藝設計的標準在一定程度上得到了提升，并增強了工藝設計質量、有效減少了制造費用和風險。

（3）對三維工藝設計與仿真技術的應用，可以讓工藝人員采用多方位視角的方式，掌握設計各項數據，熟練地將其應用到工藝設計之中，并高效率地完成多工種工作，比如工藝設計和仿真、產品與工裝的工藝性研究、改善工藝流程等。

（4）三維設計與仿真技術的應用成果能夠利用文字、圖畫與錄像等各種方式進行輸出，且下游工作人員則不需任何專業技術培訓工作，便能很好地、高效的利用這些數據完成任務，同時防止了在傳統工藝文件二次理解失誤的問題，使得下游工作人員的整體工作量降低了很多，加大了在產品數據上的運用效率，并提升了工作效率。

4 結語

通過對數字化裝配工藝與仿真應用有缺點的分析，可以明顯看到，科學有效的運用方式能夠提早找出問題，制訂解決方案，有效增強了企業工藝設計的質量，提升了裝配效率，減少了產品研發周期，使研發成本與風險得以降低，對企業各種資源進行了整合運用。所以說，通過對數字化裝配工藝設計和仿真應用于設計制造期間的運行分析，會涉及到工藝設計、工裝設計、編制檢查流程、及時發放并利用工藝文件等環節，并對各個環節進行了優化，而想要進一步對其進行利用和實施便要有一系列的系統和標準進行指導，深入推進企業在產品裝配工藝設計水準上的提升，促進企業技術得到進步與革新。

參考文獻

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