產(chǎn)品裝配過(guò)程三維仿真及精益實(shí)踐

蘇文瑾， 張樹(shù)平， 張　健

（山西汾西重工有限責(zé)任公司， 山西　太原　030027）

引言

精益生產(chǎn)，是一種以客戶需求為拉動(dòng)，以減少浪費(fèi)和不斷改善為中心，使企業(yè)投入最少的資金，得到最大收益的一種全新生產(chǎn)過(guò)程[1]。而企業(yè)生產(chǎn)最重要的一個(gè)關(guān)鍵流程是產(chǎn)品裝配，它投入資金的多少對(duì)于產(chǎn)品成本會(huì)有直接關(guān)系，同時(shí)其質(zhì)量直接決定著產(chǎn)品是否可達(dá)到最初設(shè)計(jì)要求和用戶需求。

產(chǎn)品裝配過(guò)程是屬于多級(jí)生產(chǎn)過(guò)程，因此裝配過(guò)程可通過(guò)合理劃分工步，控制每一個(gè)工步的裝配，從而帶動(dòng)整體部件的裝配質(zhì)量和成本，這樣對(duì)公司精益生產(chǎn)有著舉足輕重的作用。

本論文細(xì)化了裝配工步、監(jiān)控成本及質(zhì)量控制影響因素，確保每一個(gè)過(guò)程的特性滿足客戶要求。同時(shí)將數(shù)據(jù)采集技術(shù)、建模理論、質(zhì)量控制方法和人工智能等方法有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)與裝配過(guò)程質(zhì)量控制相結(jié)合的目的[2]。

1　裝配工藝仿真精益生產(chǎn)與實(shí)例分析

本論文以廠內(nèi)離散型產(chǎn)品部件為例來(lái)論述。此型產(chǎn)品其主要特點(diǎn)是精度高、運(yùn)動(dòng)性能好，如圖1所示。

圖1　部件示意圖

但參與此離散型部件的裝配零件數(shù)達(dá)到316個(gè)之多，縱觀整個(gè)裝配過(guò)程，極其復(fù)雜，交驗(yàn)點(diǎn)繁多。一旦有疏忽，則會(huì)影響整個(gè)部件的裝配質(zhì)量，同時(shí)在其裝配過(guò)程中某些過(guò)程不可逆，一旦重新裝配，將會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

在裝配過(guò)程中工藝不是一成不變，實(shí)現(xiàn)精益生產(chǎn)的過(guò)程中，可以利用三維仿真。編制多種裝配工藝后，將多種裝配工藝進(jìn)行模擬，從中選取最優(yōu)方案，從而提前發(fā)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，降低裝配難度，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)的精化生產(chǎn)管理程度。

1.1　提取三維模型數(shù)據(jù)

產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中獲取產(chǎn)品三維模型數(shù)據(jù)，從工裝資源庫(kù)、制造資源庫(kù)中獲取工裝、工具、設(shè)備和工廠等資源模型,并實(shí)現(xiàn)這些模型在產(chǎn)品全生命周期中的唯一數(shù)據(jù)管理，保證數(shù)據(jù)和模型的唯一正確性[3]。

將整個(gè)零部件全部做成三維模型，形成三維模型數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)每一種裝配工藝，在軟件中進(jìn)行模擬裝配，例如下圖裝配操作孔蓋，如下圖2所示。

圖2　孔蓋裝配示意圖

1.2　裝配工藝規(guī)劃

1.2.1　裝配過(guò)程的模塊化劃分

同系統(tǒng)的零件在同一組（生產(chǎn)線）裝配，這樣分門別類，就可以在裝配過(guò)程中防止錯(cuò)裝、漏裝。整個(gè)零部件裝配應(yīng)使用模塊化進(jìn)行裝配。將此部件分離出：大段模塊、電機(jī)模塊、尾段模塊，這三個(gè)大模塊模塊，然后再將大模塊劃分出下一級(jí)低等的模塊。模塊盡可能在總裝前將其剝離出工序，減少在總裝過(guò)程中的工作量，增加總裝員工的裝配空間，有效防止在總裝時(shí)錯(cuò)裝、漏裝。

1.2.2　裝配過(guò)程的工藝規(guī)劃

裝配工藝規(guī)劃主要包括裝配順序規(guī)劃（或裝配序列規(guī)劃）和裝配路徑規(guī)劃。裝配順序是描述產(chǎn)品裝配過(guò)程的重要信息之一，是裝配規(guī)劃的重要組成和核心內(nèi)容，裝配順序的優(yōu)劣將直接影響到產(chǎn)品的可裝配性、裝配質(zhì)量、裝配效率和裝配成本。

目前將根據(jù)裝配的各個(gè)難點(diǎn)，將此部件的裝配過(guò)程細(xì)化為5個(gè)工序，45個(gè)工步：開(kāi)箱檢查、分解清理部件、更換零件、裝配及調(diào)試、進(jìn)箱。如下圖3所示：

圖3　零部件裝配過(guò)程

1.3　裝配工藝仿真

裝配最重要的是檢查其是否干涉，此時(shí)，將參與裝配的零部件作為檢查對(duì)象。將裝配的零部件與其它零部件有不同程度的接觸，看裝配過(guò)程是否裝配工藝編排合理。

在裝配前，將三維模型的虛擬裝配操作進(jìn)行模擬演示，可以給裝配人員直觀的解析。在此期間不可逆的過(guò)程也通過(guò)裝配過(guò)程仿真動(dòng)畫進(jìn)行模擬以便判斷裝配操作的可行性，并獲取統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。通過(guò)不同方案的裝配工藝的仿真，暴露裝配過(guò)程中的弊端，如圖4所示。

通過(guò)三維仿真模擬出最優(yōu)的裝配方案，將其裝配過(guò)程實(shí)時(shí)利用視頻闡釋出來(lái)。將工藝傳達(dá)給裝配人員，不但是對(duì)于裝配人員是一種培訓(xùn)，同時(shí)也是對(duì)于裝配工藝的一種校核，裝配仿真過(guò)程直接視頻的演示，使裝配人員更容易理解裝配工藝，減少了裝配過(guò)程反復(fù)與人為差錯(cuò)。

圖4　模擬實(shí)驗(yàn)

2　結(jié)語(yǔ)

三維過(guò)程仿真在裝配過(guò)程中的應(yīng)用，是將精益生產(chǎn)應(yīng)用于生產(chǎn)的一個(gè)明顯的實(shí)例，不但將裝配難點(diǎn)解決，同時(shí)規(guī)避裝配風(fēng)險(xiǎn)，在提高裝配效率的同時(shí)，也降低了實(shí)際生產(chǎn)的成本。在數(shù)字化生產(chǎn)中，體現(xiàn)了明顯優(yōu)勢(shì)：

1）發(fā)掘裝配問(wèn)題，優(yōu)化裝配工藝。在此部件裝配之前，通過(guò)裝配過(guò)程仿真，及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題，保證了產(chǎn)品裝配的質(zhì)量。

2）裝配工藝視頻化，突破傳統(tǒng)工藝方法。

3）降低生產(chǎn)成本，將精益生產(chǎn)的實(shí)際應(yīng)用化。

[1]耿國(guó)棟.基于精益生產(chǎn)的企業(yè)成本控制研究[D].青島：中國(guó)石油大學(xué)（華東），2007.

[2]趙家黎.基于SOV理論的過(guò)程質(zhì)量控制方法研究[D].天津：天津大學(xué)，2006.

[3]趙甸忠，呂周情.質(zhì)量門在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線上的應(yīng)用[J].裝備制造技術(shù)，2010（10）：120-122.