導管數字化制造技術研究現狀及展望

李默 冶尚容

摘 要：在現代制造行業中，導管以其輕量化、強韌化、低消耗等特點在航空航天、船舶制造、能源輸送等領域得到了廣泛運用。隨著市場需求對導管的使用越來越多，且提出了更高的精度要求，對相關制造技術也提出了更高的標準。由此，也加速了在導管數字化制造技術的科學研究。

關鍵詞：導管;數字化制造技術;研究現狀;展望

1 導管數字化制造技術的研究現狀

導管數字化制造技術是一項結合了導管的數字化設計、分析及加工技術于一體的綜合性技術，在當今的網絡信息技術時代，飛機制造業對于導管制造技術的需求越來越高，這對于促進導管制造行業研發數字化制造技術提供了前提條件。

1.1 國外研究現狀

導管數字化制造技術的最初開發起始于飛機制造的需求。20世紀70年代，美國惠普公司（P&W）就開始了利用計算機輔助系統進行渦輪噴氣發動機的管路設計改進工作，通過在計算機上構建飛機發動機的三維導管模型，得出導管形狀的三維坐標數據，進而檢查相關導管設計是否滿足飛機發動機的設計要求，如果有問題，可以直接在計算機上進行修改，而不需要將修改的工作留在樣機完成階段，從而節約50%的設計成本，同時將設計速度提升一倍。

經過10年的技術研發，相關技術已實現了交互式構型設計系統的構建，ICDS的出現攻克了更復雜的構型設計難題。人們在計算機上就可以完成包括發動機機匣、附件、管路等所有部件的建模，形成電子樣機，同時還能在計算機上對電子樣機內各部件之間的關聯性進行檢查。這項新的技術減少了相關設計對物理樣機的制造投入成本，有效的縮短了設計周期。但是ICDS在管路設計方面還處于半自動狀態，需要在指定的幾個頂點的基礎上進行管路的敷設設計。

為實現相關技術在導管制造中的作用，針對導管彎曲加工中的變形問題，許多學者都進行了研究。計算機畏助工藝規劃CAPP系統的出現對于導管數字化技術在實際生產中的運用有著重大意義。該系統分為變異式和創成式兩類，兩者的區別在于，變異式CAPP系統的工作原理是從工藝庫里找到具有相似性零件的工藝規程，而創成式CAPP系統則是能過自身的邏輯判斷相關產品的數據對其加工工藝進行規劃。

隨著人工智能技術的不斷發展，產品加工制造中的各種復雜問題都很到了較好的解決，最終也實現了導管數字化制造技術在實際生產中的運用和推廣。目前，這項技術廣泛運用于航天導管產品從產品、工藝設計到生產和故障診斷分析以及質量檢測等各個環節。數控彎管機就是相關技術運用于產品生產的重要產物。為保證其在降低生產成本的基礎上完成高效、安全的生產任務，相關技術人員進行了大量的軟件程序開發工作。NC程序很好的解決了相關設備對導管切削過程的控制，但對于彎管加工過程的仿真并沒有太大作用。雖然意大利推出了款針對彎管加工過程的仿真軟件——VGP3D，但在產品的生產中并不具備通用性。2001年，德國推出了的VRbendSim在VGP3D的基礎上，加入了加工參數優化功能。

1.2 國內研究現狀

隨著導管數字化制造技術的日漸成熟和我國航天航空行業的快速發展，我國已開始進行相關技術的引進和研發工作。20世紀90年代，北京航空航天大學開始進行航空發動機管路系統的設計研究，并推出了AEPRS和IRSAEP管路設計系統，并利用其進行了發動機電子樣機的設計和管路檢查。在此基礎上，相關專家提出了層面法管路敷設、模式法管路敷設等方法。

在導管計處機輔助工程分析方面同，重慶大學利用限元分析法進行了相關研究，西北大學則將限元分析法與能更緊起皺準則相結合，提出了薄壁管數控彎曲成形過程中起皺的能量預測方法。同時，西北工業大學在數控彎管加工過程仿真研究中針對VB系統數控彎管機開發出了具有一定實用性的仿真軟件。

2 導管數字化制造技術的發展趨勢分析

導管數字化制造技術存在的問題是目前制約其推廣普及的主要原因。相關技術是由多個單項技術科學結合產生的一項綜合性制造技術，雖然近年來其中的多個單項技術都得到了大力發展，但其中涉及到管路設計、仿真建模、模胎設計等技術還存在很多不足，難以在實際生產中發揮作用，這些都是急需解決的問題，尤其是導管加工過程中的仿真技術和模胎技術的實現障礙和參數無法進行數字化確定的問題，還有待相關專家的進一步研究開發。

另外，由于航空航天技術的突飛猛進，相關產品的設計制造復雜程度越來越高，也對導管的設計制造提出了更高的要求，形狀設計復雜和成形精度更高的導管設計越來越多，然而由于導管的彎曲加工和模胎參數確定等都需要人工參與，這是相關技術需要突破的重要瓶頸。人工智能技術的發展被視為是利用人類知識改變傳統制造工藝的重要技術，早在導管數字化制造技術的形成初期，人工智能技術就已參與到相關的技術研發中。在目前的導管數字化制造技術中，人工智能技術的運用主要體現在專家系統的構建方面，但對于專家系統中數值計算、多個科技領域知識和多種任務及功能的集成都存在一定的缺陷。這些集成系統的不完善直接導致了導管數字化制造技術對設計對象的規模和復雜性的限制。目前，相關研究人員對于該技術的研發方面主要集中在面向現代設計制造要求基于知識的工程進行新型智能設計方法的研究。

3 結語

導管數字化制造技術對于制造行業的長遠發展具有重要意義。從該技術在國內外的研究現狀中可以發現，相關技術存在一些缺陷，而這些缺陷正是制約導管數字化制造技術在制造行業中普及推廣的主要原因。只有不斷加強對該技術的研究工作，有效完善其在導管數字化集成制造中的存在的不足，進一步實現導管數字化制造過程中的信息共享和交換，才能提高相關制造生產的產品加工質量和效率，滿足市場需求，保障該技術的長遠發展。

參考文獻

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