拔具類工裝快速設計技術應用研究

楊洋　孫貴青　龍洋

摘 要：針對航空發動機工裝設計中，重復性設計的工作效率低、設計質量差異大等問題，以拔具類工裝為研究對象，基于快速設計技術的模塊化方法和參數化手段，通過對Teamcenter/UG NX 系統二次開發，建立其快速設計系統。經應用驗證，該系統可顯著提高設計效率和質量水平，為它類工裝快速設計研究奠定了良好基礎。

關鍵詞：快速設計;航空發動機;工裝;拔具

工裝作為發動機裝配不可或缺的裝備，其設計在發動機研制過程中占有相當重要的地位。如何提高工裝設計效率，提高設計質量，將會是裝配水平發展的重要推動因素，進行相關技術研究，具有重要意義。當前發動機工裝設計過程中重復性設計所占比例遠大于全新設計。這種重復性工作不僅制約產品研制時間，浪費人力，而且由于設計質量依賴于設計者的知識和經驗，往往存在較大差異。快速設計方法正是解決這一問題的有效手段，但目前在航空發動機工裝設計方面，鮮少有人進行相關實際應用研究。[1-3]本文結合快速設計方法，以發動機拔具類工裝為切入點，構建工裝快速設計體系，并組織開發基于Teamcenter/UG NX的工裝設計系統，最終實現提高設計效率和質量水平的目的。

1 快速設計技術構成及拔具的組成與分類

快速設計，是運用先進的設計方法、設計工具和具體產品的設計知識，在已有的設計資源基礎上通過對產品信息進行重組，對成熟產品進行變型再設計，使重要的信息資源得到重用，從而達到縮短設計周期和提高設計質量。[4]快速設計的基本方法有模塊化設計、相似設計和基于實例設計等。本文從既有拔具類工裝設計實際情況出發，選擇其中的模塊化設計方法結合參數化設計手段進行拔具類工裝的快速設計應用研究。

（1）模塊化設計技術。所謂模塊化設計，是指在分析產品功能的基礎上，將產品的總功能分解為可互換、獨立的基礎單元模塊，這些模塊具有可交換性、可組合性和重復利用性，設計者根據實際需求，通過選擇與綜合功能模塊，可快速設計出各種新產品。

（2）參數化設計技術。參數化設計的優點是定義的參數除能描述圖形拓撲信息外，還可表達與處理幾何元素間的設計關系和約束關系，工藝人員無需考慮具體尺寸計算結果，僅通過改變輸入參數和約束關系即可更新設計，如此既擴展適應性，同時又便于更改，產品得以滿足不同結構要求。

（3）拔具組成。拔具作為實現兩機件間分解操作的工藝裝備，一般包括加載件、支承件和作用件。加載件為整個分解操作提供動力;支承件支承在被分解機件上，可抵消工裝反作用力;作用件將加載件施加的分解力傳遞至分解件上。

2 拔具類工裝快速設計實現及應用

結合前述介紹快速設計技術理論和方法，本文基于單位Teamcenter管理平臺，通過對UG平臺二次開發建立拔具類工裝快速設計系統。該系統主要由設計計算庫、參數化實體模塊庫和設計要點庫三部分組成，見圖1所示。

2.1 設計計算庫

設計計算庫主要是為工裝設計過程中涉及到的各項計算服務。工藝人員進行設計時，經常會遇到各種包含多個參數的復雜計算，采用傳統的人工方法不僅浪費時間，而且過程中容易出現錯誤，故在本文構建的工裝快速設計系統中，工裝計算被程序化，工藝人員只需輸入部分設計參數，即可快速獲取準確結果。拔具設計計算主要涉及的是結構強度計算、過盈配合分解力計算等，選擇Visual C++對這些計算方法進行用戶程序開發，部分程序用戶界面如圖2所示。

2.2 參數化實體模塊庫

拔具模塊數據庫，是在現有產品資源基礎上結合自身特點進行搭建。模塊庫包括典型工裝庫和典型結構庫：典型工裝庫針對于相似程度高、結構比較固定的工裝建立;典型結構庫則針對于更新換代較快的工裝建立。

模塊庫中的各模塊按照自身結構特點配有若干主參數，設計者在選定某一模塊之后，可按照具體使用工況條件，更新主參數賦值，屆時系統將對應更新各功能單元中引用該參數的模型信息，從而得到滿足需求的實體模塊產品。

2.3 設計要點庫

設計要點庫依據專家經驗和知識積累收集技術點，其內容包含工裝基礎知識、設計原則與依據，相關設計計算、典型工裝和結構的基本說明、適用范圍等。通過設計要點庫，初級設計者可以高效掌握工裝相關設計知識、迅速開展工作，資深設計者則能夠快速查詢所需資源，避免大量知識搜索工作，節省時間，以完成更多、更優任務。

2.4 一般設計流程

基于上述系統，可按照如下流程設計：

1）分析工況：根據機件特點、工藝要求等，確定工裝功能需求;

2）制定方案，結構設計：搜索典型工裝庫，尋找適合模塊，若搜尋成功則通過參數化驅動進行適應性更改;若搜尋失敗，則搜索典型結構庫，通過協調模塊相互連接關系、優化組合構成拔具;當模塊數據庫無法滿足要求，進行新型設計;

3）完成結構設計，檢驗結構強度、模擬使用過程;

4）最終得到滿足既定功能需求的拔具。

3 結語

快速設計不僅能夠減少重復性工作、提高設計質量，并且可以幫助初級設計者掌握相關知識，而高級設計者亦可把更多精力放在產品質量的提高、優化中。本文借助快速設計技術，構建了拔具類工裝設計體系，進行其快速設計應用研究。經一段時間運行試用表明，工藝人員在使用快速設計系統后，設計效率及質量均有大幅提高，初級設計者方面效果尤其突出。

參考文獻：

[1]張守京，張媛，宋栓軍.工裝快速設計知識模板技術研究[J].西安工業大學學報，2014，34（10）：795-799.

[2]鮑東，仲梁維.利用參數化設計技術的起重機快速設計研究[J].現代制造工程，2014，（2）：1-5.

[3]胡家喜，周來水，衛煒，賈忠寧.面向航空發動機工裝快速設計系統的信息模型研究[J].制造業自動化，2011，32（12）：26-29.

[4]機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社，2009.