基于可制造性設計規范的工藝檢查系統研發分析

唐 波

（益陽職業技術學院，湖南 益陽 413055）

由于現代科學技術的持續發展，工藝檢查流程從人工檢查逐步轉變成計算機輔助檢查，開展這項工作能夠有效促進信息平臺的建設。筆者在武漢某制造信息化管理的上市企業學習調研時，接觸到可制造性設計 （Design For Manufacturability，DFM）概念與基于信息化的工藝檢查理念，目前，信息化管理手段已廣泛應用在產品設計、制造以及現場管理的各個方面，而使用制造執行系統 （Manufacturing Execution System，MES）、計算機輔助設計(Computer Aided Design，CAD）、計算機輔助工程（Computer Aided Engineering，CAE）、計算機輔助制造（Computer Aided Manufacturing，CAM）、企業資源計劃 （Enterprise Resource Planning，ERP）等各種技術和系統，能夠有效減少產品制作與開發的周期，并且還能夠有效提高產品質量。然而，即使使用了先進的產品數據管理（Product Data Management，PDM）系統，企業內部也并未創建知識規則庫，因而缺乏良好的繼承關系[1]。此外，工藝檢查在ERP 系統中是由工藝設計師審查的，模具行業企業技術含量高，一般是單件生產，工藝復雜，流程眾多，常規工藝檢查容易忽略某些細節，需要進行輔助工藝檢查以排除一般工藝錯誤。

通過使用企業構建的數字平臺，并使用CAX，PDM 等技術，能夠有效地對產品功能與作用、工作數據管理、工藝等各方面的問題進行處理。但是，在設計的可制造性以及成本等各方面通常仍然使用傳統的工作方法開展分析，這種方式不能與目前的信息系統相一致，在設計的最初不能有效落實對產品的可制造性與成本約束的考慮。為了能夠有效加快型號研制工期，對其質量與成本進行控制，優化研制的系統應該不斷推廣面向工藝的結構設計方式，對其研制系統進行優化與完善，同時還應該對設計技術的基礎數據及建設信息進行積累與審核。

1 自動工藝檢查系統與可制造性設計的介紹

1.1 自動工藝檢查系統的介紹

常規的工藝檢查是由經驗豐富的工藝設計師進行的，在CAX 技術日益普及的今天，零件的設計圖紙與加工圖紙可能并不一致，這些由人工檢查容易出錯。工藝檢查一般可分為結構工藝性檢查和制造工藝性檢查兩類。一方面，對結構工藝性檢查而言，主要檢查其對加工質量、生產效率和經濟效益的影響，包括結構特征的尺寸、位置、精度及與其他結構的尺寸、位置、精度之間的關系； 另一方面，對制造工藝性檢查而言，主要檢查其制造工藝過程的經濟性、可行性和可靠性，一般機械零件制造的工藝有其固定工藝過程，如常規的車削、銑削、鉆削、電加工等，都有很成熟的加工工藝。

針對復雜模具制造，可由三維模型的加工特征，按一定規則構建其通用加工模板，如鉆孔工序、型腔開粗工序、等高加工工序等，對不同的工藝路線，可二次開發定制其檢查規則，新的工藝手段也可添加到知識系統，實現工藝的自動檢查。自動工藝檢查系統可與企業的信息化平臺實現交流與共享，促進企業信息化水平的提高。

1.2 可制造性設計的概念

DFM 是面向產品生命周期設計的一種，也稱為零件的可制造性要求。工程師一般認為產品設計就是在三維軟件中繪制出產品模型，但是可以設計出來不一定就能制造出來，或制造出來成本過高、時間過長或質量達不到要求。而DFM 團隊通常由設計師、制造工程師、市場代表、財務經理、研發人員、原材料供應商和其他項目利益有關者 （包括客戶）共同組成。由于其中涉及到各個方面的人員，因此能夠有效推動計劃的完成，并且能夠對傳統生產方式中有可能出現的制造問題進行規避[2]。其通常是對產品自身的物理特性與制作系統各部分之間的相互聯系進行研究，并在產品設計中進行使用，以優化整個生產系統和工藝流程，使其更加標準化，節約成本，減少生產時間，提高產品的可制造性以及工作效率。DFM 的主要核心是在不影響產品功能的基礎上，參與產品的前期規劃再到產品生產的整個設計過程，使其更加標準化、簡化，使設計能夠幫助生產和應用。節約產品的生產生本，減少工藝流程，選擇成熟度較高的工藝技術、標準零件，并對加工復雜度和成本進行簡化[3]。

2 應用可制造性設計的意義

1）節約成本，提高企業產品市場競爭力。低成本、高收益是企業永恒的追求，利用DFM 技術，可生產出低成本、高質量、高效率的產品。

2）促進生產過程更加標準、自動，優化生產效率。面向制造的設計將設計部門與生產部門有效結合起來，以實現信息交流的目的，讓設計開發和生產協調一致。標準統一，易于完成自動化，強化生產效率。

3）促進技術轉移，優化產品轉移過程，強化企業內部協作交流。通過DFM 技術能夠讓企業與外協加工企業實現技術的順利轉移，快速組織生產，DFM 的普遍應用能夠讓企業產品全球化生產[4]。

4）提高新產品開發和測試的效率。如果不采用合適的DFM 規范控制產品設計，則可裝配性與可制造性問題有可能在產品開發最后階段或生產時才會發現。這種情況下想要利用設計變更來糾正，會導致開發成本的加大和產品生產周期的延長。

5）能夠解決制造與裝配工藝越來越復雜的問題。制造與裝配工藝趨于復雜化，為了能夠獲得市場先機，節約生產成本和開發成本，有必要采用最新與最快的制造與裝配工藝技術，并利用DFM 技術使其標準化，才能緊跟技術發展步伐。

3 工藝檢查系統的可行性分析與關鍵研究內容

3.1 自動工藝檢查實現的可行性分析

工藝性檢查工作就是工藝人員對產品制造工藝以及產品結構的工藝性開展分析，并提出有效的修改建議，設計部門所設計出的產品，應符合機械制造標準與工藝要求。工藝性檢查的基礎是產品信息的標準化，核心是結構工藝性檢查和制造工藝性檢查。因此，自動工藝檢查實現的可行性包括產品信息標準化實現的可行性、結構工藝性自動檢查的可行性、制造工藝性自動檢查的可行性3 個方面。

1）產品信息標準化實現的可行性方面。在CAD/CAM 軟件中建立以特征為單元的全參數化三維模型后，可統一裝配、制圖、層等產品信息的技術規范。以UG NX 為例，可用其Checkmate 功能模塊來實現，它是基于知識熔接技術的質量保證實用工具，開啟Checkmate 功能后就能完成三維零件、裝配件和制圖的檢查，實現初步信息標準化。

2）結構工藝性自動檢查的可行性方面。UG 的特征就是以產品結構為單元來組織的，如產品設計中圓角、倒角、抽殼、筋、凸臺、墊塊等特征的結構，其設計有相關的標準，其關鍵參數信息通過UG 表達式或二次開發工具，如KF 編程、OPEN C++等來提取和引用，再構建基于OPEN C++的MYSQL 結構工藝性數據庫，通過關鍵參數與數據庫的對比與分析，達到結構工藝自動檢查的目的。

3）制造工藝性自動檢查的可行性方面。UG 的CAM 模塊以 “操作” 為工序組織單元，在工序導航器組成工序序列，實現基于機床的加工順序序列，對典型的數控車、銑、鉆、線切割工藝，都要遵循粗加工、半精加工、精加工的加工路線，刀具、材料、切削用量等工藝要素可以通過加工數據庫來實現知識熔接，構建針對不同加工特征的加工模板。數控編程員所編制的“工序操作” 參數，可通過與加工數控庫的比對與分析，實現對工藝參數合理性的檢查。

3.2 工藝檢查系統的關鍵研究內容

參考產品設計原則、零件結構設計原則、制造工藝性規范要求、機械設計標準等，關鍵研究內容可分為以下4 個部分： 一是模具加工DFM 標準；二是模具典型零件制造工藝的數字化形式； 三是結構工藝性數據庫與加工數據庫的數據結構； 四是自動工藝檢查系統與數據庫的通信與連接。

3.3 工藝檢查系統的技術要求

一是自動工藝檢查軟件可與已有三維軟件直接無縫集成； 二是軟件可方便人機交互的便利開展；三是加工制造和結構工藝性數據庫應具有智能學習功能； 四是對三維模型的加工特點開展智能識別、分析和判斷； 五是根據數據庫的信息，對產品設計三維模型的工藝檢查軟件可以將檢查結論用文件的形式輸出，詳細列出結構工藝性與制造工藝性問題，并提出改進建議。

4 可制造性設計的工藝檢查規則

針對不同的產品，符合DFM 的工藝檢查規則也不同。對于注塑模具而言，DFM 應包括注塑成型工藝性檢查和模具部件制造工藝檢查兩個方面。一方面，對注塑成型工藝性檢查，應包括壁厚、拔模斜度、BOSS 柱、筋、孔等參數的設計規則； 另一方面，對模具部件制造工藝性檢查，應包括機床的選擇 （普通或數控，三軸或多軸）、材料、刀具、切削參數、工序劃分等顯性的因素，也包括成本、效率、工時等隱性的因素。因此，企業應讓企業中的設計、工藝、制造等部門具有豐富經驗的技術專家采取反復討論和總結經驗的方式，明確工藝檢查規則參數，并將其轉變為相應的設計與制造經驗數據，創建設計與制造的數據庫。

5 與ERP 系統的集成與應用

從企業信息化管理的全局來看，自動工藝檢查系統應融入ERP 系統中，并在設計過程的不同階段開展。完成設計圖樣以后，有必要利用工藝檢查軟件開展評審工作，生成評審報告。修改評審報告中的否決項，對錯誤的問題進行逐一修改，在完成修改以后應該重新生成報告并傳遞給下游的工藝設計師。工藝設計師對圖紙進行評審，并對工藝評審報告中數據的正確性進行檢查，檢查圖紙的制造精度的經濟性，及時反饋給上游的設計師[5-6]。

6 結束語

發展先進的制造技術并實現信息化管理，是加速我國由制造大國向制造強國轉變的重要保證。在制造智能化、信息化發展的今天，融入DFM 規范的自動工藝評審技術已是制造企業信息化建設的重要組成部分。對一般企業的信息化建設，要摒棄原有的人工評審方法，構建符合企業本身實際的工藝評審系統平臺。良好的信息化工藝評審系統，能夠提高技術人員的工藝檢查工作效率，降低生產成本，促進企業向信息化制造方向轉型發展。