浅析机械装配在制造中的应用

浅析机械装配在制造中的应用

刘兆瑞

哈尔滨飞机工业集团有限责任公司 黑龙江省哈尔滨市 150066

摘要：随着计算机技术的发展，数字化装配工艺设计对直升机制造业的影响变得越来越重大，它要求产品信息传递数字化，工艺规划与仿真过程可视化，工艺文件编制快速准确化。随着航空航天、高铁等工业的发展，也带动着火箭、卫星、飞机、动车组及高端数控设备等产品朝着精密化、复杂化和光机电一体化的方向发展，同时用以提高产品性能的装配方法也越来越受到重视。面对制造技术迅猛发展对装配技术的需求，计算机和数字化与传统装配相结合的装配技术数字化装配技术应运而生。数字化装配就是产品装配技术与计算机技术、 数字技术、网络技术等深度交叉、融合与发展。

关键词：直升机；数字化机械装配；技术

随着计算机软、硬件技术的发展，直升机设计过程的数字化技术应用已经相当普及。同时，随着网络及通信等技术的不断发展，并行工程及异地协同等模式也得到了广泛运用，大大缩短了型号的设计与更改周期，也提高了构型管理效率。但是现今的设计思想要变成高性能、高质量的产品，必须经过工艺协调、工装设计和制造、零件设计和制造、装配、调试等一整套复杂的程序，需要落实到制造的每个过程。只有实现全制造过程的数字化，才能真正提高新型号研制水平、效率和最终产品质量。

一、数字化装配工艺设计

1、简单实用。系统的用户界面操作应该简单化、人性化，必须符合大部分工艺人员的工作习惯，为其带来工作便利，最大限度地减轻工作强度，提高工作效率，做到易学易用。系统还要切实地为企业带来经济效益，片面的追求装配工艺设计的智能化往往会适得其反。

2、集成开放。这要求系统提供接口能与外部系统进行数据交换，并实现互操作。产品设计信息是进行装配工艺设计的基础，智能数字化装配工艺系统通过相应的接口与 CAD、CATIA 系统进行集成，我们可以在该系统中直接获得相关的产品数据信息，从而实现系统之间的集成。另外，装配工艺设计过程中产生的数据信息，通过系统的集成就能够及时的提供给其他系统，从而各系统之间的信息能够实现通畅交流。与其他系统的集成还体现了系统的对外开放性，主要表现在：装配工艺知识的开放性、装配工艺数据的开放性、装配工艺资源的开放性以及装配工艺知识获取方法的开放性等方面。

3、安全可靠。系统需要建立用户管理模块，对不同身份的用户设置不同的权限，还需要给每个用户设置一个账户和密码，这样用户在登录时必须输入账户和密码，不同身份的用户具有不同的系统操作权限，系统操作权限的设置使得具有不同职能的工作人员只能进行各自的相关操作，分工明确，不容易因操作失误而造成损失，从而确保该集成系统的安全。

二、数字化预装配及虚拟装配

20 世纪末，引领制造业的波音公司完成了具有划时代意义的创举在无实物样机的情况下，直接进行了某客机的图纸设计、生产加工、现场装调等，并一次首飞成功。完成这一创举，除了波音公司强大的技术团队外，确保飞机设计制造一次成功的关键技术之一就是数字化预装配技术。数字化预装配技术即利用数字化样机对产品的可装配性、可拆卸性、可维修性等进行综合分析、验证及进一步优化装配方案等。最初的数字化预装配技术是为了产品更具装配性而进行的产品装配几何约束、干涉等问题的分析，虽然考虑了装配工艺问题，但忽略了产品装配过程中的场地、工装及人员等相关因素；随着数字化预装配技术的逐步推广，面向生产现场的装配仿真成为数字化预装配技术的重点研究与突破方向。虚拟装配技术是在虚拟现实与数字化预装配技术相互融合的基础上发展而来的。虚拟装配技术是利用虚拟现实、计算机图形学、人工智能和仿真等技术，在虚拟环境下对产品的装配过程和结果进行仿真，并对产品的装配顺序、路径、方法等相关问题进行辅助分析，并完成科学合理地决策。虚拟装配技术是对数字化预装配技术的继承和发展，其强调以数字建模和仿真为手段，并通过计算机上的视图形式来显示产品实际装配的全过程。其主要还是以工艺过程为基线，实时模拟产品在装配过程中可能出现的各类问题，完成产品在实际试装前装配性能的预测，并进一步优化装配工艺及装配手段。在虚拟装配技术方面，西方各国相继建立了一批虚拟装配系统并在相关工程中得到应用，取得了良好效果[1]。

三、数字化机械装配技术

计算机辅助装调技术。随着计算机技术的发展，计算机辅助装调技术出现了，其技术路线就是通过光学检测工具获取所需装调光学系统的测量参数，在各类数据参数的基础上，通过计算机辅助分析及计算，获取整个光学系统各元件的装调参数。特别是在复杂光学系统的装调中，计算机辅助装调技术的优势得以充分发挥，一种全新的光学系统设计理念，但在系统最终装调中成像质量始终无法接近设计值。而 EGDALL 等提出了计算机辅助装调的设想模型，从而使此光学系统达到了很好的装调效果，取得了接近设计值的成像质量，用计算机辅助装调技术平台对离轴无遮拦三反射镜光学系统进行模拟装调，同时对一比例缩小的原型样机进行了实际的装调测试，使整个视场波前误差 RMS 值达到了 0.055λ（λ=632.8nm）。在这些成果中，可分为两类：第一类就是计算机辅助装调技术平台的理论研究，且重点在失调量的数学解算上; 第二类就是面向装配过程的精密光学系统计算机辅助装调平台数学模型的研究， [1]将机械结构及装配工艺约束等引入光学自动设计模型中，又进一步推动了计算机辅助装调技术平台的发展。目前，计算机辅助装调技术平台将研究建立光学系统的装调工艺模型，并通过工艺参数调整，寻找最优的辅助装调参数及路径，指导工人快速精准的装调作为发展的重点方向。

四、数字化机械装配技术在质量中的应用

1、提高检验效率。数字化机械装配技术既能满足装配生产作业现场进行实时化、透明化和精益化管理的信息化需求，也能实现产品在铆接装配、总装和试飞地面工序等生产制造过程管理的电子化、可视化和无纸化，检验员进行工序采集等同于在纸质流程卡中的签字和加盖检验印记，检验员进行记录填写、附件上传等操作等同于纸质流程卡中的检验记录填写，能形成可追溯的信息记录，可有效避免漏检的情况发生。可直观体现出机体复材、铆接、系统装配及试飞的制造符合性，减少查阅图纸步骤，提高检验效率。

2、装配精度分析技术。装配精度是决定产品装配的关键参数之一。产品装配精度分析是在产品设计或装调阶段， 结合影响装配精度的各类因素， 对装调过程中各类装配偏差源或加工误差等进行建模与分析，其目的就是对产品装配精度进行预测及控制，从而提高产品合格率及产品性能。当前，在装配精度分析方面较新的成果以公差建模、偏差传递与累积、精度控制等方面为主。其中，公差信息模型是对公差信息的详尽描述，支持各种公差完整表达的同时，更要显示各种信息之间的约束，确保公差信息表达的规范性。公差数学模型主要是对公差信息进行数学表达， 是公差数据传递的核心。

目前我国在数字化装配技术的研究与应用领域，现在数字化装配技术研究体系不够健全，研究内容不够深入，且在参数化方面考虑的因素不够全面，只片面考虑静态参数装调，忽略动态参数调整。随着人工智能技术的发展及普及， 产品装配技术有望实现从传统依靠经验加手工的模式向自动化及智能化装配方向转变， 并最终利用数字化技术实现产品的可视、可控的科学装配。

参考文献：

[1] 杨 艳 .分析直升机产品设计与工艺装备并行设计方法 [J]. 科技资讯，2019，12：64.

[2] 崔晶，陈先有 . 直升机产品设计与工艺装备并行设计方法 [J]. 航空制造技术，2017，06.