三维装配工艺技术在雷达总体装配中的应用研究

三维装配工艺技术在雷达总体装配中的应用研究

郭旭，周军，程晓祥

中国电子科技集团公司第三十八研究所  安徽省合肥市230031

摘要：总体装配工艺具有装配生产组织方式多变、装配件类型多、工艺复杂的特点，这些特点导致雷达产品工艺设计周期长、成本高。当有新型号的产品时，往往需要投入大量的人力物力进行装配工艺的设计和生产。

关键词：三维装配工艺技术；雷达总体装配；应用

前言

装配是制造业的主要活动，是形成产品的最终环节。对于雷达产品而言，产品总体装配所占周期比分系统的装配周期更长，这主要是因为雷达是涉及多种技术领域的综合性电子信息装备，其技术更新快;大规模数字集成技术和高速传输技术在雷达中的应用，使雷达在硬件规模不断缩小的同时，更向着规模小型化、功能复杂化的方向发展;雷达系统结构零件数量多，装配关系极其复杂，又需要有大量的制造资源支持，致使装配工艺设计难度大。

1雷达总体装配对三维装配工艺设计技术的需求

1.1雷达总体装配中存在的问题

装配工艺规划需要解决产品的零部件装配顺序、装配路径、装配工艺方法和装配所用工、夹具等问题。雷达产品结构复杂，一般由多个具有独立功能的分系统组成。总体装配是根据设计要求，先将零部件、仪器设备、组件装配成各个分系统，然后进行分系统之间的联装、联调。其制造模式是典型的单件、小批量，研发与批产经常同时进行。其总体装配往往是多个型号在线，产品与工艺装备在工艺设计时均未定型。总体装配工艺具有装配生产组织方式多变、装配件类型多、工艺复杂的特点，这些特点导致雷达产品工艺设计周期长、成本高。当有新型号的产品时，往往需要投入大量的人力物力进行装配工艺的设计和生产。现有的装配工艺设计方式难以满足多变的产品需求，具有以下不足:1)总体装配工艺设计与产品设计缺乏协同机制。产品设计无法充分考虑装配工艺性问题，往往需要多次工艺反馈才能确定设计。2)装配工艺设计手段滞后。三维CAD系统已经成为产品创新设计和数字化设计制造的基础平台，但是装配工艺设计手段仍针对二维图纸采用人工编制。传统的CAPP系统过于强调工艺规划，缺乏工艺规划的验证和持续改进，缺乏对车间执行的指导、监控和反馈机制，造成数据重复、冗余，过分依赖设计者的工艺设计水平。3)总体装配工艺的设计和验证依赖物理模型。在实际装配设计工艺中，复杂关键过程需要借助物理模型对关键零部件的装配进行验证，来确定装配顺序以及电缆路径、长度和电缆束的捆扎等，总成装配周期长。4)装配工艺文件不直观。基于二维视图的装配工艺的生成、组织、管理与表达困难，无法交互地对装配过程进行仿真和评估。另外，二维工艺文件无法直观反映装配细节与要求，给工艺状态控制以及操作人员对装配工艺的理解和使用带来困难。在新型号产品的装配中，需要工艺和设计人员到现场进行指导，才能防止装配人员对装配工艺的错误理解以及由此产生的错装、漏装等现象。

1.2三维装配工艺设计技术的特点

三维可视化装配工艺设计技术就是利用三维虚拟现实技术建立一个拟实(包括人、机环境)的交互装配操作的仿真环境，由装配工艺设计人员根据经验、知识和实际条件在虚拟环境中交互地建立产品零部件的装配序列和空间装配路径，选择工装、量具，确定装配操作方式，并通过多种传感装置分析装配过程中的各种人机工程问题，在可视化装配环境中分析各种工艺方法的优劣和实用性，最终得到一个合理、经济、符合实际生产需求的产品装配工艺。实施三维装配工艺设计技术可有效解决上述二维装配工艺设计的不足，提高雷达产品总体装配工艺设计反应速度，缩短设计周期，减少设计反复，为雷达电子装备总体装配敏捷性不足的问题提供了解决方法。雷达产品三维装配工艺设计要重点实现以下2个方面的目标:1)对产品总体装配工艺设计进行有效验证，以提高总体装配工艺设计效率和质量;2)生成整个装配过程可视化的作业指导，以有效指导生产现场总装。前者表明三维装配技术是装配工艺设计的使能技术，而后者表明三维装配技术是作为无纸化生产的使能工具。

2雷达结构三维装配工艺设计过程

雷达装备结构复杂，异形复杂零部件多，装配精度要求高，装配过程以手工装配为主。随着多型号任务的并行开展，传统的二维装配工艺设计方法已不能满足需求。通过数字样机来代替物理样机进行装配工艺设计与仿真，能够及时发现工艺设计过程存在的问题，减少工艺更改，从而缩短产品的研制周期。通过对某雷达研制企业装配工艺设计的业务流程进行分析，建立了雷达结构三维装配工艺设计系统总体技术路线。雷达结构工艺设计系统以PDM作为协同工作平台，以企业标准规范作为指导。

2.1 PBOM构建

EBOM反映产品设计结构的BOM形式，主要根据产品功能要求来确定包含哪些零部件以及这些零部件的结构关系。PBOM是在EBOM的基础上，结合生产实际情况进行调整得到的，其结构形式发生了变化，如液压、电气部件拆分到相应的装配部件PBOM中，部分装配组件按工位进行二次拆分等情况。因此，在工艺设计之前，就需要对产品的EBOM按照产品结构的设计分离面和工艺分离面进行调整，形成产品的PBOM。

2.2工艺编制任务分配

PBOM构建完成之后，工艺主管根据划分好的PBOM，指定具体的工艺编制人员，在ＰＤＭ系统中启动工艺编制、审批流程。

2.3装配BOM管理

PBOM仅仅是构建了总装层级的BOM结构，而对于分系统甚至是部件级的PBOM结构，由工艺设计人员在工艺设计时调整。装配BOM管理主要完成分系统和部件级BOM的调整，具体包括装配结构调整和装配顺序规划。

2.4装配工艺设计

根据零部件的装配顺序，确定零部件的装配工艺路线，定义每道装配工序，确定每道装配工序所用到的装配资源信息（装配设备）。然后进行装配工序详细设计，定义每个装配工序下面的装配工步信息，并确定每个装配工步所用到的装配资源信息（工装、工具）。

2.5装配路径规划与仿真

装配工艺设计完成之后，以工位为基本单位，将装配设备、工装、工具以及产品三维模型引入到装配环境当中，规划零部件的装配路径。在装配路径规划过程当中，利用干涉检查工具，确定装配设备、工装，以及零部件之间是否会产生干涉。若产生干涉，则将仿真信息反馈给装配工艺设计，以便对装配工艺设计进行修改。

2.6装配工艺信息标注

装配路径规划与仿真完成之后，进行装配工艺信息符号的标注，将装配方法、装配工艺参数以一种形象化的符号直接标注在三维模型上面。

2.7三维装配工艺现场可视化应用

当工艺发布之后，车间装配人员通过工艺信息浏览器，查看工艺设计信息和仿真动画信息，以指导现场装配。

结束语

三维装配工艺设计技术实现了以三维模型作为单一数据源贯穿于产品设计、工艺、制造全过程的目标，是建立全三维数字化样机的重要环节。作为CAD/CAPP/CAM一体化工作的关键，设计、工艺、工装并行协同设计的核心就是建立基于全三维的产品、工艺和资源的统一工作模式以及三维结构化的数据信息无损传递的规范。实现雷达研制中的单一数据源和三维数据共享是全三维制造技术首先面临的问题。探索适合军工电子行业的MBD设计规范，是实现全三维设计的关键。三维装配工艺设计的实施将为三维工艺的全面开展打下扎实的基础，特别是三维设计标准规范的制定和实施将会给整个雷达产品的工艺设计工作带来一次全新的变革。

参考文献：

［１］田富君，田锡天，耿俊浩，等．基于模型定义的工艺信息建模及应用［Ｊ］．计算机集成制造系统，２０１２，１８（５）：９１３－９１９．

［２］田富君，张红旗，张祥祥，等．雷达结构三维工艺设计系统研究［Ｊ］．雷达科学与技术，２０１３，１１（４）：４３７－４４２．