数字化装配技术new

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1、数字化装配技术及应用摘要：本文简单介绍了数字化装配技术产生的背景、内涵，以及数字化装配所面临的关键技术问题。详细介绍了数字化装配技术在飞机装配、航空发动机装配和船舶装配方面的应用，并对未来数字化装配技术的发展趋势进行了展望。关键词：数字化装配飞机装配航空发动机装配船舶装配1.背景随着市场竞争的全球化，制造业面临着更为激烈的全球市场竞争。产品的生产模式由少品种、大批量逐步转变为多品种、变批量。产品的设计制造过程也由一个企业独自完成发展到具有互补性企业之间的强强联合，跨地区、跨国界的技术合作越来越多

2、。由此，产品的异地设计和制造、敏捷制造技术、虚拟制造技术等先进的制造模式和技术正在成为制造工程界研究和应用的热点和重点领域，其中，分布式环境下的产品数字化装配技术是实现异地设计与制造、敏捷制造和虚拟制造等先进生产方式的关键技术。据统计，在工业化国家中产品的生产过程中大约1／3左右的人力在从事与产品装配有关的活动，超过40％以上的生产费用产生于产品的装配过程，产品装配所需工时占产品生产制造总工时的40％一60％。而产品开发时间的不断增长与产品生命周期不断缩短形成了鲜明的对比(如图1所示)。因此，装

3、配是产品生命周期的重要环节，是产品功能实现的主要过程。图1产品开发时间与产品生命周期对比然而，就目前的产品设计和产品开发现状来看，有关产品装配结构及其工艺的设计工具和设计水平仍然十分落后，与装配在产品生命周期中的重要地位极不相称。就现行的产品装配设计而言，CAD工具软件对产品装配结构设计的支持能力还很差，以当前较为流行的Pro／E和IDEAS等系统来看，只做到对装配体的几何结构设计和简单几何特征之间的干涉关系检验等功能的支持，因此，仍然是在几何范畴内的分析和设计。在CAPP(ComputerAi

4、dedProcessPlanning)系统中，目前也多是针对单个零件制造工艺的设计，对包括产品装配序列规划在内的产品装配工艺设计与分析能力几乎没有。由于装配设计的手段落后。目前企业设计部门仍是依靠技术经验丰富的设计师、工艺师来完成产品装配结构及装配工艺的设计任务，设计周期长、受设计者的知识局限性和主观性影响较大，尤其对于复杂产品的装配设计。设计者往往无法将各方面、各层次的问题都考虑进来，往往只能凭借经验来寻求可行解或局部较优解，全局最优的目标往往难以实现。作为敏捷制造、虚拟制造等先进制造技术中的

5、一项关键技术，数字化装配技术近年来受到了学术界和工业界的广泛关注。通过建立数字化装配模型，可以在计算机上创建近乎实际的但具备物理性能的虚拟环境，对产品的装配过程进行模拟与分析，对装配方案进行快速评价，优化产品的装配过程，及早发现潜在的装配冲突与缺陷，模拟和预估产品装配性能及可装配性等方面可能存在的问题，并将装配信息反馈给设计阶段的设计人员，修改、优化设计，提高设计质量与水平；同时，提早确定装配方案，就可提早进入工艺计划与准备阶段、提早进行工装设计与生产，为设计与工艺、生产的并行提供条件，加快研制

6、进度；所以，对于大型复杂产品而言，在产品实际装配之前通过分阶段、多层次实施数字化装配，可以为提高产品质量、缩短研制周期、降低研制成本带来巨大的效益[1]。1.数字化装配的内涵数字化装配技术是指在无物理样件的情况下对产品可装配性、可拆卸性、可维修性进行分析、验证和优化，以及对产品的装配工艺过程包括产品的装配顺序、装配路径以及装配精度、装配性能等进行规划、仿真和优化，从而达到有效减少产品研制过程中的实物试装次数，提高产品装配质量、效率和可靠性的技术。数字化装配技术主要包括两个方面的研究内容和应用目标

7、：(1)对产品装配结构进行分析与优化，用于指导产品的结构设计。其研究包括产品的装配建模、装配序列自动推理、可装配／可拆卸性分析评估、干涉碰撞检查、机构运动分析、装配公差分析与综合等，依据以上研究内容开发的软件模块一般是建立在三维CAD系统(例如Pro／E)的基础上，主要从几何的角度来检验产品结构设计的合理性，并对产品的装配难易程度进行评价。(2)对产品装配工艺过程和现场管理进行规划与优化，用于指导实际的装配过程。其研究包括产品装配顺序和路径的确定、装配力和装配变形分析、装配误差累计的分析、装配工

8、装的使用和管理、线缆和管路的装配、装配过程的人因工程分析、装配现场的管理等，它主要从过程、精度和物理特性的角度，实时地模拟装配现场和装配过程中可能出现的各种问题和现象，从而获得可行或较优的装配工艺，指导生产现场实际装配过程与操作[2]。3.数字化装配的关键技术(1)装配建模装配建模是对构成装配体的零件及零件间关系的描述。装配模型包括关系模型、层次模型和面向对象模型。关系模型应用图论方法，表达简单，但冗余连接较多，使计算变得很复杂。层次模型应用树状结构。可更好地表达模型间的分层装配和顺序约束，是商