关于产品可装配性评价技术的研究现状以及发展方向

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1、关于产品可装配性评价技术的研究现状以及发展方向----技术经济学论文-->摘要:阐述了产品可装配性评价技术产生的背景,分析了影响产品可装配性的因素,综述了近20年来国内外关于产品可装配性评价技术的发展现状,分析了现有评价技术中存在的不足。产品可装配性评价技术发展水平的相对滞后,已成为DFA进一步发展和虚拟装配技术发展的瓶颈问题,因此评价技术的进一步研究,对于整个虚拟装配技术的发展有着特别重要的意义,最后提出了今后产品可装配性评价技术的研究方向。关键词:DFA;可装配性;评价技术1产品可装配性评价技术产生的背景　　公

2、元1995年,世界制造业出现了一个奇迹———波音777飞机没有生产样机就获得了订单。实现这一奇迹的关键技术之一是飞机的数字化预装配,而面向装配的设计(DesignforAssembly,即DFA)则是实施数字化预装配的根本保证。DFA是在产品设计过程中利用各种技术手段如分析、评价、规划、仿真等手段充分考虑产品的装配环节以及与其相关的各种因素的影响,在满足产品性能与功能的条件下改进产品的装配结构,使设计出来的产品是可以装配的,并尽可能降低装配成本和产品总成本[1]。由于装配是产品形成过程中制约生产自动化的主要因素,其

3、自动化的主要障碍在于传统的产品设计不是面向装配的,致使产品形成过程难以保证装配质量,因此可装配性应着重在产品设计中予以考虑。产品设计是产品开发过程中至关重要的一环,设计阶段决定了产品如何加工、如何装配,设计成本虽然只占产品开发总成本的5%,却决定了产品总成本的70%~80%[2],而上游设计失误对成本的影响将以不断放大的形式向下游逐级传播,据统计,这一逐级放大的比例甚至达到1:10[3]。因此,应尽量避免由于设计不合理而给后续相关活动如加工、装配、测试等带来不良影响。由于装配环节是制约生产自动化的主要因素,故在产品

4、设计的同时,尽可能兼顾下游的装配环节及其相关因素,即在产品设计阶段应尽早排除下游的隐患,避免大的返工。DFA正是在这一背景下产生的,这一术语最初是由美国马萨诸塞大学的GBoothroyd和PDeal>并行工作环境下产品的DFA对产品的整个开发周期、成本及质量有很大影响[6]。对设计结果进行可装配性评价是DFA中的关键一环[7],是国内外学者的研究热点[8]。由于产品装配在整个产品生命周期中的重要性,因此对产品可装配性评价技术进行研究和应用,对于增强制造企业的产品竞争力具有重要意义。2　影响产品可装配性的因素2.1　

5、可装配性的内涵产品的可装配性是指装配单元(参与装配的零件、组件或部件)能以相对较低的成本和较短的时间顺利地装配成产品的能力[9]。对于一个确定的装配工艺,其可装配性的优劣主要在于三个方面的特性:技术特性、成本特性和社会特性。技术特性是指装配在技术上必须是合理、可行的;成本特性是指在保证质量的前提下应尽可能地降低装配成本,从而降低总的生产成本的特性;社会特性是指装配要受社会因素的制约。2.2可装配性的影响因素影响产品可装配性的因素可分为三类[9],分别为:(1)装配单元对可装配性的影响。装配单元是指一个完整的装配单元

6、体(零件、组件或部件)。装配单元是决定可装配性优劣的内在因素。其影响内容主要考虑装配单元的整体外形,如单元的输送、单元的方位识别、单元的抓取和操纵等。(2)装配工艺对可装配性的影响。装配工艺是将装配单元装配成产品的具体操作过程,其影响内容包括装配顺序、装配路径和装配工位对可装配性的影响。(3)装配资源对可装配性的影响。装配资源是用于实施装配工作的装配工装夹具和工作台等。其影响内容包括资源的种类、配置和元件,装配资源的使用,装配资源的操作等。3产品可装配性评价技术的发展现状在近20年中,国内外的学者对产品可装配性评价

7、方法作了大量的研究工作。面向DFA的评价方法大致可分为两类:基于规则的定性分析方法和基于数值的定量分析方法[10]。3.1基于规则的定性分析方法这种方法基于一些通用的规则和设计准则对设计进行评价,运用一系列的规则评价设计的可行性。设计准则包括零件数量最少原则、零件对称性原则、紧固件数量最少原则、装配中定位和调整次数最少原则等。属于这一类的可装配性评价的方法有:(1)Yamagiwa把可装配性分为多个因素分别进行评价和分析,评价分较低的装配操作易于在早期识别和修改[11]。Warnecke对功能和装配难度的比值进行分

8、析评-->价,对功能值较低的和难于装配的零件,作为指导设计修改的对象[12]。LI提出了CAD与DFA集成的思想,基于装配特征进行装配性评价[13]。Fazio根据特征信息,即特征位置、装配方向、零件间的间隙等信息来评价装配难度[14]。(2)Langmoen和Ramsli在1983年设计出了一种名为SINTEF的面向自动化装配的评价方法。这种方法使用了五种