汪建東，沈清方

（中航工業(yè)洪都，江西南昌330024）

工藝設(shè)計(jì)工作貫穿于整個(gè)飛機(jī)制造流程當(dāng)中，是生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備工作的第一步，所策劃的工藝總方案、工藝路線規(guī)劃和工藝規(guī)程是指導(dǎo)工裝制造和零件裝配的主要依據(jù)，它們對(duì)組織生產(chǎn)、保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高生產(chǎn)率、降低成本、縮短生產(chǎn)周期及改善勞動(dòng)條件等都有直接影響，因此，工藝設(shè)計(jì)是整個(gè)生產(chǎn)流程中的關(guān)鍵性工作。面向飛機(jī)制造的協(xié)同工藝設(shè)計(jì)，圍繞著飛機(jī)制造過(guò)程中與工藝設(shè)計(jì)相關(guān)的所有數(shù)據(jù)和過(guò)程進(jìn)行協(xié)同工藝設(shè)計(jì),將產(chǎn)品數(shù)據(jù)、設(shè)計(jì)活動(dòng)、相關(guān)人員和應(yīng)用工具統(tǒng)一組織和管理起來(lái)。

1 數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計(jì)

國(guó)內(nèi)飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)已取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，設(shè)計(jì)部門建立全機(jī)數(shù)字樣機(jī)（DMU）的工作已經(jīng)取得實(shí)質(zhì)性的成果，并實(shí)現(xiàn)了以飛機(jī)全機(jī)數(shù)字樣機(jī)為基礎(chǔ)，以工藝流程為主導(dǎo)，通過(guò)協(xié)同工作平臺(tái)采用基于數(shù)字化產(chǎn)品定義（DPD）及基于數(shù)字量傳遞的數(shù)字化協(xié)調(diào)方法，采用計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造的工藝決策、部件裝配和質(zhì)量檢驗(yàn)的模擬過(guò)程。采取并行協(xié)同工作方式，抽調(diào)工藝代表參與聯(lián)合設(shè)計(jì)，舉辦設(shè)計(jì)-工藝雙向技術(shù)交流活動(dòng)、設(shè)計(jì)部門向制造廠開放部分PDM功能等，采用基于MBD的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)方式，建立三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)，在虛擬工廠環(huán)境下協(xié)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)和裝配過(guò)程仿真。

2 工藝設(shè)計(jì)過(guò)程

2.1 工藝設(shè)計(jì)過(guò)程特征

工藝設(shè)計(jì)過(guò)程就是工藝人員從接受工藝設(shè)計(jì)任務(wù)到完成全部的工藝設(shè)計(jì)工作所需要的一個(gè)過(guò)程，具有漸進(jìn)性、并發(fā)性和層次性三個(gè)基本特征。工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的漸進(jìn)性使得在實(shí)際工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中,不能單獨(dú)地進(jìn)行一個(gè)設(shè)計(jì)活動(dòng),而要同時(shí)考慮其他的設(shè)計(jì)要求,這就突出了在設(shè)計(jì)過(guò)程中與其他部門的協(xié)作與交流的重要性;工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的并發(fā)性需要工藝人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中要全面均衡地考慮各種因素,這使得工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中各項(xiàng)活動(dòng)間都有著復(fù)雜的關(guān)聯(lián)關(guān)系;而工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的層次性則要求工藝設(shè)計(jì)需要經(jīng)歷一個(gè)由粗到精,逐步明晰的過(guò)程,在這個(gè)過(guò)程中要求工藝人員和其他相關(guān)人員都要對(duì)設(shè)計(jì)出來(lái)的工藝及時(shí)地反饋信息和同步修改設(shè)計(jì)不合理的地方。工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中還包含許多工藝子流程,這些工藝子流程在信息和時(shí)間上存在緊密的相互交錯(cuò)與嵌套,各個(gè)工藝子流程間存在著嵌套和相互等待。為了減少流程中的等待,須將傳統(tǒng)的串行工藝設(shè)計(jì)流程改為并行工藝設(shè)計(jì)流程。

2.2 工藝設(shè)計(jì)過(guò)程

飛機(jī)零件是構(gòu)成飛機(jī)機(jī)體骨架和氣動(dòng)外形的重要組成部分,品種繁多,形狀復(fù)雜,材料各異,結(jié)構(gòu)件上往往具有各種復(fù)雜型腔,制造工藝難度大,制造水平要求高。對(duì)于飛機(jī)制造工藝設(shè)計(jì)任務(wù),主管總工藝師首先組織擬定工藝方案,確定粗工藝流程,結(jié)合本企業(yè)工藝設(shè)計(jì)能力和制造能力,分解工藝設(shè)計(jì)任務(wù),然后將各任務(wù)目標(biāo)及約束信息發(fā)布各分廠工藝室。發(fā)布到各分廠工藝室工藝員手中的任務(wù),工藝員可利用本工藝室的所有制造資源進(jìn)行工藝的設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)過(guò)程中,隨時(shí)可向本工藝室各工藝員進(jìn)行交互,實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)知識(shí)和制造資源的共享。在飛機(jī)工藝編制過(guò)程中,雖然協(xié)同設(shè)計(jì)者分處不同部門,不同地域,但由于同在一個(gè)企業(yè)的協(xié)同工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)上工作,他們的設(shè)計(jì)結(jié)果可以隨時(shí)相互閱覽,對(duì)其訪問(wèn)、編輯等。典型工藝設(shè)計(jì)過(guò)程如圖1所示。

圖1 典型工藝設(shè)計(jì)過(guò)程

3 面向飛機(jī)制造的協(xié)同工藝設(shè)計(jì)

3.1 協(xié)調(diào)工藝設(shè)計(jì)

在協(xié)同平臺(tái)上設(shè)計(jì)部門的全機(jī)數(shù)字樣機(jī)按基線（成熟度）發(fā)放到企業(yè)的數(shù)據(jù)平臺(tái)PDM后，工藝部門從PDM將產(chǎn)品的EBOM調(diào)入三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)和裝配過(guò)程仿真系統(tǒng)，就可開始做概念性工藝設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的同時(shí)完成工藝性評(píng)審和工裝訂貨，此時(shí)工裝部門開始做概念性工裝設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)、工藝、工裝三部門都在并行完成各自的工作，待工裝設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)完成后就可進(jìn)行三維數(shù)字化虛擬裝配，在虛擬裝配中發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)的問(wèn)題通過(guò)協(xié)同平臺(tái)及時(shí)反饋到設(shè)計(jì)部門和工裝部門，發(fā)現(xiàn)的工藝設(shè)計(jì)問(wèn)題則及時(shí)糾正。在進(jìn)行三維數(shù)字化虛擬裝配的時(shí)候，新一輪的產(chǎn)品三維數(shù)模又發(fā)出，對(duì)應(yīng)新的一輪工藝設(shè)計(jì)和工裝設(shè)計(jì)又開始了。就這樣反復(fù)，直到產(chǎn)品設(shè)計(jì)凍結(jié)發(fā)圖。典型并行工藝設(shè)計(jì)流程如圖2所示，從中可以看到與傳統(tǒng)的串行模式不同，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)都是并行作業(yè)。

圖2 典型并行工藝設(shè)計(jì)流程

3.2 設(shè)計(jì)制造一體化

由于工藝設(shè)計(jì)和工裝設(shè)計(jì)工作的提前進(jìn)行，產(chǎn)品的研制周期大大縮短。真正實(shí)現(xiàn)了為制造而設(shè)計(jì)（Design for Manufacturing，DFM）或設(shè)計(jì)制造一體化的最佳運(yùn)作方式。由于在定制工裝、購(gòu)買設(shè)備工具和開始實(shí)際生產(chǎn)之前，就已經(jīng)分辨和解決了大部分潛在的設(shè)計(jì)、工藝變更，因此為變更所產(chǎn)生的花費(fèi)大幅度的降低。參與并行工作的還有裝配（制造）過(guò)程，只不過(guò)在這里把真實(shí)的裝配過(guò)程變成虛擬的裝配過(guò)程。企業(yè)除投入人力外幾乎沒(méi)有制造實(shí)物的費(fèi)用，卻能把真實(shí)的裝配過(guò)程的問(wèn)題差不多都暴露出來(lái)，在虛擬的環(huán)境里優(yōu)化整個(gè)制造流程，最后在PDM中形成MBOM，并發(fā)送到車間制造執(zhí)行系統(tǒng)MES。

3.3 數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)

在數(shù)字化協(xié)同工作平臺(tái)的支持下，根據(jù)數(shù)字樣機(jī)在三維數(shù)字化環(huán)境下進(jìn)行全機(jī)工藝分離面的劃分，并結(jié)合EBOM確定各工藝裝配部件、段件需要裝配的零、組件項(xiàng)目，構(gòu)建工藝大部件模型。在工藝分離面劃分的基礎(chǔ)上，對(duì)每個(gè)工藝大部件進(jìn)行初步裝配流程設(shè)計(jì)，劃分裝配工位，確定在每個(gè)工位上裝配的零組件項(xiàng)目，在三維數(shù)字化設(shè)計(jì)環(huán)境下構(gòu)建各裝配工位組件裝配的工藝模型。確定裝配工藝基準(zhǔn)和裝配定位方法，并制定出全機(jī)各工位之間的裝配流程圖。將產(chǎn)品三維數(shù)模的數(shù)據(jù)EBOM按工藝分工導(dǎo)入三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)環(huán)境中，構(gòu)建產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)樹PBOM，并且把每個(gè)零件的三維數(shù)模與結(jié)構(gòu)樹相關(guān)聯(lián)。在工位劃分的基礎(chǔ)上，依據(jù)段件裝配工藝模型在三維數(shù)字化環(huán)境下進(jìn)一步進(jìn)行各工位內(nèi)的裝配過(guò)程設(shè)計(jì)，確定每個(gè)工位內(nèi)的段件裝配工藝模型零組件的裝配順序，并定義裝配過(guò)程對(duì)應(yīng)的AO號(hào)。

4 結(jié)語(yǔ)

工藝設(shè)計(jì)工作不僅涉及企業(yè)的生產(chǎn)類型、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝裝備、生產(chǎn)技術(shù)水平等，而且還要受到工藝人員實(shí)際經(jīng)驗(yàn)和生產(chǎn)管理體制的制約，其中的任何一個(gè)因素發(fā)生變化，都可能導(dǎo)致工藝方案的變化。工藝設(shè)計(jì)工作具有多層次性及多階段性、工程更改頻繁、涉及工藝專業(yè)種類繁多、工藝流程復(fù)雜等特點(diǎn)，并且有獨(dú)特的工藝過(guò)程控制管理體系，圍繞產(chǎn)品BOM進(jìn)行數(shù)據(jù)組織和管理，覆蓋工藝分工、工藝計(jì)劃、材料消耗定額編制、工藝規(guī)程編制、工藝資源管理、工藝知識(shí)管理、工時(shí)定額管理、工藝審批流程管理、工藝文件查詢、瀏覽、打印發(fā)布、工裝設(shè)計(jì)與管理等業(yè)務(wù)流程，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)的緊密協(xié)同工作，提高工藝設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量。

[1]范玉青.現(xiàn)代飛機(jī)制造技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2001.

[2]許旭東,等.飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù).航空制造技術(shù),2008.1.

[3]郭佳鵬,許建新.面向飛機(jī)制造的協(xié)同工藝設(shè)計(jì)研究，現(xiàn)代制造工程，2008.5.