论文部分内容阅读
[摘要]为了解决航空发动机装配中出现的错装、漏装和装配选择繁琐低效等问题，提出了一套面向装配过程的数字化方案。利用装配数字化装配技术，从工作方式上可以有效避免原装配过程中出现的错装、漏装。利用计算机辅助选择装配，能够更快更合理地帮助装配人员在多组待装配产品中找到最优的装配方案。
[关键词]航空发动机； 装配 ； 工艺 ； 数字化
中图分类号： V263.2 文献标识码：A 文章编号：
0 概述
国内许多航空发动机企业至今仍然沿用传统的装配方式，即采用手工的、纸制的和人工的模式来进行发动机部件和整机的安装。这里手工的是指装配检验部门对装配过程进行检验还是通过手工确认的方式进行；纸制的是指装配工人在装配过程中必须查阅大量的纸制的信息以指导其进行正确的装配；而人工的是指整个装配的计划和任务是通过人工的方式以书面的形式进行下达和分发。此外，传统的装配方式不利于对装配信息的统一管理，装配过程中的经验得不到很好的积累.其它相关部门查看装配相关信息也比较困难。
通过分析，发现在发动机装配作业中存在以下问题：①由于航空发动机的装配主要是由手工完成的，因此制造工厂中的错装漏装现象时有发生；②在发动机的生产过程中，经常出现所有装配零件均为合格品（在指定的公差范围内），但装配性能却差异较大的情况，造成这种情况的原因是零件之间、结构之间的相对位置和运动件之间的配合关系虽然处于认可的范围内，但并不是处于最优的情况；③对于不同熟练程度的装配工人，装配同一台发动机，其性能也可能存在很大差异；④装配中容易出现质量问题的环节，缺乏警示提醒，没有充分利用已有的装配经验，造成质量问题可能重复出现。
本文针对目前装配过程中存在的不足和新的需求，提出了一套带有装配向导与管理的装配数字化系统实现方案，对其中的关键技术进行了研究，实现了发动机装配作业的数字化。
1 系统构建
由于装配系统涉及产品的许多关键性数据信息，如零件三维模型信息、装配工艺信息、零件测量信息和实际装配中的操作信息等，并且主要应用在企业内部的局域网中，因此，本系统采用了c/s模式的网络构架。
为了解决企业中存在的问题，对装配过程进行实时管理和控制，并实现整个装配过程的数字化，系统主要通过下面几个模块来实现，其模块之间的数据流向如图1所示。
（1）装配任务管理模块。由装配车间的调度员使用，其作用是根据计划部门生成的发动机生产计划，将发动机的各种不同部件的装配任务分配到各班组。
（2）装配工艺可视化模块。由工艺员根据装配工艺规程指定零件的装配顺序、装配路径，形成三维可视化的装配过程演示仿真，并输入一些关键的提示信息和警告信息。
（3）装配过程可视化与流程控制。由装配车间里装配班组长、操作员和检验员使用，装配班组长将装配任务包分解给各作业组，操作员就可以看到本作业组的任务和相关装配信息。操作员在工序/工步的提示下完成装配任务。完成工序后，在系统支持下提交检验。该模块的一个很重要的作用就是规范装配作业和检验流程。
（4）装配履历表管理模块。由质检部门进行履历表模板的定制和存储工作，同时可以为履历表进行固定信息的编辑、修改等操作和关键选配件的配料单管理。
（5）零件优选装配模块。由工艺员、配料员和系统管理员来调用，主要功能是根据关键尺寸对仓库中需要装配的零件进行优化分组，使得选配单元在满足装配配合尺寸的基础上，进一步减小实际配合尺寸与理论最佳配合尺寸之间的误差。
（6）通用查询模块。由有管理权限的人员来使用，提供了零件批次号查询、发动机号查询、装配进度查询和履历表信息查询的功能。
2 关键技术
2.1 优配模块
在装配车间对零件进行实际装配时可能发生如下情况：各个装配尺寸链的封闭环尺寸位于公差带的不同范围，不能达到最高的整体装配精度，即整批产品质量未达到最佳。因此，需要开发一个优配模块，在各零件按经济加工精度制造的情况下，通过计算机选择合适的零件进行匹配，找出一组最佳组合方式，从而实现稳定的高装配精度。为了达到上述要求，根据关键尺寸对库房中需要装配的零件进行分组，使零件的装配尺寸满足公差要求，并满足装配间隙离公差带中值距离最小的原则。
2.2装配工艺可视化
装配工人按照装配工艺卡上的要求进行装配，目前所用的纸质工艺卡片只是以文字和装配简图来说明装配过程和装配要求，这些静态的文字和简图虽然方便查看，但是无法实时地指导实际的装配生产过程。因此，本模块的目的是展示零部件装配顺序和对应的装配操作提示或警告信息，实时地指导装配工人的操作，另外本模块还可以用于新装配工人的培训。
要实现装配工艺的可视化，需要处理以下几种信息：①工艺规程信息，來自于CAPP的装配工艺信息，包括文字信息和二维的装配简图；②装配过程动画，以部件装配体模型为基础制作的装配过程动画；③提示信息和警告信息，对装配经验的总结与提炼。
2.3装配履历表管理
在装配过程中，每道工序都由一个装配小组完成，每道工序完成后由检验员确认签字后传送到下一工序，装配过程中形成的有关该台发动机信息的各种表格，统称为装配履历表。目前工厂中的装配履历表大多是手工填写的方式，不便于对填写的内容进行查询统计，不利于装配过程中的生产管理。为了解决上述问题，系统采用了电子化的履历表进行存储和管理。
对履历表结构进行分析，发现其具有明显的层次结构，如图2所示，其中每个样式由多个格网组成，每个格网又由多个列数组成。为样式添加模板数据，并为格网定制行数，形成表单模板，再在模板中添加实际数据就得到了实际表单。针对装配履历表的结构特征，系统建立了通用电子表格管理的数据结构，把装配履历表的信息转化为结构化数据，可以方便地进行查询统计，实现了装配履历表的电子化管理。其中结构对象及其之间的关系是用面向对象中类的组合L41来描述的。 （1）Column类。提供对Column的基本操作，其中包括了定制Column的属性，如名号、序号、数据类型（普通字符、特殊字符）等。
图2 表单结构图
（2）Grid类。提供于Grid的基本操作，其中包括了定制Grid的属性，如名字、序号、数据类型（普通字符、特殊字符）等。
（3）Sheet类。提供对Sheet的基本操作，中，Sheet是包含多个Grid的表单容器。
（4）Template类。提供对Templa操作，是有部分表单数据的Sheet类的扩展类。
（5）Document类。提供对Docume操作，是具有完整数据表单数据的Template类的扩展类。
（6）管理类。对前面的Column类、Grid类Sheet类、Template类、Document类分对于Grid类就需要一个Colmn管理类来管理行数的生成、销毁、删除、查找等操作。
（7）EngineResume类。是Docu航空发动机履历表上的具体应用，包括了一些具体约束和属性，如将某个Column类实例中的内容映射为发动机号，或者是装配图号等。
3 系统的实现
根据上述系统结构，针对航空发动机的装配特点，开发了一个装配数字化系统。调度员将任务下达后，首先，由工艺员通过系统平台输入选配信息，并将选配信息保存在选配模块数据库中，配料时只需要将选配信息和零件信息调出进行计算就可以得到零件分组信息表。然后，装配工艺员在系统平台上建立工艺信息，并在CAD平台上完成装配设计后将相关文件上传至服务器，装配工人在客户端选择某一工序后，将该工序相关的格式文件下载到客户端显示。最后，检验员实时地将装配过程中的检验信息提交给服务器，车间管理员通过局域网就可以了解装配进度和装配状况。并且，这些检验信息在完成装配后可自动生成装配履历表。
4 结论
本文开发的装配数字化系统，由于采用了可视化环境，工人在装配中更易于正确地理解装配过程，正确地按照装配顺序选择零件进行装配，并及时发现装配中的错误，反馈给工艺部门。另外，電子化履历表代替手工填写的履历表，不仅便于生产管理和查询统计，而且所采用的动态生成方式，使其应用更为广泛。
5 参考文献
【1】.樊波，并行环境下的DFA技术研究与实现，2001
【2】.李薇 ，数字化技术在飞机装配中的应用研究-航空制造技术2004（08）
【3】.刘寅虓，系统分析之路，2011
【4】.姚淑珍，面向对象分析与设计导论，2010
[关键词]航空发动机； 装配 ； 工艺 ； 数字化
中图分类号： V263.2 文献标识码：A 文章编号：
0 概述
国内许多航空发动机企业至今仍然沿用传统的装配方式，即采用手工的、纸制的和人工的模式来进行发动机部件和整机的安装。这里手工的是指装配检验部门对装配过程进行检验还是通过手工确认的方式进行；纸制的是指装配工人在装配过程中必须查阅大量的纸制的信息以指导其进行正确的装配；而人工的是指整个装配的计划和任务是通过人工的方式以书面的形式进行下达和分发。此外，传统的装配方式不利于对装配信息的统一管理，装配过程中的经验得不到很好的积累.其它相关部门查看装配相关信息也比较困难。
通过分析，发现在发动机装配作业中存在以下问题：①由于航空发动机的装配主要是由手工完成的，因此制造工厂中的错装漏装现象时有发生；②在发动机的生产过程中，经常出现所有装配零件均为合格品（在指定的公差范围内），但装配性能却差异较大的情况，造成这种情况的原因是零件之间、结构之间的相对位置和运动件之间的配合关系虽然处于认可的范围内，但并不是处于最优的情况；③对于不同熟练程度的装配工人，装配同一台发动机，其性能也可能存在很大差异；④装配中容易出现质量问题的环节，缺乏警示提醒，没有充分利用已有的装配经验，造成质量问题可能重复出现。
本文针对目前装配过程中存在的不足和新的需求，提出了一套带有装配向导与管理的装配数字化系统实现方案，对其中的关键技术进行了研究，实现了发动机装配作业的数字化。
1 系统构建
由于装配系统涉及产品的许多关键性数据信息，如零件三维模型信息、装配工艺信息、零件测量信息和实际装配中的操作信息等，并且主要应用在企业内部的局域网中，因此，本系统采用了c/s模式的网络构架。
为了解决企业中存在的问题，对装配过程进行实时管理和控制，并实现整个装配过程的数字化，系统主要通过下面几个模块来实现，其模块之间的数据流向如图1所示。
（1）装配任务管理模块。由装配车间的调度员使用，其作用是根据计划部门生成的发动机生产计划，将发动机的各种不同部件的装配任务分配到各班组。
（2）装配工艺可视化模块。由工艺员根据装配工艺规程指定零件的装配顺序、装配路径，形成三维可视化的装配过程演示仿真，并输入一些关键的提示信息和警告信息。
（3）装配过程可视化与流程控制。由装配车间里装配班组长、操作员和检验员使用，装配班组长将装配任务包分解给各作业组，操作员就可以看到本作业组的任务和相关装配信息。操作员在工序/工步的提示下完成装配任务。完成工序后，在系统支持下提交检验。该模块的一个很重要的作用就是规范装配作业和检验流程。
（4）装配履历表管理模块。由质检部门进行履历表模板的定制和存储工作，同时可以为履历表进行固定信息的编辑、修改等操作和关键选配件的配料单管理。
（5）零件优选装配模块。由工艺员、配料员和系统管理员来调用，主要功能是根据关键尺寸对仓库中需要装配的零件进行优化分组，使得选配单元在满足装配配合尺寸的基础上，进一步减小实际配合尺寸与理论最佳配合尺寸之间的误差。
（6）通用查询模块。由有管理权限的人员来使用，提供了零件批次号查询、发动机号查询、装配进度查询和履历表信息查询的功能。
2 关键技术
2.1 优配模块
在装配车间对零件进行实际装配时可能发生如下情况：各个装配尺寸链的封闭环尺寸位于公差带的不同范围，不能达到最高的整体装配精度，即整批产品质量未达到最佳。因此，需要开发一个优配模块，在各零件按经济加工精度制造的情况下，通过计算机选择合适的零件进行匹配，找出一组最佳组合方式，从而实现稳定的高装配精度。为了达到上述要求，根据关键尺寸对库房中需要装配的零件进行分组，使零件的装配尺寸满足公差要求，并满足装配间隙离公差带中值距离最小的原则。
2.2装配工艺可视化
装配工人按照装配工艺卡上的要求进行装配，目前所用的纸质工艺卡片只是以文字和装配简图来说明装配过程和装配要求，这些静态的文字和简图虽然方便查看，但是无法实时地指导实际的装配生产过程。因此，本模块的目的是展示零部件装配顺序和对应的装配操作提示或警告信息，实时地指导装配工人的操作，另外本模块还可以用于新装配工人的培训。
要实现装配工艺的可视化，需要处理以下几种信息：①工艺规程信息，來自于CAPP的装配工艺信息，包括文字信息和二维的装配简图；②装配过程动画，以部件装配体模型为基础制作的装配过程动画；③提示信息和警告信息，对装配经验的总结与提炼。
2.3装配履历表管理
在装配过程中，每道工序都由一个装配小组完成，每道工序完成后由检验员确认签字后传送到下一工序，装配过程中形成的有关该台发动机信息的各种表格，统称为装配履历表。目前工厂中的装配履历表大多是手工填写的方式，不便于对填写的内容进行查询统计，不利于装配过程中的生产管理。为了解决上述问题，系统采用了电子化的履历表进行存储和管理。
对履历表结构进行分析，发现其具有明显的层次结构，如图2所示，其中每个样式由多个格网组成，每个格网又由多个列数组成。为样式添加模板数据，并为格网定制行数，形成表单模板，再在模板中添加实际数据就得到了实际表单。针对装配履历表的结构特征，系统建立了通用电子表格管理的数据结构，把装配履历表的信息转化为结构化数据，可以方便地进行查询统计，实现了装配履历表的电子化管理。其中结构对象及其之间的关系是用面向对象中类的组合L41来描述的。 （1）Column类。提供对Column的基本操作，其中包括了定制Column的属性，如名号、序号、数据类型（普通字符、特殊字符）等。
图2 表单结构图
（2）Grid类。提供于Grid的基本操作，其中包括了定制Grid的属性，如名字、序号、数据类型（普通字符、特殊字符）等。
（3）Sheet类。提供对Sheet的基本操作，中，Sheet是包含多个Grid的表单容器。
（4）Template类。提供对Templa操作，是有部分表单数据的Sheet类的扩展类。
（5）Document类。提供对Docume操作，是具有完整数据表单数据的Template类的扩展类。
（6）管理类。对前面的Column类、Grid类Sheet类、Template类、Document类分对于Grid类就需要一个Colmn管理类来管理行数的生成、销毁、删除、查找等操作。
（7）EngineResume类。是Docu航空发动机履历表上的具体应用，包括了一些具体约束和属性，如将某个Column类实例中的内容映射为发动机号，或者是装配图号等。
3 系统的实现
根据上述系统结构，针对航空发动机的装配特点，开发了一个装配数字化系统。调度员将任务下达后，首先，由工艺员通过系统平台输入选配信息，并将选配信息保存在选配模块数据库中，配料时只需要将选配信息和零件信息调出进行计算就可以得到零件分组信息表。然后，装配工艺员在系统平台上建立工艺信息，并在CAD平台上完成装配设计后将相关文件上传至服务器，装配工人在客户端选择某一工序后，将该工序相关的格式文件下载到客户端显示。最后，检验员实时地将装配过程中的检验信息提交给服务器，车间管理员通过局域网就可以了解装配进度和装配状况。并且，这些检验信息在完成装配后可自动生成装配履历表。
4 结论
本文开发的装配数字化系统，由于采用了可视化环境，工人在装配中更易于正确地理解装配过程，正确地按照装配顺序选择零件进行装配，并及时发现装配中的错误，反馈给工艺部门。另外，電子化履历表代替手工填写的履历表，不仅便于生产管理和查询统计，而且所采用的动态生成方式，使其应用更为广泛。
5 参考文献
【1】.樊波，并行环境下的DFA技术研究与实现，2001
【2】.李薇 ，数字化技术在飞机装配中的应用研究-航空制造技术2004（08）
【3】.刘寅虓，系统分析之路，2011
【4】.姚淑珍，面向对象分析与设计导论，2010