烟草机械装配工艺设计方案的CAPP实现

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欢迎访问e展厅 展厅 3 PDM/PLM/CAPP展厅 图文档管理系统, CAPP... 装配是把不同的零件、部(组)件按设计要求组合成一个可以操作的整体的过程。在烟草机械产品制造中，装配的工作效率和质量对产品的生产周期和最终制造质量存在很大的影响。通过对各类烟草机械产品的生产情况调查可以发现，烟草机械产品的装配成本在其整机制造总成本中占有相当大的比重。为适应市场竞争的需要，降低企业生产成本，在烟草机械中大量应用了新技术、新材料和新工艺。快速成型技术、强力切削技术和精密数控机床等大量用于烟机的零件加工过程中，在提高零件加工精度的同时，使产品零件的生产时间和制作周期不断缩短，并降低对工人技术水平的依赖度程度。而装配工作却仍是以人工为主，主要依赖于工作人员的技术水平。如何优化产品的装配工艺，提高装配质量，缩短装配工作周期，是烟草机械制造企业正在研究的课题。 近年来，烟草机械制造企业引入了CAPP技术，利用计算机作为工艺辅助设计的手段，产品零件的加工工艺规程编制方式得到了很大提高，但如何利用计算机进行烟机产品装配工艺的设计却未得到应有的重视。如果CAPP技术的实施对象仅仅局限于产品零件的机械加工，就无法全面发挥CAPP在现代烟草机械制造系统中应有的作用。为此，本文对CAPP技术如何应用于装配工艺方案设计，实现产品工艺设计与管理一体化，完善企业制造工艺信息系统方面进行了分析和介绍。 1 适应CAPP需求的装配工艺设计原则 1．1 零、部件的分类原则 在机械设计中，零、部件的分类通常是按照制图国家标准划分的，通常分为零件、结合件、标准件、外购件、组件、部件和整机，零、部件的编码顺序是该部分在图面中的最佳显示位置，且图面中按规定的顺序编码，不考虑零、部件在实际中的作用。而电气设计通常与机械部分类似，将各个部分按照部(组)件划分，每个部(组)件通常由元器件、线束、电缆、线路板(或功能模块)和结构件(指机械零件、电控箱、电控柜等)组成。 在装配工艺设计中，零、部件的分类与设计有所不同，除根据设计划分的零件、部件类别外，通常根据零、部件的功能进行进一步的划分，将零、部件分为基础件、连接件、功能件、单元、系统和总成等，而零、部件的装配顺序编码正是根据其功能划分的，与设计编码顺序基本上是不相同的。所有部(组)件中的基础件编码在装配工艺顺序中应设定为1，然后由内向外或由下向上进行顺序编码，形成装配工艺顺序。 1．2装配中的层次划分原则 烟草机械制造企业的产品生产方式为小批量、多批次的组织形式，为了保持各批次产品的装配质量稳定，需要完善的工艺技术文件进行指导。在编制装配工艺的过程中，通常根据产品的设计结构进行分解，产品的装配步骤必须分层次、分单元进行。整机的最终成型由多层装配关系来实现，即使是最简单的整机装配也至少存在2层或2层以上的装配关系。分层次装配的原则有以下几点。 1)基础层：根据零件在部(组)件中的作用或部(组)件在整机中的作用，确认基础层装配。通常以部(组)件内的箱体类零件、支撑件等为基础件，含有机身、机架、箱体类零件的部(组)件为总成或整机装配的基础层。 2)组件层：由零件、结合件、标准件和外购件组成的相对独立的最小设计单元。 3)部件层：由组件和部分零件(含结合件)、标准件和外购件组成的相对独立的设计单元。 4)总成层：由部件、组件和部分零件(含：结合件)、标准件和外购件组成的相对独立的装配单元，该部分可以完成整机的部分功能。 5)总装层：将总成、部件、组件和部分零件按照技术要求装配在一起，形成最终产品。 产品装配的层次划分如图1所示。 产品装配的分层为CAPP在装配工艺方案设计中的应用创造条件，依照装配的层次装配原则，在产品的装配工艺设计方案制订初期，首先需将产品拆分为若干个装配单元。为保证产品的质量和功能的实现，在方案设计时还要在工艺技术文件中标明每个装配单元的工艺技术要求和工艺顺序要求。 1．3装配中的作业顺序原则 1．3．1装配工序制订原则 在装配工艺设计过程中，为了使工艺中所制订的工序能够有效的指导装配作业，在工序的制订时必须遵守以下3项原则。 1)按产品结构及装配要求将整机逐层分解，使其分解为能够进行独立装配的单元、基础层和基础件等。 2)确定同一层各组成单元及零件的装配顺序。 3)确定单元内部各零件的装配顺序。 1．3．2装配顺序的确认原则 1)在装配串联尺寸链零部件时，装配顺序的安排以简单、方便为原则。 2)在装配并联尺寸链零部件时，先装精度高的尺寸链，相同精度时先对多数尺寸链是公共的尺寸链组成环所在的那个尺寸链进行安装。 3)在装配由多个尺寸链组成的尺寸环时，其装配原则为：先从基本尺寸链开始，先公共、后一般；先下后上；先内后外；先难后易；先重后轻；先精密后一般。 1．3．3装配顺序的经济性原则 1)按照产品的装配层次，作业时由低层到高层进行装配。 2)装配过程中，作业难度大、要求精度高、装配时间长的先装。 3)装配层次多的部件总成先装。 2装配工艺设计的CAPP的实现 好的工艺设计方案，需要完善的工艺技术文件作为其指导装配、控制生产的载体。一般情况下，根据产品结构和设计技术要求，工艺文件可由装配系统图、装配工艺过程卡、装配零部件清单组成。 2．1装配系统图的设计 各类烟草机械产品大多具有复杂的装配关系，系统的各独立部分之间经常存在难以用语句进行完整表述的关系。因此，系统图的引入可以直观地为产品装配人员表示出装配时各独立部分之间的相互关系。最基本的组件装配系统如图2所示，它以方框中的文字标明装配作业中的构件名称，用直线表明各构件之间的装配关系，用箭头显示装配顺序，在箭头线旁以简洁的文字或通用代码注明装配要求和需特别注意的作业方法。 2．2装配工艺过程卡的编制 装配工艺过程卡是描述组成产品各级装配单元的装配过程、装配作业的内容、作业的顺序、使用的设备、工装以及辅助材料等，并对重要、复杂的装配工序进行作业指导的技术文件，它详细说明了工序分为哪些工步及各工步之间的作业顺序，每一工步的具体作业内容与相关要求以及达到要求所需注意的作业顺序与方法、工序中所需使用到的设备与工装及注意事项。另外，装配工艺过程卡可辅以装配工序图，对难以用文字描述的装配内容进行说明。 2．3装配零、部件物料清单的编制 装配零部件清单主要用来说明装配所需的物料种类及其数量。它可以结合装配过程卡共同指导装配作业。配合企业使用MRP／ERP进行细化管理，可用分层次的零部件清单和汇总表既表示需要量，也表示需求的先后。 2．4装配CAPP的实现方案 2．4．1 派生式装配CAPP方案实施的可行性分析 依据装配工艺设计方案的要求，要完成适应CAPP实现的装配工艺设计方案必须经过以下几个步骤。 1)剖析产品结构，分析产品性能，确定装配标准； 2)依据技术标准，制定装配技术规范； 3)理顺产品装配层次关系，确立装配工序； 4)生成工艺技术文件，明析各道工序装配方法。 利用CAPP进行辅助装配工艺设计，如何利用计算机系统自动识别装配工艺设计方案中所需的各个步骤并分析出其间复杂的装配关系是制约CAPP技术在装配工艺设计领域发展的一个难点。各类CAD软件的应用，虽然可以将众多复杂的工程图纸电子化，但计算机对电子图纸的自动识别能力仍远 不能满足CAPP的实用功能。为充分挖掘CAPP潜能，辅助装配工艺方案设计，建立一个派生式的CAPP，可以大量简化装配工艺设计流程，提高设计效率，减少设计过程中人为原因造成的工艺错误。 通过对比ZJl7与ZJll2型高速卷烟机组、ZB47与ZB45型硬条包装机组和ZFl2与ZFl2A型烟草储存输送系统等烟草机械产品的装配零部件清单，我们发现在烟草机械生产领域，同一系列的烟机产品虽然产品性能存在极大差异，但其产品的组成零件中有75％以上具有极大的相似性。显然，由这些相似的零件组成的各构件其装配关系也必然存在着极大的相似性，借用相似派生原理建立派生式装配CAPP自然是可行的。 2．4．2派生式装配CAPP的实施方案 论证建立派生式装配CAPP的可行性后，首先可以依照相似性原理建立起相似产品、部件和组件的装配程序库和标准以及典型装配工艺方法库，同时，为输出各层次装配系统图，还必须建立装配系统图生成模块；然后，为执行数据库、图形库检索、调用、输入和修改等操作功能，必须建立一个易于操作的人机交互模块，最后建成装配零部件清单生成模块。 2．4．3主要功能模块的技术实现 2．4．3．1资源管理模块 资源管理模块包括工艺数据库管理和工艺文件库的管理。烟草机械装配CAPP数据库可采用关系数据库管理系统(RDBMS)SQL Server来设计，SQL Server的最大优点是利用关系模型来建立关系型数据库，库中的数据实际上就是一个以元组或记录为单位的二维表，表中的列是一个或一组元素的属性域，这种关系型数据表数据独立性高每个属性列有严格的关系和定义以及规范化的技术支持等。记录的存储是以元组为单位，记录的增删修改也是针对一个元组，比较方便灵活，易于日后的扩充查询等。 工艺文件的资源管理可由具有管理权限的工艺人员通过人机交互方式，根据现有生产条件或工艺对原有的或已生成的工艺文件方案进行管理和维护，如增删工艺方案，扩大工艺使用范围，使工艺更加"通用"等，以实现工艺知识库的动态扩充与更新。 2．4．3．2装配工艺设计模块 装配工艺的自动设计是系统的重要核心模块，它包括装配工序信息输入、工艺资源调用、工艺文件设计和系统程序运行。利用VC++进行该模块程序设计时，对于烟草机械装配的每种装配典型工序与工步分别建立一个类，该类中包含描述其特征信息的所有输入变量与函数成员，从而建立交互工艺决策的基础，使工艺生成时系统能自动根据工艺资源库中的资源状况，在程序的控制下调用有关数据并生成工艺路线。 装配工艺设计时，工艺人员依据派生式CAPP设计方案，首先通过人机交互界面，依据系统提示输入总体信息，然后由程序依据装配中的作业顺序原则，自动检索工艺数据库和工艺文件库，查看是否有相似实例工艺，若有，则直接调用加载后通过编辑、保存该工艺来进行派生；若没有，系统自动收集相应信息供工艺人员参考，并由工艺人员实行创成式设计。 2．5 实现装配CAPP的方法 2．5．1装配工艺标准化 在编制装配工艺过程中，由于一些通用机构的装配方法与要求，国家、行业已制定了标准或规范、手册，所以可以直接应用。未制定国家与行业标准的装配方法可以按相似性原理，把相似构件的装配内容进行统一，建立企业标准。这样就能形成相似结构的装配工艺过程卡，达到通用化、标准化。对于产品的专用构件，重新编制专用工艺过程卡，编制成通用的标准装配过程卡与专用过程卡。装配工艺设计时，通过频繁的调用、组成装配工艺卡片，可在很大程度上简化设计。按照自行制定的企业标准编码规则对装配过程卡片进行编码，可以很方便地在装配系统图上进行标识，使装配操作人员不但可以通过装配系统图了解各个构件的组成方式和其装配的过程，还能依据系统图上的编码，找到每道装配工序的工艺过程卡，从而保证其能够依据卡片的要求进行产品装配。装配工艺的标准化为装配CAPP建立起通用、标准装配工艺过程卡片库打下了基础。 2．5．2利用CAD技术辅助工艺设计 随着CAPP技术的不断的成熟与发展，其在零件的加工领域应用已非常广泛。产品零件的设计与制造离不开利用PRo／E、I-DEAS等构图软件建立零件的三维模型，而这类三维构图软件也大多具有模拟装配的功能。 在产品的装配工艺设计方案中，充分利用企业系统中的CAD资源进行模拟装配可以直观地检验工艺设计方案的合理性与可操作性。产品整机模型的搭建过程其实也就是产品结构的装配工艺设计的第一手资料。 进行装配工艺方案设计时，大量的图形绘制是必不可少的，此时企业内部相关产品的图形资料与产品的CAD系统文档便成为了可以充分借用的资源。建立企业内部的电子图形库用于所有电子技术文档的管理，可以利用"产品树"的形式非常方便的查阅和调用有价值的信息，利用相似性原理派生出新产品的装配系统图。 3 结语 由于烟草机械产品的复杂性，注定了其装配工艺设计是一个非常复杂的过程，它包含了产品技术要求的分析和装配方法的选择、整体作业方案的规划以及装配流程的优化等各个层面的要求，所涉及的范围相当广泛，用到的信息量十分庞大，又与具体的生产环境及操作者经验水平密切相关。从现代制造业整个产品生命周期对工艺工作的需求出发，以未来虚拟企业和网络化全球制造为背景，以CAPP的全面应用为基础，成功地完成装配工艺设计方案的CAPP实现，就完成了建立完善的企业制造工艺信息系统的重要一环。通过具体应用，它不仅大大提高了烟草机械工艺设计的效率，降低了装配工艺设计成本，而且在烟草机械制造时可以将CAPP的全面应用作为基础，通过其与CAD、PDM、ERP的集成和资源共享，建立起工艺设计与管理一体化的制造工艺信息系统，成为制造企业信息化的重要基础。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (9/25/2008)