工装的快速设计\精益制造与数据管理

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摘要：通过利用Teamcenter /CAD、PLM等建立工装资源库，建立工装设计模块库，实现工装组合化拼装设计、模块化设计、智能化设计，利用Kbe技术将先进设计经验继承，达到工装设计高质快速；在制造方面，利用组合夹具拼装理念实现工装快速精益制造；利用计算机管理使工装设计数据、资源重复利用，从而实现知识积累，达到工装快速设计、精益制造与数据管理的宗旨。

关键词：Teamcenter；CAD；PLM；Kbe；工装模块化设计；组合工装

中图分类号：U262.13 文献标识码：A

1 概述

制造业现代技术的不断发展，新设备、新材料和高科技手段的推广应用，在发动机生产、研制过程中制造工艺亦在快速提升，而航空产品的技术性能特殊要求，生产过程中要保证产品加工质量，目前尚难以脱离工装，特别在新机研制过程中形成了多品种、单件及小批生产的特点，形式发展要求研制周期短，而工装设计、制造要占用一定的研制周期和成本，如何缩短工装设计、制造周期，提高装置加工质量，减少成本成为我们观注的焦点。

2 设想

工装的传统设计、制造与管理方法使专用工装设计、制造周期较长、制造成本相对较高，难以满足目前新机研制的需要。根据目前制造业的发展，人们在提倡精益制造，突出创新，从设计方法、设计质量、制造周期、工装成本及其管理提出更高要求，这涉及到工装设计方法的创新、制造与管理理念的更新。当前我们在信息化建设方面已经加大投入力度，利用信息化管理平台，改变传统的设计、制造思路，充分运用现代化的设计工具、制造与管理方法，最大化提升工装设计、制造与管理水平。

3 组合理念

90年代我们应用组合工装，选中富于柔性可在短时间内由标准元件组装完成的工装实现专用工装的功能。可解决单件、小批生产，适用新机研制、试制，然而传统组合工装的设计和拼装仍采用人工方式，每次组装需要用加工零件前道工序半成品当作标准件，而拼装的装置结构保存靠相片或手工绘制草图，拼装质量依赖经验丰富和技术熟练的技术工人，客观上限制了组合工装的应用。

随着高科技的普及和专业软件的开发，虚拟装配概念的引入，为组合工装设计、管理提供优越的条件。我们着手与研究机构联合开发定制基于UG的KBE组合工装设计、管理系统。它以三维UG系统为平台并实现无缝集成。将组合工装元件、组件实现数字化，建立数据库，既可由用户选择系统提供的标准件、组件来进行虚拟装配，也可用系统提供的知识库功能进行智能化选择标准件和组件进行虚拟装配，实现数据管理和资源重用。

利用专用设计软件实现计算机虚拟设计组合工装，需要数据库支持，建立组合工装元件数据库，按照组合工装元件功能建立分类，可以分为基础件、支承件、定位件、夹紧件、导向件、对刀件等几大部分，同样可以建立组件库，典型结构库和知识库，组件的功能就是各元件的有机组合。

组合工装设计思路是调用CAD平台组件、标准件库，实现标准件下载和标准件替换。采用基于KBE技术的设计系统，将工装设计员从繁重的设计任务中解放出来。在计算机上可以分析、查看各部分功能，可以实现快速出图和数据管理。

4 工装设计、制造与管理探索

在工装设计方面，追溯到2000年之前，依靠设计人员利用图板绘制，在设计质量、速度和资源利用上受到限制。2000年之后，计算机的应用是我们实现甩图板，全新的设计工具、管理模式，是工装设计效率提高很多，资源得到充分利用。虽然设计工具有所改变，但设计方法和思路仍受传统思维方式的禁锢，如何打破传统设计观念，走出工装设计、制造与管理新路子，作为工装人是我们永无止竟探索的方向。

我们的设想是依据组合工装的设计、拼装与管理理念，研究专用工装设计、制造与管理。把组合工装设计思路引用到专用工装设计中，提出工装模块化设计概念。同样工装模块化设计需要强大数据库支持，如何建立满足工装模块化设计的数据库，意义重大。

如何建立模块库，建成一个什么样子，什么样的要素可以作为模块，我们必须认真研究决定。

我们提到的工装模块化设计，就是要建立一个拓扑结构经过优化、先进性经过论证、比较后非常典型的参数化关联的设计结构，具有全套元件标准件有机装配，并且实现除标准件外所有其他件的完备的工程图。我们要求在TC下建库，利用PTS工具建立设计界面，利用模块设计时，仅需要输入主控参数，通过克隆输出我们需要的工装结构和全套工程图。

4.1 建库

我们首先应该确定库的结构形式，环境建立在Teamcenter2007下，TC界面集成种设计工具、管理系统。具体工装资源库架构见图１。

4.1.1建立常用标准件库：筛选常用工装设计用标准件，根据库中分类要求，制定命名、建模规则，按照要求可以利用家族部件方式建模，入库后展开，发送分类后利用特定工具添加属性。

4.1.2建立智能标准件库：筛选常用固定装配形式的标准件建立智能标准件库，应用时可以根据需要实现智能装配。

4.1.3 建立模块元件库：首先需要定义模块元件，制定命名、分类与编码标。将筛选的元件结构优化，研究设计快换接口，能够在实际应用中快速拼装，实际应用能够实现快速换装。建立元件库是基础工作，也是最重要的的一步，所以建库时一定要充分分析论证，必要时要通过试用决定。

4.1.4 建立模块组件库：根据功能定义模块组件，需要编制命名、分类和编码规则，按照使用的功能和频度，在调用模块元件拼装的基础上，有机增加专用件以扩展组件功能。同样组件与其他组件、元件装配，存在统一接口，可以实现快速装配。

4.1.5 建立典型模块库：建库前需要给典型模块加以定义，我们可以这样认为，能够独立实现工装功能，并且拓扑结构优化，相对完善和常用，针对典型模块库编制命名、分类、编码规则，我们根据工装功能要求，通过调用库中的标准件、元件、组件，并且添加一定数量的专用建，有机拼装，并且运用参数化技术在拓扑结构相似的情况下以参数驱动快速实现工装设计、出图。

图１ 工装资源库构成

4.2 工装模块设计、制造与管理探索

按照组合夹具设计拼装理念进行工装模块化设计，如果模块库内容细致全面，将给设计工作带来很大方便。

工装模块化程度提高，亦给工装制造带来方便，如果经过实践验证，模块元件、组件功能突出，组合拓扑结构相对固定，根据生产大纲按照生产管理系统需求，工装制造部门可以预先生产、储备，工装一旦工装制造时，可以随时快速拼装，减少制造时间，能够实现快速反应，节省成本。

前面提到模块元件、组件设计时，已经按照参数化设计思路建模，经过论证和试用，建立科学的标准接口，在进行机构设计时，按照基于主控参数驱动的概念进行组合，由于组件具有标准的命名和编码，可以简化总图BOM中内容，制造时也可以按照组件装配方式组装和更换，翻修方便，当制成品装置不再用时可以分解重新利用。

图3是模块元件示意，图2是模块组件示意，图四是利用模块元件和模块组件拼装设计的典型模块结构。

5 结语

工装的精益设计、制造与管理，应该满足现代制造业的不断发展，我们应该按照创新、科学的思路不断探索新的路子。

参考文献

[1]机械工程手册/机械工程手册编辑委员会编.机械工程手册[M].第1卷 基础理论（一）.北京：机械工业出版社，年份.1982.

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