孟倩

(山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030031)

基于流程的復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù)研究

孟倩

(山西煤炭職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030031)

從復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝的需求出發(fā)，在分析了復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝模型的性能要求及工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了基于流程的裝配工藝設(shè)計(jì)。針對(duì)裝配工藝重復(fù)性大的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了基于模板的裝配工藝設(shè)計(jì)。

復(fù)雜產(chǎn)品；裝配工藝；流程

復(fù)雜產(chǎn)品是指客戶(hù)需求復(fù)雜、產(chǎn)品組成復(fù)雜、產(chǎn)品技術(shù)復(fù)雜、制造過(guò)程復(fù)雜、項(xiàng)目管理復(fù)雜的一類(lèi)產(chǎn)品[1]。裝配作為復(fù)雜產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)之一，其工作的效率和質(zhì)量對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的制造成本和最終質(zhì)量有著極大的影響[2]。復(fù)雜產(chǎn)品的裝配工藝信息具有一定的復(fù)雜性和多樣性，因此復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝的設(shè)計(jì)一直以來(lái)都是工程研究中的難點(diǎn)。

計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)技術(shù)在產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中具有廣泛的應(yīng)用，目前常見(jiàn)計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)大多采用所見(jiàn)即所得的卡片式裝配工藝設(shè)計(jì)方法[3]，這類(lèi)工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)基本能夠滿足工程設(shè)計(jì)的基本要求，但仍存在一些問(wèn)題：（1）難以實(shí)現(xiàn)工藝信息集成；（2）工藝修訂信息難以追溯；（3）工藝信息執(zhí)行過(guò)程中，信息管理混亂?；谝陨蠁?wèn)題，筆者在分析復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一種基于流程的復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù)。

1 復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝特點(diǎn)分析

1.1 復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝的特點(diǎn)

與機(jī)加工工藝相比[4]，裝配工藝需要對(duì)零部件之間的裝配關(guān)系進(jìn)行詳盡的描述，而對(duì)單個(gè)零件幾何信息的描述需求不大。同時(shí)，裝配過(guò)程相同的產(chǎn)品在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中交叉引用的情況更為常見(jiàn)。結(jié)合裝配工藝特點(diǎn)和復(fù)雜產(chǎn)品的具體需求，總結(jié)了復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝的特點(diǎn)，具體如下：

（1）以流程為主組織工藝信息：在復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，通常按照產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和裝配活動(dòng)將工藝信息劃分為若干裝配單元。

（2）信息組成較為復(fù)雜：在裝配過(guò)程中需要大量的工藝文檔對(duì)裝配工作進(jìn)行指導(dǎo)。針對(duì)實(shí)際生產(chǎn)中的各種突發(fā)情況，最終匯總的工藝信息通常種類(lèi)繁多、數(shù)量龐大。

（3）部分產(chǎn)品功能結(jié)構(gòu)類(lèi)似，其工藝的相似程度較高：不同的產(chǎn)品型號(hào)具有各自的特點(diǎn)，但是裝配過(guò)程大致相同，這樣就出現(xiàn)了交叉引用的情況。

（4）裝配生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工藝更改頻繁：在裝配生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)對(duì)裝配工藝信息進(jìn)行頻繁地更改。

1.2 復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)的業(yè)務(wù)流程

基于復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝的特點(diǎn)，可將復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)及管理的業(yè)務(wù)流程分為四個(gè)階段：工藝設(shè)計(jì)階段、工藝審批階段、工藝執(zhí)行階段和工藝反饋階段。復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)及管理的業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

裝配工藝在經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、審批、執(zhí)行、反饋流程后，能夠采集完整的裝配工藝信息，形成完整裝配數(shù)據(jù)包。

圖1 復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)及管理業(yè)務(wù)流程

2 復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝的設(shè)計(jì)技術(shù)

裝配工藝設(shè)計(jì)是指在一定的決策規(guī)律指導(dǎo)下，確定一組裝配方案、裝配順序、裝配路徑及所需的工裝夾具等，以實(shí)現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)優(yōu)化的前提下對(duì)產(chǎn)品組裝過(guò)程進(jìn)行正確指導(dǎo)[5]。對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品而言，需要在滿足裝配工藝信息完整、準(zhǔn)確的前提下，提高工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的效率、簡(jiǎn)化工藝設(shè)計(jì)過(guò)程、減少人為失誤。

2.1 基于流程的裝配流程圖構(gòu)建

作為工藝設(shè)計(jì)方法研究的基礎(chǔ)，基于流程的裝配工藝設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了最基本的工藝設(shè)計(jì)流程，并為其他工藝設(shè)計(jì)方法的開(kāi)展提供依據(jù)。

裝配流程圖是裝配流程信息的圖形化表達(dá)形式，通過(guò)裝配流程圖可以直觀地描述產(chǎn)品裝配單元的劃分和裝配操作的執(zhí)行順序，裝配流程圖的創(chuàng)建過(guò)程就是劃分裝配單元并確定裝配順序的過(guò)程。裝配流程圖的創(chuàng)建采用Boujault[6]提出的關(guān)聯(lián)圖方法，同時(shí)通過(guò)對(duì)裝配工藝添加“流程約束”及“層次約束”，實(shí)現(xiàn)裝配工藝信息的完整表達(dá)。2.1.1裝配工藝的流程約束

復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝信息的流程是單向、確定的，不存在回環(huán)或選擇的結(jié)構(gòu)，但是裝配工藝流程往往存在并行或同步的關(guān)系，因此可以將裝配流程圖的結(jié)構(gòu)分為“順序流程”和“并行流程”兩種基本的流程結(jié)構(gòu)。

（1）順序流程：順序流程是指裝配點(diǎn)之間為順序關(guān)系的工藝流程，如圖2所示，必須按照順序依次執(zhí)行。

圖2 裝配順利流程

（2）并行流程：并行流程是指裝配節(jié)點(diǎn)之間為并行關(guān)系的工藝流程，如圖3所示，P1執(zhí)行完成后，轉(zhuǎn)入分支節(jié)點(diǎn)，使得P2與P4同時(shí)激活，可獨(dú)立開(kāi)展并行活動(dòng)；當(dāng)兩組并行裝配活動(dòng)都執(zhí)行完成后，流程結(jié)束。

圖3 裝配并行流程

在裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)裝配流程圖形式實(shí)現(xiàn)裝配工藝流程化的表示，并通過(guò)“順序流程”與“并行流程”對(duì)裝配過(guò)程中的流程結(jié)構(gòu)進(jìn)行描述，從而實(shí)現(xiàn)裝配工藝的流程約束。

2.1.2 裝配工藝的層次約束

復(fù)雜產(chǎn)品的裝配工藝復(fù)雜、裝配工序數(shù)量多，為了完整清晰地表達(dá)裝配工藝信息，在裝配工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)裝配流程信息進(jìn)行分類(lèi)并劃分層次。通過(guò)對(duì)裝配過(guò)程的分析，可將復(fù)雜產(chǎn)品的裝配工藝流程分為總裝流程和部裝流程，相應(yīng)地將裝配流程圖分為“總裝流程”與“部裝流程”兩類(lèi)。添加流程約束及層次約束的裝配流程如圖4所示。

圖4 裝配流程圖

2.2 基于模板的裝配工藝設(shè)計(jì)

基于模板的工藝設(shè)計(jì)是指，根據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)律歸納出一些極具通用性的裝配工藝形式，將這些裝配工藝分為不同類(lèi)型并提煉出相應(yīng)的工藝模板作為不變量，提取各裝配流程的關(guān)鍵特性作為變量。在進(jìn)行具體裝配流程設(shè)計(jì)時(shí)，通過(guò)選擇工藝模板，繼承不變量的信息再添加需更改的關(guān)鍵變量信息。在工藝執(zhí)行過(guò)程中，結(jié)構(gòu)化裝配工藝可實(shí)現(xiàn)針對(duì)于變量的精細(xì)控制與反饋，并能夠靈活地進(jìn)行各種數(shù)據(jù)匯總并生成不同形式的裝配工藝文檔。其工作過(guò)程如圖5所示。

2.3 裝配工藝模板的編制及管理

裝配工藝模板的編制是指，在工藝人員進(jìn)行裝配工藝設(shè)計(jì)前，根據(jù)企業(yè)需求將常用的裝配工藝流程進(jìn)行總結(jié)，繪制成具有標(biāo)準(zhǔn)樣式的模板工藝并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)中。在進(jìn)行裝配流程編制時(shí)，只需調(diào)用相對(duì)應(yīng)的工藝模板，即可實(shí)現(xiàn)各類(lèi)信息的繼承。同時(shí)根據(jù)工藝的實(shí)施狀況，以反饋信息作為更改依據(jù)對(duì)工藝模板進(jìn)行優(yōu)化，不斷完善裝配信息。

裝配工藝模板的編制過(guò)程與普通的裝配流程一致，首先進(jìn)行裝配流程圖的構(gòu)建，然后以流程為驅(qū)動(dòng)進(jìn)行各裝配節(jié)點(diǎn)的加載，能夠加載所有類(lèi)型的裝配信息。裝配工藝模板創(chuàng)建完成后，經(jīng)過(guò)管理人員的審批，得到一份可以對(duì)裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行指導(dǎo)的信息包。

裝配工藝模板以產(chǎn)品結(jié)構(gòu)BOM為依托進(jìn)行管理，工藝人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)相應(yīng)的搜索條件查找出符合要求的工藝模板。進(jìn)行模板的應(yīng)用后，則可快速生成具有基本工藝信息的裝配流程，再進(jìn)行裝配關(guān)鍵詞的替換即可得到完整的裝配工藝文件。同時(shí)，管理人員還能夠進(jìn)行裝配工藝模板的刪除，裝配工藝模板刪除后將不能再進(jìn)行裝配工藝設(shè)計(jì)的指導(dǎo)工作，但對(duì)借用該模板信息設(shè)計(jì)完成的裝配流程實(shí)例不產(chǎn)生影響。

2.4 裝配關(guān)鍵詞的提取及替換

完成工藝模板的編制后，即可在任務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)中存在我們所需要的任何一張工藝卡片，我們所要做的就是在需要瀏覽該工藝卡片的時(shí)候，在網(wǎng)頁(yè)上點(diǎn)擊相應(yīng)的連結(jié)進(jìn)行調(diào)用即可。但是由于各裝配工藝之間存在差異，在調(diào)用工藝模板的同時(shí)需要對(duì)當(dāng)前的裝配工藝實(shí)現(xiàn)定制化的設(shè)計(jì)過(guò)程，從而保證各裝配工藝實(shí)現(xiàn)本質(zhì)上的區(qū)分。這就需要實(shí)現(xiàn)裝配關(guān)鍵詞的提取與替換。

裝配關(guān)鍵詞是指：①在裝配生產(chǎn)過(guò)程中需要重點(diǎn)監(jiān)控與測(cè)量的工藝內(nèi)容，如裝配工藝中的物料信息、檢驗(yàn)信息；②裝配節(jié)點(diǎn)的工步或工序內(nèi)容中的一些關(guān)鍵性文字，如“將定位塊A安裝在距離B平面5 mm的位置，平行度要求0.05 mm”，其中定位塊A、B平面、5 mm，0.05 mm都屬于關(guān)鍵性文字。通過(guò)對(duì)大量裝配工藝進(jìn)行匯總及研究，發(fā)現(xiàn)在裝配工藝信息中，大多數(shù)信息能夠總結(jié)出一定規(guī)律并提煉成模板信息。但裝配關(guān)鍵詞根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的不同和生產(chǎn)環(huán)境的變化，存在很大的差異，無(wú)法實(shí)現(xiàn)規(guī)律性的匯總，并且這些關(guān)鍵詞往往是生產(chǎn)過(guò)程中最為關(guān)鍵的控制點(diǎn)。因此，在基于模板的工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，單獨(dú)裝配關(guān)鍵詞進(jìn)行提取，工藝人員可根據(jù)具體情況進(jìn)行填寫(xiě)，從而使生成的裝配工藝文件符合實(shí)際生產(chǎn)需求。在裝配工藝執(zhí)行過(guò)程中，關(guān)鍵詞信息可作為重點(diǎn)部分進(jìn)行展示與控制，實(shí)現(xiàn)裝配工藝的細(xì)密化管控。

裝配關(guān)鍵詞的提取及替換技術(shù)的核心在于關(guān)鍵詞的匯總、分類(lèi)和管理。通過(guò)對(duì)裝配工藝的分析，將裝配信息關(guān)鍵詞分為：①工藝文件所屬的型號(hào)及產(chǎn)品；②物料及零部件信息；③關(guān)鍵性文字信息。

對(duì)裝配關(guān)鍵詞的實(shí)現(xiàn)匯總及分類(lèi)后，在構(gòu)造工藝模板時(shí)將關(guān)鍵詞信息留空。工藝人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中，調(diào)用相應(yīng)的模板后能夠得到一份具有基本信息的裝配工藝，再根據(jù)工藝的自身特點(diǎn)，將留空的關(guān)鍵詞進(jìn)行補(bǔ)充。

完成關(guān)鍵詞替換后，工藝裝配關(guān)鍵詞與工藝模板將會(huì)結(jié)合形成一份完整的工藝信息，繪制輸出得到符合格式要求的裝配工藝報(bào)表。將工人重復(fù)性的工作交由計(jì)算機(jī)完成，從而能夠快速生成完整正確的工藝文件，提高工作效率的同時(shí)減少由于人員失誤造成的工作漏洞。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行研究，建立復(fù)雜產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)化裝配工藝設(shè)計(jì)方法，解決復(fù)雜產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中的問(wèn)題。通過(guò)建立基于流程的裝配工藝層次化模型，并提出了結(jié)構(gòu)化裝配工藝的概念；通過(guò)對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行分析，提出了結(jié)構(gòu)化的裝配工藝設(shè)計(jì)方法。

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作者介紹：

孟倩（1988-），女，碩士，畢業(yè)于北京理工大學(xué)，助教，主要從事機(jī)械工程的教學(xué)。

The Research on Assembly Process Design Technology for Complex Productbased on Process

MENG Qian

(Shanxi Vocational and Technical College of Coal，Taiyuan 030031，China)

According to the assemble procedure's main demands，the performance requirement and structure information of model is analyzed.The design of assemble procedure based process is put forward.Establish the design method based on template of assemble procedure according to the repeatability of assemble procedure.

Complex product；Assemble procedure；Process flow

Tp391.73

A

1004-4507(2017)06-0056-05

2017-11-03