劉 彪,屈 琦,謝永周,雷曉珍,高 卓

(西安航天精密機(jī)電研究所,西安 710100)

0 引 言

當(dāng)前,數(shù)字化制造正逐步替代傳統(tǒng)制造,規(guī)?；a(chǎn)向標(biāo)準(zhǔn)化制造轉(zhuǎn)變,隨著企業(yè)制造模式的轉(zhuǎn)型,在重構(gòu)產(chǎn)研模式、支撐常規(guī)與應(yīng)急能力兼容生產(chǎn)模式的背景下,深挖數(shù)字化協(xié)同變革內(nèi)生動(dòng)力,研究柔性脈沖式生產(chǎn)管理模式,優(yōu)化作業(yè)細(xì)節(jié),推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)字化和柔性化生產(chǎn)。在新形勢(shì)下,制造模式的轉(zhuǎn)型對(duì)工藝思想也提出了相應(yīng)的轉(zhuǎn)型,要求工藝制造轉(zhuǎn)型,編制標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)用TeamCenter結(jié)構(gòu)化工藝,提高操作人員快速解碼能力,逐步消除人員技能差異,并滿(mǎn)足單件及不同批量模式生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模式,促進(jìn)高效率完成任務(wù)[1]。

1 結(jié)構(gòu)化工藝文件編制背景

裝調(diào)是產(chǎn)品整個(gè)生命周期中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié),產(chǎn)品的可裝配性及裝配質(zhì)量將直接影響著產(chǎn)品的成本和使用性能。在機(jī)電產(chǎn)品的研制和生產(chǎn)中,裝調(diào)時(shí)間約占成品制造時(shí)間的50%以上。同時(shí)產(chǎn)品裝調(diào)依靠的手工勞動(dòng)量大且費(fèi)用高,此外還和裝調(diào)人員的熟練程度有直接關(guān)系。因此,用數(shù)字化手段來(lái)提高裝配生產(chǎn)率和可靠性具有重要意義。我們啟動(dòng)數(shù)字設(shè)計(jì)制造一體化工程,開(kāi)發(fā)了基于TeamCenter系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化工藝管理平臺(tái),如圖1所示。

TeamCenter結(jié)構(gòu)化工藝管理平臺(tái)有設(shè)計(jì)工藝協(xié)同、產(chǎn)品工藝規(guī)劃、裝配工藝設(shè)計(jì)、零件工藝設(shè)計(jì)、工藝資源管理、工藝基礎(chǔ)管理、集成管理共7大類(lèi)業(yè)務(wù)板塊,21個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景。通過(guò)工藝知識(shí)庫(kù)的建設(shè),形成工藝資源庫(kù)、工藝標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范庫(kù)、工藝通用模板庫(kù)等,為后期的結(jié)構(gòu)化工藝文件編制提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2 數(shù)字結(jié)構(gòu)化工藝的核心涵義

工藝文件應(yīng)將設(shè)計(jì)文件規(guī)定的要求直接轉(zhuǎn)化到工藝文件中,在不改變最終設(shè)計(jì)指標(biāo)的前提下,工藝設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行分解,確定各工序的工藝指標(biāo)。如對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)條件、調(diào)試說(shuō)明規(guī)定要求,在工藝文件中相應(yīng)的工序或工步進(jìn)行細(xì)化或內(nèi)控。此外,裝配工藝文件中的每一個(gè)工步,應(yīng)繪制工藝附圖(三維或二維),在工藝附圖上詳細(xì)標(biāo)注裝配參數(shù),如工藝基準(zhǔn)、配合尺寸、裝夾定位、檢測(cè)數(shù)據(jù)等。調(diào)測(cè)工藝文化應(yīng)繪制產(chǎn)品調(diào)試、測(cè)試連線(xiàn)圖,明確產(chǎn)品調(diào)試設(shè)備與產(chǎn)品的放置與電氣連接要求。因此,數(shù)字結(jié)構(gòu)化工藝的核心是基于多學(xué)科技術(shù)綜合應(yīng)用的工藝設(shè)計(jì)技術(shù)研究,以提升操作人員對(duì)工藝文件的快速解碼能力,最終提高操作人員的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

3 裝配結(jié)構(gòu)化工藝總體介紹

某型號(hào)高溫輕質(zhì)機(jī)構(gòu)是為某航空發(fā)動(dòng)機(jī)作動(dòng)裝置的主要部件,工作溫度250 ℃,耐溫性能好,主要由機(jī)殼、端蓋、齒輪、滾珠絲杠、電位計(jì)以及高溫電機(jī)組成。由于產(chǎn)品零部組件間配合間隙多,要求高,產(chǎn)品裝配環(huán)節(jié)的質(zhì)量對(duì)整機(jī)性能影響較大,因此,以該型號(hào)產(chǎn)品為例,開(kāi)展基于數(shù)字結(jié)構(gòu)化工藝文件的編制探索與實(shí)踐,具有典型的指導(dǎo)意義。

3.1 高溫輕質(zhì)機(jī)構(gòu)裝配工藝文件框架

結(jié)構(gòu)化工藝文件框架主要分工藝流程和工序制造資源兩部分,工藝流程框架如圖2所示,工序制造資源示例如圖3所示。

圖2 工藝流程框架示例

圖3 工序制造資源示例

在各工序下構(gòu)建裝配資源框架,將設(shè)備、儀器、工裝、工具、標(biāo)準(zhǔn)件及生產(chǎn)輔料按需求添加在工序流程樹(shù)下,形成工藝裝配資源框架,推動(dòng)工藝由文檔化向結(jié)構(gòu)化、參數(shù)化轉(zhuǎn)變。

TeamCenter結(jié)構(gòu)化管理平臺(tái)中制造資源都是具有屬性的,如圖4所示。制造資源的日常使用方式可分為按屬性值檢索和列表兩種方式。隨著工藝知識(shí)的積累,典型零件工藝庫(kù)中的零件工藝數(shù)量一定是遞增的。典型零件工藝作為制造資源的一部分,也應(yīng)配置相應(yīng)的屬性方便日常使用,在編制工藝文件中,工序制造資源的選取速度大大提高。

圖4 制造資源庫(kù)及屬性示例

3.2 高溫輕質(zhì)機(jī)構(gòu)裝配工藝文件組成部分

高溫輕質(zhì)機(jī)構(gòu)裝配工藝文件主要由以下幾部分組成,包含過(guò)程卡、通用技術(shù)要求、工藝流程圖、制造資源明細(xì)表、裝配工序卡以及電氣裝配導(dǎo)線(xiàn)表等,如圖5所示。

4 裝配結(jié)構(gòu)化工藝編制方法及介紹

4.1 通用技術(shù)要求內(nèi)容介紹

高溫輕質(zhì)機(jī)構(gòu)裝配工藝文件在編制通用技術(shù)要求時(shí),增加了原創(chuàng)的通用標(biāo)識(shí),例如工藝助手標(biāo)識(shí)、三色柱標(biāo)識(shí)、標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)識(shí)、禁限用工藝標(biāo)識(shí)、防靜電標(biāo)識(shí)以及安全標(biāo)識(shí)等,在后續(xù)的工藝流程圖及裝配工序卡相關(guān)位置進(jìn)行標(biāo)注,以提醒操作人員注意,通用技術(shù)要求部分內(nèi)容如圖6所示。

圖6 部分通用技術(shù)要求—原創(chuàng)標(biāo)識(shí)

此外,通用技術(shù)要求對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹,并從產(chǎn)品外觀(guān)及保密等方面進(jìn)行了提醒;對(duì)于上位機(jī)測(cè)試軟件,從軟件操作圖示說(shuō)明和工藝控制點(diǎn)即軟件版本號(hào)進(jìn)行了提醒,如圖7所示。

圖7 部分通用技術(shù)要求—產(chǎn)品及上位機(jī)測(cè)試軟件介紹

4.2 工藝流程圖內(nèi)容介紹

如圖8所示,高溫輕質(zhì)機(jī)構(gòu)裝配工藝文件在編制工藝流程圖時(shí),在原有工序流程圖的基礎(chǔ)上,增加了三色柱、工時(shí)預(yù)估、檢驗(yàn)標(biāo)識(shí)等。其中每道工序的三色柱都是不同的,根據(jù)工序內(nèi)容,制作出特定的工時(shí)柱、手工作業(yè)柱以及技能需求柱,并用不同的顏色進(jìn)行標(biāo)注,以提醒調(diào)度人員合理安排生產(chǎn)任務(wù)。

圖8 工藝流程圖介紹

4.3 裝配工序卡內(nèi)容介紹

高溫輕質(zhì)機(jī)構(gòu)裝配工藝文件在編制工藝裝配工序卡時(shí),在標(biāo)準(zhǔn)欄中,將與本工序相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容進(jìn)行展示,讓操作人員明確本道工序的操作標(biāo)準(zhǔn)要求及具體內(nèi)容,確定操作“標(biāo)尺”。如圖9所示,裝配工序卡還包含具體的裝配工藝要求及操作附圖,并在附圖中增加 “工藝量化點(diǎn)”、“工藝控制點(diǎn)”、“三維圖解”以及“操作順口溜”等,通過(guò)多維度方法使裝配工序卡內(nèi)容充實(shí)、圖示清晰、易于識(shí)別,并吸引操作人員注意,達(dá)到內(nèi)容充分展示,使沉悶的文件變得活潑,操作人員更加愿意去讀工藝文件,從而更好地完成裝配工作。

圖9 裝配工序卡介紹——“工藝量化點(diǎn)”等

4.4 裝配工序卡特色介紹

高溫輕質(zhì)機(jī)構(gòu)裝配工藝文件在編制工藝裝配工序卡時(shí),針對(duì)操作過(guò)程中的安全、保密、高壓線(xiàn)、防火墻、禁限用工藝及易錯(cuò)點(diǎn)等事項(xiàng)通過(guò)原創(chuàng)標(biāo)識(shí)等在裝配工序卡中進(jìn)行穿插說(shuō)明,在相關(guān)工序涉及時(shí),在附圖位置進(jìn)行標(biāo)識(shí),如圖10所示。在測(cè)試時(shí)增加了“當(dāng)心觸電”標(biāo)識(shí),在高溫試驗(yàn)時(shí)增加了“必須戴防護(hù)手套”及“注意高溫”標(biāo)識(shí),以醒目的方式提醒操作人員注意。

圖10 裝配工序卡介紹——“操作順口溜”等

5 基于TeamCenter裝配結(jié)構(gòu)化工藝文件編制的思考

5.1 結(jié)構(gòu)化工藝文件實(shí)現(xiàn)工藝編制協(xié)同

目前,工藝編制采用兩級(jí)工藝方式,但在實(shí)際操作中,工藝技術(shù)處編制的第一級(jí)工藝路線(xiàn)僅用于指導(dǎo)設(shè)計(jì)藍(lán)圖的下發(fā);主制車(chē)間在實(shí)際工藝編制中,又將第一級(jí)工藝重復(fù)編寫(xiě)一次。另外,目前CAPP系統(tǒng)不支持工藝編制內(nèi)部協(xié)同,造成第二級(jí)工藝,主制車(chē)間與承制車(chē)間各自編寫(xiě)的情況,不能通過(guò)CAPP系統(tǒng)直接提取第二級(jí)工藝路線(xiàn),且工序不能獨(dú)立編制,工藝員無(wú)法協(xié)同工作。

TeamCenter結(jié)構(gòu)化工藝支持多級(jí)工藝編制,并支持獨(dú)立的子工藝/工序并行編制;通過(guò)與我們需求溝通,建議采用兩級(jí)工藝編制方式,由工藝技術(shù)處完成第一級(jí)車(chē)間流轉(zhuǎn)工藝路線(xiàn),再由各車(chē)間完成各自工序編制。兩級(jí)工藝編制如圖11所示。

圖11 兩級(jí)工藝編制流程圖

采用以上方式,在第一級(jí)工藝路線(xiàn)規(guī)劃中,通過(guò)流程會(huì)簽方式可完成工藝技術(shù)處與車(chē)間的協(xié)同,以及車(chē)間與車(chē)間之間的協(xié)同;在第二級(jí)工序內(nèi)容編制中又可以實(shí)現(xiàn)車(chē)間內(nèi),或者專(zhuān)業(yè)內(nèi)部并行工作,提升工作效率。

5.2 設(shè)計(jì)、工藝業(yè)務(wù)協(xié)同探索

目前,工藝設(shè)計(jì)人員反映最大的問(wèn)題是與設(shè)計(jì)業(yè)務(wù)的協(xié)同;主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)協(xié)同方面。設(shè)計(jì)、工藝未能在同一平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)管理,工藝不能夠直接獲取設(shè)計(jì)信息;如設(shè)計(jì)BOM、設(shè)計(jì)圖紙,造成大量的重復(fù)勞動(dòng)。工藝員普遍期望能夠直接得到設(shè)計(jì)數(shù)據(jù),如EBOM,設(shè)計(jì)模型,以便快速轉(zhuǎn)換形成PBOM,或者通過(guò)設(shè)計(jì)模型快速進(jìn)行工藝模型的設(shè)計(jì)。以上問(wèn)題,可通過(guò)在TeamCenter統(tǒng)一平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。目前設(shè)計(jì)已通過(guò)TeamCenter進(jìn)行管理,未來(lái)可在同一平臺(tái)通過(guò)統(tǒng)一的流程管理,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)圖紙的工藝性審查,并通過(guò)開(kāi)放瀏覽權(quán)限,項(xiàng)目組內(nèi)工藝人員實(shí)時(shí)了解設(shè)計(jì)進(jìn)度,在設(shè)計(jì)階段提前介入,預(yù)留充足的工藝準(zhǔn)備期;另外,通過(guò)統(tǒng)一的變更流程,實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)變更推送到工藝,規(guī)范設(shè)計(jì)、工藝變更流程。通過(guò)給予工藝員設(shè)計(jì)圖紙的瀏覽,下載權(quán)限,使其能夠基于設(shè)計(jì)模型快速形成工藝模型(工藝簡(jiǎn)圖、模具圖等),從而進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)化工藝文件的編制效率。

6 結(jié) 語(yǔ)

本文基于TeamCenter結(jié)構(gòu)化工藝管理平臺(tái),以裝配結(jié)構(gòu)化工藝文件為切入點(diǎn),對(duì)結(jié)構(gòu)化工藝編制的編制背景、核心涵義進(jìn)行了介紹。通過(guò)某型號(hào)高溫輕質(zhì)機(jī)構(gòu)的裝配工藝文件的案例,從數(shù)字結(jié)構(gòu)化工藝總體介紹到具體編制方法及特色介紹,再到結(jié)構(gòu)化工藝文件編制的思考,展望了基于TeamCenter結(jié)構(gòu)化工藝管理平臺(tái)結(jié)構(gòu)化工藝文件的前景,通過(guò)優(yōu)化和推廣,逐步提高操作人員快速解碼能力,逐步消除人員技能差異,并滿(mǎn)足單件及不同批量模式生產(chǎn),實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)模式,促進(jìn)高效率完成任務(wù)。