導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望

李默 冶尚容

摘 要：在現(xiàn)代制造行業(yè)中，導(dǎo)管以其輕量化、強(qiáng)韌化、低消耗等特點(diǎn)在航空航天、船舶制造、能源輸送等領(lǐng)域得到了廣泛運(yùn)用。隨著市場(chǎng)需求對(duì)導(dǎo)管的使用越來(lái)越多，且提出了更高的精度要求，對(duì)相關(guān)制造技術(shù)也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。由此，也加速了在導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)的科學(xué)研究。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)管;數(shù)字化制造技術(shù);研究現(xiàn)狀;展望

1 導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀

導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)是一項(xiàng)結(jié)合了導(dǎo)管的數(shù)字化設(shè)計(jì)、分析及加工技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)，在當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)時(shí)代，飛機(jī)制造業(yè)對(duì)于導(dǎo)管制造技術(shù)的需求越來(lái)越高，這對(duì)于促進(jìn)導(dǎo)管制造行業(yè)研發(fā)數(shù)字化制造技術(shù)提供了前提條件。

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)的最初開發(fā)起始于飛機(jī)制造的需求。20世紀(jì)70年代，美國(guó)惠普公司（P&W）就開始了利用計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)進(jìn)行渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的管路設(shè)計(jì)改進(jìn)工作，通過在計(jì)算機(jī)上構(gòu)建飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的三維導(dǎo)管模型，得出導(dǎo)管形狀的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)而檢查相關(guān)導(dǎo)管設(shè)計(jì)是否滿足飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)要求，如果有問題，可以直接在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行修改，而不需要將修改的工作留在樣機(jī)完成階段，從而節(jié)約50%的設(shè)計(jì)成本，同時(shí)將設(shè)計(jì)速度提升一倍。

經(jīng)過10年的技術(shù)研發(fā)，相關(guān)技術(shù)已實(shí)現(xiàn)了交互式構(gòu)型設(shè)計(jì)系統(tǒng)的構(gòu)建，ICDS的出現(xiàn)攻克了更復(fù)雜的構(gòu)型設(shè)計(jì)難題。人們?cè)谟?jì)算機(jī)上就可以完成包括發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣、附件、管路等所有部件的建模，形成電子樣機(jī)，同時(shí)還能在計(jì)算機(jī)上對(duì)電子樣機(jī)內(nèi)各部件之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行檢查。這項(xiàng)新的技術(shù)減少了相關(guān)設(shè)計(jì)對(duì)物理樣機(jī)的制造投入成本，有效的縮短了設(shè)計(jì)周期。但是ICDS在管路設(shè)計(jì)方面還處于半自動(dòng)狀態(tài)，需要在指定的幾個(gè)頂點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行管路的敷設(shè)設(shè)計(jì)。

為實(shí)現(xiàn)相關(guān)技術(shù)在導(dǎo)管制造中的作用，針對(duì)導(dǎo)管彎曲加工中的變形問題，許多學(xué)者都進(jìn)行了研究。計(jì)算機(jī)畏助工藝規(guī)劃CAPP系統(tǒng)的出現(xiàn)對(duì)于導(dǎo)管數(shù)字化技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)用有著重大意義。該系統(tǒng)分為變異式和創(chuàng)成式兩類，兩者的區(qū)別在于，變異式CAPP系統(tǒng)的工作原理是從工藝庫(kù)里找到具有相似性零件的工藝規(guī)程，而創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)則是能過自身的邏輯判斷相關(guān)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)對(duì)其加工工藝進(jìn)行規(guī)劃。

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品加工制造中的各種復(fù)雜問題都很到了較好的解決，最終也實(shí)現(xiàn)了導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)中的運(yùn)用和推廣。目前，這項(xiàng)技術(shù)廣泛運(yùn)用于航天導(dǎo)管產(chǎn)品從產(chǎn)品、工藝設(shè)計(jì)到生產(chǎn)和故障診斷分析以及質(zhì)量檢測(cè)等各個(gè)環(huán)節(jié)。數(shù)控彎管機(jī)就是相關(guān)技術(shù)運(yùn)用于產(chǎn)品生產(chǎn)的重要產(chǎn)物。為保證其在降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上完成高效、安全的生產(chǎn)任務(wù)，相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了大量的軟件程序開發(fā)工作。NC程序很好的解決了相關(guān)設(shè)備對(duì)導(dǎo)管切削過程的控制，但對(duì)于彎管加工過程的仿真并沒有太大作用。雖然意大利推出了款針對(duì)彎管加工過程的仿真軟件——VGP3D，但在產(chǎn)品的生產(chǎn)中并不具備通用性。2001年，德國(guó)推出了的VRbendSim在VGP3D的基礎(chǔ)上，加入了加工參數(shù)優(yōu)化功能。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

隨著導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)的日漸成熟和我國(guó)航天航空行業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)已開始進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的引進(jìn)和研發(fā)工作。20世紀(jì)90年代，北京航空航天大學(xué)開始進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)管路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，并推出了AEPRS和IRSAEP管路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并利用其進(jìn)行了發(fā)動(dòng)機(jī)電子樣機(jī)的設(shè)計(jì)和管路檢查。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)專家提出了層面法管路敷設(shè)、模式法管路敷設(shè)等方法。

在導(dǎo)管計(jì)處機(jī)輔助工程分析方面同，重慶大學(xué)利用限元分析法進(jìn)行了相關(guān)研究，西北大學(xué)則將限元分析法與能更緊起皺準(zhǔn)則相結(jié)合，提出了薄壁管數(shù)控彎曲成形過程中起皺的能量預(yù)測(cè)方法。同時(shí)，西北工業(yè)大學(xué)在數(shù)控彎管加工過程仿真研究中針對(duì)VB系統(tǒng)數(shù)控彎管機(jī)開發(fā)出了具有一定實(shí)用性的仿真軟件。

2 導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析

導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)存在的問題是目前制約其推廣普及的主要原因。相關(guān)技術(shù)是由多個(gè)單項(xiàng)技術(shù)科學(xué)結(jié)合產(chǎn)生的一項(xiàng)綜合性制造技術(shù)，雖然近年來(lái)其中的多個(gè)單項(xiàng)技術(shù)都得到了大力發(fā)展，但其中涉及到管路設(shè)計(jì)、仿真建模、模胎設(shè)計(jì)等技術(shù)還存在很多不足，難以在實(shí)際生產(chǎn)中發(fā)揮作用，這些都是急需解決的問題，尤其是導(dǎo)管加工過程中的仿真技術(shù)和模胎技術(shù)的實(shí)現(xiàn)障礙和參數(shù)無(wú)法進(jìn)行數(shù)字化確定的問題，還有待相關(guān)專家的進(jìn)一步研究開發(fā)。

另外，由于航空航天技術(shù)的突飛猛進(jìn)，相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造復(fù)雜程度越來(lái)越高，也對(duì)導(dǎo)管的設(shè)計(jì)制造提出了更高的要求，形狀設(shè)計(jì)復(fù)雜和成形精度更高的導(dǎo)管設(shè)計(jì)越來(lái)越多，然而由于導(dǎo)管的彎曲加工和模胎參數(shù)確定等都需要人工參與，這是相關(guān)技術(shù)需要突破的重要瓶頸。人工智能技術(shù)的發(fā)展被視為是利用人類知識(shí)改變傳統(tǒng)制造工藝的重要技術(shù)，早在導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)的形成初期，人工智能技術(shù)就已參與到相關(guān)的技術(shù)研發(fā)中。在目前的導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)中，人工智能技術(shù)的運(yùn)用主要體現(xiàn)在專家系統(tǒng)的構(gòu)建方面，但對(duì)于專家系統(tǒng)中數(shù)值計(jì)算、多個(gè)科技領(lǐng)域知識(shí)和多種任務(wù)及功能的集成都存在一定的缺陷。這些集成系統(tǒng)的不完善直接導(dǎo)致了導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的規(guī)模和復(fù)雜性的限制。目前，相關(guān)研究人員對(duì)于該技術(shù)的研發(fā)方面主要集中在面向現(xiàn)代設(shè)計(jì)制造要求基于知識(shí)的工程進(jìn)行新型智能設(shè)計(jì)方法的研究。

3 結(jié)語(yǔ)

導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)對(duì)于制造行業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義。從該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀中可以發(fā)現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)存在一些缺陷，而這些缺陷正是制約導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)在制造行業(yè)中普及推廣的主要原因。只有不斷加強(qiáng)對(duì)該技術(shù)的研究工作，有效完善其在導(dǎo)管數(shù)字化集成制造中的存在的不足，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管數(shù)字化制造過程中的信息共享和交換，才能提高相關(guān)制造生產(chǎn)的產(chǎn)品加工質(zhì)量和效率，滿足市場(chǎng)需求，保障該技術(shù)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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