航天地面設備工裝的模塊化設計及工藝研究

魯承金 鄧偉 張鍇 萬潔霞

摘 要：長期以來，航天地面設備工裝從設計到生產往往耗費大量的時間和成本，一直制約著航天產品的生產制造效率及質量。為此，科研、設計以及工藝人員應加強對航天地面工裝設備的研究，實現對地面工裝設備模塊化設計的同時，實現對其工藝規程的通用化和模塊化設計，為提高工裝產品的質量及穩定性，減輕設計人員不必要的工作，最終達到提升產品可靠性、維修性和保障性的目的。

關鍵詞：航天；工裝；模塊化；工藝；優化

引言

進入21世紀以來，發達國家與部分發展中國家均在大力發展航天事業。隨著科學技術的發展，與航天系列產品相關的技術已突飛猛進，市場競爭也日趨激烈。如今，決定一個國家戰斗力的主要因素包括有：高科技武器裝備科研生產的速度、裝配速度以及武器是否能夠批量生產等[1]。為響應航天事業的需求，全球航天系列產品的特點已逐步向高精準、高速率以及高復雜的方向發展。在此新形勢下，為滿足航天系列產品的特點，與之配套的科研生產環節也需與時俱進。經調研可知，當前制約航天系列產品發展的主要原因在于科研生產周期過長所導致的。

因此，當前主要急需解決的問題在于如何有效縮短航天系列產品的生產周期，實現航天系列產品快速的生產和研發。經研究可知，我國航天系列產品的型號和零部件各部相同，而且與各類產品相關的工藝裝備是相互獨立，導致在設計和生產過程中耗費大量的人力和物力，極大的延長的科研生產周期[2]。故，本文提出了航天地面設備工裝的模塊化設計，提高航天系列產品生產工藝的穩定性，進而降低生產成本、縮短制造研發周期，最終提高航天系列產品工裝的生產效率。

1 航天地面工裝的模塊化設計

對于同種航天工藝裝備而言，根據其所應用對象的不同或者應用于同一產品的不同階段，可將工藝裝備分成多種類型。其中，夾具類工藝裝備和框架類工藝裝備使用作為廣泛。根據本公司所生產航天系列產品的特點，本文將主要闡述夾具類工裝、焊接類工裝以及車類工裝的模塊化設計。

1.1 夾具類工裝的模塊化設計

夾具是廣泛應用于機械制造行業中的工藝裝備，主要應用于零件的切削加工、熱處理、焊接、裝配以及檢測等工藝過程。與傳統夾具不同的是，在航天產品的制造過程中夾具由專用夾具不斷演化為通用夾具，不僅縮短了夾具了設計周期，而且還降低了生產成本[3]。

經研究可知，由于在航天產品的制造過程中缺乏圖紙，導致夾具的安裝僅依靠工藝人員的經驗安裝，大大降低了產品的生產效率。因此需對夾具進行模塊化設計，并建立相對健全的組合夾具庫。

1.2 焊接工裝的模塊化設計

在航天系列產品的制造過程中，焊接工裝是必不可少的。由于航天系列產品種類多，焊接工裝尚未模塊化導致不同的產品需要其外觀、尺寸以及定位設備不盡相同的焊接工裝，這樣不僅延長科研生產周期，還會造成極大的浪費。

模塊化焊接工裝主要包括前后法蘭盤、定位塊、梁體等。模塊化焊接工裝的工作原理：將需加工對象加入工裝中，使用左右兩側的法蘭盤完成對加工對象的定位，最后用卡板裝加緊加工對象。此外，通過前后完成對焊機位置的確定，不斷調整定位塊的位置完成對工件的焊接。

1.3 車類工裝的模塊化設計

車類工裝是航天系列產品生產過程中所需工裝類型中最為復雜也最為重要的工裝設備。據統計，該工裝設備由200份零件組成，貫穿于航天系列產品的生產制造、試驗、運輸以及最終的交付或展覽等過程。同樣，由于航天系列產品種類繁多，且同一產品包含眾多生產階段導致車類工裝的功能、外觀以及尺寸等參數也不盡相同[4]。根據其特點，車類工裝可以分為：支撐車工裝、拖車工裝以及準備車工裝。

車類工裝的工作原理：將已檢驗的航天系類產品無縫接入車類工裝中，并通過卡環和定位螺栓達到定位產品的目的，進而實現對對產品的支撐和運輸等功能。經分析，車類工裝的基本構件是相同，比如車架、拉桿、支撐機構以及半軸等。只需將這些構件進行模塊化設計，就可以大大提高車類工裝的設計效率，縮短其設計時間。

2 工裝裝備加工工藝模塊化設計

工裝裝備加工工藝的模塊化設計的首要任務是編制通用的工藝規程，這樣不僅能夠大大縮減工藝裝備的生產周期，還能夠大大提升產品生產效率。

工藝規程的模塊化設計時，首先需根據產品功能及特點對其進行分類。其中，將任務對象相似的零件以及模塊部件進行統一歸納、總結，最終得出統一的工藝規程。

在航天工裝產品中，雖然可以根據產品的特點對其工裝設備進行模塊化設計。但是，僅僅對工裝設備的模塊化設計是不夠，還需從工藝的角度對其進行模塊化、通用化設計。應用于不同航天產品的法蘭盤的尺寸、孔、槽的位置不相同。但是，均為法蘭盤其安裝及裝配方式都相同[5]。為此，可以為其建立統一的工藝規程，減輕工藝人員編制工藝規程的工作，提高工藝規程的編制效率。此外，編制模塊化工藝規程需遵循以下原則：

（1）相類似的零件和組件可編制統一的工藝規程；

（2）雖然產品從整體角度上看不相類似，但是從局部角度相類似的地方編制相類似的工藝規程卡片。

3 總結

航天系列產品的工裝直接決定著產品的生產制造的效率及各個組件之間的裝配，航天工裝裝備的設計制造是航天類產品制造的關鍵環節。長期以來，設計人員及工藝人員均忽略對工裝裝備的優化，導致其落后的工裝裝備及工藝規程制約著航天系列產品的生產效率和產品質量。本文針對航天地面設備的工裝裝備對其進行模塊化設計，最終達到簡化航天工藝裝備產品、規范工藝規程以及縮短產品科研生產研制周期的目的。

參考文獻

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[3] 王建華，歐陽佳，陳文亮. 飛機柔性裝配工裝關鍵技術及發展趨勢[J]. 航空制造技術，2013，437（17）：49-52.

[4] 于蘭萍，周濤. 工裝設計優化技術的現狀及發展趨勢[J]. 導航與控制，2016，15（2）.

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