工裝設計優化技術的現狀及發展趨勢分析

夏 青 張建雄 寧 棟

(西安近代化學研究所，陜西 西安 710075)

1 工裝設計優化技術的現狀

我國的工裝設計往往是針對一些結構較為復雜的產品，因為這些結構復雜的產品對質量的要求較高，必須要有工裝設計加以保障。比如軍事、航空等領域的機械零件往往需要工裝設計來進行優化。從另一個角度來說，我國工裝設計技術的不完善也在一定程度上限制了軍事和航空等領域的長足發展。工裝大體上分為剛性和柔性2個部分，剛性工裝相比于柔性工裝來說生產規模較小，而柔性工裝的生產周期較短，并且適用范圍較廣，因此當前柔性工裝成為熱點的技術之一。由于我國和西方國家在工業生產領域還存在著一定的差距，當前我國的工裝大多數采用剛性工裝，而西方大多數國家的采用柔性工裝，減少了剛性工裝所帶來的局限性。從另外一個方面來說，隨著社會信息技術的不斷發展，工裝技術也逐漸出現了數字化和智能化的傾向。日本美國的發達國家工裝設計往往采用智能化的技術，為工裝設計行業贏得了更多的資源和平臺的支持[1]。同時，由于工裝技術在航空領域的出色表現，英國波音飛機的制造也大多數采用了智能化工程技術。隨著我國改革開放進程的加快和工業生產技術的進步，我國對柔性工裝和智能化工裝技術進行了改進和調整，采用校企聯合的模式，在工裝數字化發展領域相互配合，極大地促進了我國工裝設計領域的發展，對以往工裝設計的弊端和弱點進行調整。技術的進步也使得工裝設計在越來越多的領域發揮著重要作用，但整體上來說我國的工裝水平還處在低階的階段，其發展的速度和效率有待提高。

2 工裝設計優化技術的發展趨勢

2.1 工裝設計往模塊化和系統化方向發展

當前我國的工裝設計主要采用柔性工裝為主要模式，在柔性工裝的未來展望當中，其主要朝著系統化和模塊化的方向發展。柔性工裝本身是有多個系統和模塊組成的，每一個系統和部分都發揮著各自的功能，因此未來工裝的系統化設計也是柔性工裝的重要技術轉折，這一工程的系統化和模塊化的主要目的是為了減少傳統工裝技術當中繁瑣的碎片化制造技術，為柔性工裝的批量生產和自動化生產設備提供參照的模板，從而降低工裝設計領域的制造成本，縮短工裝設計的時間，提高工作效率。當工裝以系統化和模塊化的形式批量生產時，便可以彌補傳統的制造技術當中對專用裝配零件的需求，從而擴大工程設計的使用范圍，在工裝制造器械的占地面積上也有所縮小，加快了工裝制造的周期運轉。筆者認為，為了實現以上的優勢，工裝設計應當注意進行標準化零件的制作，將工裝的模板和系統擴大覆蓋范圍，制造相應的標準件，建立完善的搜索系統，當制造具有專門試用性的工裝配件時，只需要使用搜索引擎便可以輕松地將工裝的制定模板調出，大大節約了工裝設計的工作周期，縮短了工作時間[2]。隨著信息化技術的不斷進步和發展，數據資源信息庫將會越來越完善。工作人員只要事先設計好工裝零件的相關參數和標準，便可以迅速地投入生產，使整個工裝設計的過程得到精簡和提速。同時，工裝優化還應當重視縮短工裝的設計時間，提高周期效率，節約成本，減少研制工裝所耗費的資源，這就說明工裝設計應當采取標準件的方式去完成。在當前，我國工裝設計在覆蓋面上還是有一些欠缺，導致標準件無法在大范圍內進行推廣[3]。若要提高標準件的適用范圍，則必須要建立新的工裝使用標準。在工裝標準件的制造過程當中，應當對設計標準進行引用和制定，設計工裝標準件可以采用引用的方式，加速工裝設計的速度，使工裝的設計時間縮短，效率加快。在工裝設計優化的過程當中，設計人員要特別注意對數據庫資源的運用，上文所說的資源信息庫就是在信息資源的利用前提下建成的。

2.2 工裝設計往網絡化和智能化方向發展

由于信息技術的不斷發展和進步，當前我國已經進入信息化時代。在當前的時代背景下，我國工裝設計未來發展趨勢應當朝著網絡化和智能化的方向發展。典型的代表就是機器人的使用，機器人代替人類進行部分的工作并取得了顯著成效，隨著機器人在工裝設計領域的廣泛運用，工裝在完成系統化和模塊化的調整之后緊接著就會往網絡化和智能化的方向前進。其中3D技術和三維打印技術的發展，使得工裝設計領域越來越離不開計算機的遙控和輔助，智能化的技術可以完美地將工裝設計應用在航空和軍事等領域，協調各種不同的組裝配件進行數字化的生產和加工。對于工裝制造當中所需要的參數，可以直接用計算機的搜索功能進行提取，人工智能和計算機技術的不斷發展大大提高了工裝設計領域的工作效率，減輕了工人的工作強度。因此，目前我國正在大力推動工裝設計朝著智能化的方向發展。另一方面，數字化設計技術的運用也具有非常廣闊的發展前景。例如CAD技術和CATIA技術，他們都是借助三維計算機輔助技術來對工裝設計的軟件進行編程和掌控，因此以上技術在大型制造設備當中都可以得到明確地運用，發揮自身的價值[4]。例如，數字化的制造技術被利用在飛機的工裝制造當中，就有利于新型機器的研發和設計，使飛機的研究成本大大下降。對于工裝零件的制造，數字化的制造技術也可以對各個組成部件之間的關系進行協調，從而使組合件的標準件可以直接利用數控技術對工裝進行加工。在工裝數控加工的過程當中，可以利用信息技術建立工裝數據庫，在庫中提取所需要的加工數據，使用這種技術可以使工裝制造和設計的準確率提高，全面提升加工效率，使工裝設計優化的時間被縮短。以波音747飛機為例，它的設計和裝配技術就使用了數字化的制造科技，使得其制造的時間、生產周期和研發成本大大降低，模具的精度提升了5倍，成本降低60%，大幅度地縮短了工裝生產的周期，使用了數字化的技術，對局域網和機床進行交流，打造開放化的數控系統，對工裝設計的數控程序進行編輯。

3 結語

綜上所述，我國工裝設計優化技術應當認清現狀，并采取多種方式進行技術的更新和進步，明確未來的發展方向。