基于成組技術的工藝裝備研究與應用

吳倩倩 沈陽飛機工業（集團）有限公司

隨著經濟和科技水平的快速發展，成組技術是一門工程技術科學，研究如何識別和發掘生產活動中有關事物的相似性，并充分利用它，即把相似的問題歸類成組，設計解決這一組問題相對統一的最優方案，以取得所期望的經濟效益。成組技術巧妙地把品種多轉化為“少”，把批量小轉化為“大”，將相似的工作和內容歸并處理，來提高系統的柔性、可重構性、效率等。通過成組技術，生產中主要矛盾得到有條件的轉化，多品種、小批量生產方式的經濟效益將會顯著提高。

一、工藝裝備中應用成組技術的意義

航空制造業大多采用多品種、小批量、變狀態的制造模式，新研產品迭代快，工藝裝備的需求量逐年遞增，但傳統的工藝裝備管理與使用方法伴隨著大量的重復性工作，并且設計任務重，繼承性差，不可重復利用，進而造成工藝裝備的設計和制造費用大增，浪費和庫存量都很大。此外，不同工裝設計者對相同工序的工藝裝備理解不同，缺乏規范，導致設計的工藝裝備各異，設計制造周期長，生產現場使用的統一性和互換性差，造成機床調整時間長，加工質量不穩定。因此，對工藝裝備實施“三化”，即標準化、系列化、模塊化是非常必要的。采用成組技術，針對加工方法、安裝方式和輪廓尺寸相同或相近的產品，可設計專用工藝裝備；利用成組技術對工藝裝備的基體、夾緊機構和傳動裝置、定位方式等進行相似性研究，可設計柔性化的工藝裝備；利用成組技術，對相似的工作內容進行歸并處理，提高成組批量，制造企業能更好地適應多品種、小批量生產，取得規模經濟效益。

二、成組技術在工裝設計中的應用

（一）成組技術在夾具設計中的應用

在夾具設計的過程中，首先應該按照零件的規格尺寸以及結構特征有針對性的進行排序，如在軸類零件中RD2 車軸、GKIG 型內燃機車車軸按照外徑尺寸每相差5mm 來進行分類。在盤類零件中，圓形的上、下心盤、端蓋、后擋，橢圓形的彎頭法蘭、三通法蘭等，它們雖然外形差異較大，但其定位夾緊方式卻是基本相似的，這些產品不僅要考慮其外形尺寸，還需將不同的加工余量因素考慮在內，最后根據夾緊力的大小及外形尺寸進行分類歸組簡化，進而在工裝夾具他們雖然外形相差很大，所以在進行設計或者制造這些產品的過程中，不僅應該考慮其外形，而且還應該綜合考慮產品的加工余量，進而在夾具設計的過程中采用成組技術，從而可以提高產品生產率。

（二）成組技術在工裝設計中的應用

成組技術在工裝設計中應用不僅可以縮短設計周期，減少勞動量。提高生產效率和產品的質量，而且對生產單件、小批量、多品種的產品設計進行優化，提高生產的效益。下面主要以液壓支架立柱千斤頂的接長桿鉆胎的設計為例進行分析成組技術在工裝設計中的應用。液壓支架最重要的零件技術立柱千斤頂的接長桿。對液壓生產廠家來說，液壓支架立柱千斤頂的接長桿是批量適中，并且比較常用的一種零件，一般的生產批量在200 到500 根左右，但是由于零件的尺寸比較大，在1.2m 到1.7m 左右，如果在制造的過程中采用組合夾具，會長期占用很多的裝夾工具，并且組合夾具也會非常的大，導致生產不能連續進行。由于這種零件生產的繁雜型和特殊性，所以考慮采用成組技術進行色合計成組鉆胎，以提高生產的效率和經濟性。

三、成組工藝裝備設計原則與裝備數據庫

（一）成組工藝裝備設計原則

1）成組工藝裝備應具有良好的可調性和結構緊湊性。工藝裝備中的元件能夠迅速、可靠地更換，使得零件組中任何零件的定位都準確，可靠。工藝裝備的成組性要求根據零件的尺寸組設計結構相近且大小不等的成組夾具，以保證其結構的緊湊性。2）應明確同組零件的加工技術要求。工藝裝備的成組化設計需要考慮零件組內最高加工技術要求和最低技術要求，以滿足零件組內所有工藝裝備的技術要求。3）設計的成組工藝裝備應與零件的成組生產量相適應，在符合經濟性要求下盡可能地提高成組工藝裝備的使用頻率。4）應考慮設計的標準化及可繼承性。成組工藝裝備的設計應盡量采用標準化的元部件、結構和裝置，同時，在標準化、系列化的基礎上應賦予其繼承性，以適應產品不斷更新換代及品種增多的需要。

（二）成組工藝裝備數據庫

基于成組工藝裝備的設計原則，可搭建工裝快速設計系統，建立標準件庫、組件庫、知識庫等。C/S 知識庫是基于CATIA 軟件開發的，用于工藝裝備的快速設計。快速設計建立在典型結構和標準化的基礎上，而典型結構和標準化能夠體現成組技術思想。根據成組技術，將典型結構做成知識體系并建立驅動規則，以便為后期的知識驅動奠定基礎。在成組工藝裝備數據庫中，B/S 知識庫無縫鏈接C/S 知識庫。B/S 知識庫包括資源庫、公式庫等，為工藝裝備的設計提供常用的資料、標準及設計數據的存儲等，同時提供可編輯的公式計算庫，為成組工藝裝備技術的實現提供平臺。

四、結語

成組技術制造組織策略可幫助制造商高效應對HMLV 生產的挑戰，山高澳大利亞分公司的DaveMorr 已對此進行了廣泛的開發工作。傳統的生產率提高策略（例如精益制造和六西格瑪）確實能夠帶來一定改善，特別是在可對大量相同零件的加工工序進行微調的HVLM 生產中。然而，隨著加工技術以及數字產品設計和管理的進步，高度多樣化、小批量的制造日益增多。