煙草在線據(jù)中國(guó)煙機(jī)報(bào)道
【摘要】 本文主要研究了利用CAPP技術(shù)實(shí)現(xiàn)裝配工藝設(shè)計(jì)方案，從而達(dá)到提高煙草機(jī)械產(chǎn)品裝配效率和質(zhì)量，降低裝配工藝設(shè)計(jì)成本，完善企業(yè)制造工藝信息系統(tǒng)的目的。
【關(guān)鍵詞】 煙草機(jī)械 裝配工藝 CAPP設(shè)計(jì)
如何優(yōu)化產(chǎn)品裝配工藝、提高裝配質(zhì)量、縮短裝配工作周期是煙機(jī)制造企業(yè)目前正在研究的課題。近年來，煙機(jī)制造企業(yè)相繼引入了CAPP技術(shù)（CAPP，即計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃），將計(jì)算機(jī)作為工藝輔助設(shè)計(jì)的手段，使產(chǎn)品零件的加工工藝得到了很大提高。但如何利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行煙機(jī)產(chǎn)品裝配工藝的設(shè)計(jì)卻未得到應(yīng)有的重視。為此，本文對(duì)CAPP技術(shù)在裝配工藝方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。
一、適應(yīng)CAPP需求的裝配工藝設(shè)計(jì)原則
1．零部件的分類原則
在裝配工藝設(shè)計(jì)中，零部件的分類與設(shè)計(jì)除根據(jù)設(shè)計(jì)要求劃分零件、部件類外，還會(huì)根據(jù)零部件的功能將它們劃分為基礎(chǔ)件、連接件、功能件、單元、系統(tǒng)、總成等，而零部件的裝配順序編碼正是根據(jù)其功能劃分的。所有部（組）件中的基礎(chǔ)件編碼在裝配工藝順序中設(shè)定為1，然后由內(nèi)向外或由下向上進(jìn)行順序編碼，形成裝配工藝順序。
2.裝配中的層次劃分原則
煙機(jī)制造企業(yè)的產(chǎn)品生產(chǎn)方式為小批量、多批次的組織形式。因此，在編制裝配工藝的過程中，通常根據(jù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分解，產(chǎn)品的裝配步驟必須分層次、分單元進(jìn)行。整機(jī)的最終成型由多層裝配關(guān)系來實(shí)現(xiàn)，即使是最簡(jiǎn)單的整機(jī)裝配也至少存在兩層或兩層以上的裝配關(guān)系。分層次裝配主要包括以下幾個(gè)層次：
基礎(chǔ)層。根據(jù)零件在部(組)件中的作用或部(組)件在整機(jī)中的作用，確認(rèn)基礎(chǔ)層裝配。通常部(組)件內(nèi)的箱體類零件、支撐件等為基礎(chǔ)件，含有機(jī)身、機(jī)架、箱體類零件的部（組）件為總成或整機(jī)裝配的基礎(chǔ)層。
組件層。由零件、結(jié)合件、標(biāo)準(zhǔn)件、外購件組成的相對(duì)獨(dú)立的最小設(shè)計(jì)單元。
部件層。由組件和部分零件（含結(jié)合件）、標(biāo)準(zhǔn)件、外購件組成的相對(duì)獨(dú)立的設(shè)計(jì)單元。
總成層。由部件、組件和部分零件（含結(jié)合件）、標(biāo)準(zhǔn)件、外購件組成的相對(duì)獨(dú)立的裝配單元，該部分可以完成整機(jī)的部分功能。
總裝層。將總成、部件、組件和部分零件按照技術(shù)要求裝配在一起，形成最終產(chǎn)品。
產(chǎn)品裝配的分層為CAPP在裝配工藝方案設(shè)計(jì)中的應(yīng)用創(chuàng)造了條件。按照裝配的層次，在產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計(jì)方案制訂初期，首先要將產(chǎn)品拆分為若干個(gè)裝配單元。其次，為保證產(chǎn)品質(zhì)量和功能的實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)方案時(shí)還要在工藝技術(shù)文件中標(biāo)明每個(gè)裝配單元的工藝技術(shù)和工藝順序要求。
3.裝配中的作業(yè)順序原則
裝配工序制定原則。在裝配工藝設(shè)計(jì)過程中，為了使工藝中的工序有效地指導(dǎo)裝配作業(yè)，在工序制定時(shí)必須遵守以下三個(gè)原則：一是按產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及裝配要求將整機(jī)逐層分解，使整機(jī)逐層分解為能夠進(jìn)行獨(dú)立裝配的單元、基礎(chǔ)層、基礎(chǔ)件等。二是確定同一層各組成單元及零件的裝配順序。三是確定單元內(nèi)部各零件的裝配順序。
裝配順序確認(rèn)原則。首先，在裝配串聯(lián)尺寸鏈零部件時(shí)，裝配順序以簡(jiǎn)單、方便為原則。在裝配并聯(lián)尺寸鏈零部件時(shí)，先裝精度高的尺寸鏈；相同精度時(shí)，先裝對(duì)多數(shù)尺寸鏈?zhǔn)枪驳某叽珂溄M成環(huán)所在的那個(gè)尺寸鏈。在裝配由多個(gè)尺寸鏈組成的尺寸環(huán)時(shí)，先從基本尺寸鏈開始，先公共后一般，先下后上，先內(nèi)后外，先難后易，先重后輕，先精密后一般。
4.裝配順序的經(jīng)濟(jì)性原則
經(jīng)濟(jì)性原則主要包括三個(gè)方面：一是按照產(chǎn)品的裝配層次，作業(yè)時(shí)由底層到高層進(jìn)行裝配。二是在裝配過程中，作業(yè)難度大、要求精度高、裝配時(shí)間長(zhǎng)的先裝。三是裝配層次多的部件、總成先裝。
二、裝配工藝設(shè)計(jì)的CAPP實(shí)現(xiàn)
好的工藝設(shè)計(jì)方案需要以完善的工藝技術(shù)文件為指導(dǎo)。一般情況下，根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)技術(shù)要求，工藝文件可由裝配系統(tǒng)圖、裝配工藝過程卡、裝配零部件清單組成。
1.裝配系統(tǒng)圖的設(shè)計(jì)
各類煙草機(jī)械產(chǎn)品大多具有復(fù)雜的裝配關(guān)系，系統(tǒng)圖的引入可以直觀地為產(chǎn)品裝配人員表示出裝配時(shí)各獨(dú)立部分之間的相互關(guān)系。如最基本的組件裝配系統(tǒng)圖，它以方框中的文字標(biāo)明裝配作業(yè)中的構(gòu)件名稱，用直線表明各構(gòu)件之間的裝配關(guān)系，用箭頭顯示裝配順序，在箭頭線旁以簡(jiǎn)潔的文字或通用代碼注明裝配要求和需要特別注意的作業(yè)方法。
2.裝配工藝過程卡的編制
裝配工藝過程卡是一個(gè)對(duì)重要而復(fù)雜的裝配工序進(jìn)行作業(yè)指導(dǎo)的技術(shù)文件。它詳細(xì)記錄了組成產(chǎn)品各級(jí)裝配單元的裝配過程，裝配作業(yè)的內(nèi)容、作業(yè)的順序以及使用的設(shè)備、工裝、輔助材料等。同時(shí)，裝配工藝過程卡對(duì)工序分為哪些工步及各工步之間的作業(yè)順序、每一工步的具體作業(yè)內(nèi)容與相關(guān)要求以及需注意的作業(yè)順序與方法、工序中所需的設(shè)備與工裝及注意事項(xiàng)等進(jìn)行了說明。
3.裝配零部件物料清單的編制
裝配零部件物料清單主要用來說明裝配所需的物料種類及其數(shù)量。它可以結(jié)合裝配過程卡共同指導(dǎo)裝配作業(yè)，并配合企業(yè)MRP或ERP軟件進(jìn)行細(xì)化管理，通過分層次的零部件清單和匯總表進(jìn)行編制。
4.裝配CAPP的實(shí)現(xiàn)方案
�。�1）派生式裝配CAPP方案實(shí)施的可行性分析
依據(jù)裝配工藝設(shè)計(jì)方案的要求，要完成適應(yīng)CAPP實(shí)現(xiàn)的裝配工藝設(shè)計(jì)方案，必須經(jīng)過以下幾個(gè)步驟：剖析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，分析產(chǎn)品性能，確定裝配標(biāo)準(zhǔn)；依據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定裝配技術(shù)規(guī)范；理順產(chǎn)品裝配層次關(guān)系，確定裝配工序；生成工藝技術(shù)文件，明確各道工序裝配方法。
在利用CAPP進(jìn)行輔助裝配工藝設(shè)計(jì)過程中，建立一個(gè)派生式的CAPP可以大量簡(jiǎn)化裝配工藝設(shè)計(jì)流程，提高設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)過程中因人為因素造成的工藝失誤。
通過對(duì)比ZJ17型與ZJ112型高速卷煙機(jī)組、ZB47型與ZB45型硬條包裝機(jī)組和ZF12型與ZF12A型煙草儲(chǔ)存輸送系統(tǒng)等煙草機(jī)械產(chǎn)品的裝配零部件清單，我們發(fā)現(xiàn)在煙草機(jī)械生產(chǎn)領(lǐng)域，同一系列的煙機(jī)產(chǎn)品雖然產(chǎn)品性能存在很大差異，但產(chǎn)品的組成零件中有75%以上具有相似性，由這些相似的零件組成各構(gòu)件的裝配關(guān)系也存在極大的相似性。因此，借用相似派生原理建立派生式裝配CAPP是可行的。
�。�2）派生式裝配CAPP的實(shí)施方案
先按照相似性原理建立起相似產(chǎn)品、部件、組件的裝配程序庫和標(biāo)準(zhǔn)、典型裝配工藝方法庫。在這一過程中，為輸出各層次裝配系統(tǒng)圖，建立裝配系統(tǒng)圖生成模塊，然后為執(zhí)行數(shù)據(jù)庫、圖形庫檢索、調(diào)用、輸入、修改等操作功能，建立一個(gè)易于操作的人機(jī)交互模塊，最后完成裝配零部件清單生成模塊。
�。�3）主要功能模塊的技術(shù)實(shí)現(xiàn)
資源管理模塊。資源管理模塊包括工藝數(shù)據(jù)庫管理和工藝文件庫的管理。煙草機(jī)械裝配CAPP數(shù)據(jù)庫可采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL Server來設(shè)計(jì)。SQL Server的最大優(yōu)點(diǎn)是利用關(guān)系模型來建立關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，庫中的數(shù)據(jù)是一個(gè)以元組或記錄為單位的二維表，表中的列是一個(gè)或一組元素的屬性域。這種關(guān)系型數(shù)據(jù)表的數(shù)據(jù)獨(dú)立性強(qiáng)，每個(gè)屬性列有嚴(yán)格的定義和規(guī)范化的技術(shù)支持。記錄的存儲(chǔ)是以元組為單位，記錄的增刪修改也是針對(duì)一個(gè)元組，操作方便靈活，便于日后的擴(kuò)充和查詢等。
裝配工藝設(shè)計(jì)模塊。裝配工藝的自動(dòng)化設(shè)計(jì)是系統(tǒng)的核心模塊，它包括裝配工序信息輸入、工藝資源的調(diào)用、工藝文件的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)程序的運(yùn)行。利用VC++進(jìn)行該模塊程序設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)煙草機(jī)械裝配的每種裝配典型工序與工步分別建立一個(gè)類，該類中包含描述其特征信息的所有輸入變量與函數(shù)，從而建立交互工藝決策的基礎(chǔ)，使工藝生成時(shí)系統(tǒng)能自動(dòng)根據(jù)工藝資源庫中的資源狀況，調(diào)用有關(guān)數(shù)據(jù)并生成工藝路線。
5.實(shí)現(xiàn)裝配CAPP的方法
�。�1）裝配工藝標(biāo)準(zhǔn)化
在編制裝配工藝過程中，由于一些通用機(jī)構(gòu)的裝配方法與要求，國(guó)家、行業(yè)已制定了標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范，所以可以直接應(yīng)用。未制定國(guó)家與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的裝配方法可以根據(jù)相似性原理，把相似構(gòu)件的裝配內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)一，建立起相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這樣一來，就能形成相似結(jié)構(gòu)的裝配工藝過程卡，從而達(dá)到通用化、標(biāo)準(zhǔn)化的目的。在設(shè)計(jì)裝配工藝過程中，通過頻繁的調(diào)用、組成裝配工藝卡片，可在很大程度上簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。按照自行制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編碼規(guī)則對(duì)裝配過程卡片進(jìn)行編碼，可以很方便地在裝配系統(tǒng)圖上進(jìn)行標(biāo)識(shí)，使裝配操作人員不但可以通過裝配系統(tǒng)圖了解各個(gè)構(gòu)件的組成方式和裝配的過程，還能依據(jù)系統(tǒng)圖上的編碼找到每道裝配工序的工藝過程卡，從而保證其能夠依據(jù)卡片的要求進(jìn)行產(chǎn)品裝配。可以說，裝配工藝的標(biāo)準(zhǔn)化為裝配CAPP建立起通用、標(biāo)準(zhǔn)裝配工藝過程片庫打下了基礎(chǔ)。
（2）利用CAD技術(shù)輔助工藝設(shè)計(jì)
隨著CAPP技術(shù)的不斷成熟與發(fā)展，其在零件的加工領(lǐng)域的應(yīng)用已非常廣泛。產(chǎn)品零件的設(shè)計(jì)與制造離不開利用PRO/E、I-DEAS等構(gòu)圖軟件建立零件的三維模型，而這類三維構(gòu)圖軟件也大多具有模擬裝配的功能。
在產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計(jì)方案中，充分利用企業(yè)系統(tǒng)中的CAD資源進(jìn)行模擬裝配可以直觀地檢驗(yàn)工藝設(shè)計(jì)方案的合理性與可操作性。產(chǎn)品整機(jī)模型的搭建過程其實(shí)也是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的裝配工藝設(shè)計(jì)的第一手資料。
進(jìn)行裝配工藝方案設(shè)計(jì)時(shí)，大量的圖形繪制必不可少。因此，企業(yè)內(nèi)部相關(guān)產(chǎn)品的圖形資料與產(chǎn)品的CAD系統(tǒng)文檔便成為充分借用的資源。建立企業(yè)內(nèi)部的電子圖形庫查用于所有電子技術(shù)文檔的管理，可以利用“產(chǎn)品樹”的形式非常方便地查閱和調(diào)用有價(jià)值的信息，利用相似性原理來派生出新產(chǎn)品的裝配系統(tǒng)圖。
裝配工藝設(shè)計(jì)方案的CAPP實(shí)現(xiàn)，完成了建立完善的企業(yè)制造工藝信息系統(tǒng)的重要一環(huán)。通過應(yīng)用，它不僅大大提高了煙草機(jī)械工藝設(shè)計(jì)效率，降低了裝配工藝設(shè)計(jì)成本，而且在煙草機(jī)械制造時(shí)可以將CAPP的全面應(yīng)用作為基礎(chǔ)，通過其與CAD、PDM、ERP的集成和資源共享，建立起工藝設(shè)計(jì)與管理一體化的制造工藝信息系統(tǒng)。
【作者簡(jiǎn)介】王勇攀，現(xiàn)任職于常德煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，主要從事煙草機(jī)械的裝配工藝設(shè)計(jì)和開發(fā)工作。
