三维装配工艺设计仿真技术在电子设备中的应用

    目前，电子装备行业内工艺设计的主要手段是采用填卡片式的二维LAPP，装配工艺设计主要依靠图样和二维装配工艺规程卡片来表达。电气结构设计阶段所形成的产品数字三维模型得不到充分利用，已有的数字化设计信息需要工艺人员分析和重新输入，与数字化三维LAn系统没有建立有效传递途径，不能与设计协同工作，工艺设计工作繁琐，效率低下，表达不直观，线缆敷设根据实物在现场进行手工实施，线缆设计没有三维模型化，布线路径不具体，机械装配和电气互联交错装配工艺过程不能准确清晰表达，不能进行装配工艺定量虚拟仿真和流程优化，装配工艺靠工艺人员的知识水平和装配经验来完成复杂的装配工艺设计，装配工艺可行性、装配顺序工艺合理性、装配工具及路径最优化、装配操作空间可达性等问题无法在装配设计阶段得到有效验证，导致工艺更改较为频繁，输出的工艺规程可读性差，指导性不够，装配工艺规划编制周期长。

    

    在电子设备的样机研制过程中，对其装配性能的分析和评价都是根据零部件实物来完成的，即在零件加工完成后，在产品实际的装配过程中对其装配工艺可行性、合理性进行分析和验证，根据装配结果对其装配工艺性进行修改迭代，使其满足设计要求，是一种典型的“试装配~调试~修正设计~再试装配”传统电子设备研制生产流程，大大增加了装备研制周期和费用。先进的产品设计生产制造流程迫切需要以产品三维模型和设计物料清单(EBOM)为基础，改变现有的工艺集成制造体系，建立数字化工艺模型，形成以数字化模型为核心的数字化三维工艺设计体系，实现三维装配工艺设计仿真与产品设计并行，真正实现数字化设计制造一体化。

 

    1.三维装配工艺设计仿真规划

    

    装配工艺过程仿真为产品装配提供一个三维的虚拟制造环境来验证和评价工艺规划的装配顺序、路径及操作程序的合理可达性。基于模型定义的数字化三维装配工艺设计过程需从产品数据管理平台(PDM)中获取某雷达产品设计数据，通过自行集成开发的数据转换程序将产品设计数据转换成DEL-MIA软件可以编辑识别的三维工艺设计数据，形成适用于工艺设计过程的产品结构树；将已定义的相关资源(如车间、工作台、工装、工具和人等)加入到DELMIA软件系统的装配工艺规划模块(DPE)环境中，形成工艺资源结构树，并在DPE中创建详细产品工艺结构树，进行三维装配单元组件划分、装配顺序和装配路径规划等工艺过程设计；根据规划好的装配组件、装配顺序及路径在DELMIA软件的工艺仿真与验证模块(DPM)中进行装配干涉检查、装配顺序仿真、装配工装工具仿真和人机功效仿真，根据仿真结果评判其合理可行性，优化迭代三维装配工艺，并将根据最终仿真结果固化的工艺输出可视化操作文档；将文档检入工艺管理系统(CAPP)中，同时从产品数据管理平台(PDM)导入设计物料清单(EBOM)，在LAPP系统中进行计划物料清单(PROM)配置，并进行编辑形成二维和三维可视化集成的工艺文件；然后将可视化集成工艺文件检入PDM系统进行归档发布，将发布的工艺文件传输到车间MES生产制造管理系统中，进行排产和作业分配，并将可视化文档在车间终端上进行显示，指导技术工人装配，实现无纸化装配生产。基于DEL-MIA软件的三维装配工艺设计与仿真总体规划如图1所示。
 

 

    图1 三维装配工艺设计与仿真总体规划

 

    2.三维装配工艺设计与仿真的关键技术

 

    2.1三维装配工艺仿真数据转换接口

    

    首先，从产品设计数据管理系统PDM中下载三维UG模型文件(* . prt)转换成DELMIA软件系统可以读取的STEP格式文件模型；然后，在DELMIA系统中导入STEP格式的模型文件，建立装配结构树.门。在DELMIA软件装配环境中，利用VY软件自行集成开发的宏程序，调用产品设计数据管理系统((PDM)中输出的物料清单文件，将零件编号、名称和材料属性等相关信息自动添加到STEP格式的中性几何模型中，更新零件属性、为数字化装配工艺设计进行数据预处理。

 

    2.2快速三维装配工艺规划设计

 

    在DELMIA软件装配环境中，通过人机交互的方式进行装配工艺设计，规划装配单元组件的装配顺序，定义装配工序及工步。其中，工步主要有直线运动、平面运动、径向运动、螺旋运动、牵引运动及典型运动。而复杂电子设备的装配过程涉及电子元器件组装、线缆装配、机械装配和系统联试等，同时军用电子产品研制特点是多品种小批量生产，研制周期短，而且大多数产品处于研制状态，变化频繁，其装配过程就成为一个经验性很强的工艺活动，装配路径和装配顺序规划、装配操作过程指令生成等需要反复迭代。军用电子设备的联接螺钉数量较多，需根据工艺人员的装配经验和装配生产环境，分析制定合理的工艺组件，分层次划分装配单元，并将装配工艺流程信息添加到工艺组件的名称中，通过工艺组件及其工艺(工步)流程信息，不断优化装配顺序路线，提高装配顺序的并行度以提高装配生产资源利用率，使装配过程中差异不大的装配作业集中完成，减少工艺组件的装夹和装配工具的更换次数，缩短装配所用时间，降低装配成本。

 

    2.3某电子设备雷达俯仰装置装配的工艺过程仿真

 

    2.3.1俯仰装置装配特点

 

    俯仰装置是该电子设备雷达转台中最重要的结构件之一，是整个雷达最重要的俯仰转动与承力结构，装配精度高且过程复杂。主要结构件包括俯仰支架、轴承端盖、挡板、齿轮、轴承、电动机、轴套和平键，在挡板与支架之间还有定位销(见图2)。

 

    2.3.2装配干涉的仿真

    

    在DELMIA虚拟装配环境中，依据在工艺规划模块(DPE)中设计好的装配工艺流程和工艺组件装配顺序，通过对每个工艺组件的移动、定位和装配过程等进行组件与组件、组件与工装之间的干涉检查，一旦系统发现有干涉情况，自动停止模拟仿真过程并报警，同时给出干涉位置和干涉量，这样可以有效帮助查找和分析干涉原因(见图3)。该项是检查工艺装配单元组件沿着设计好的模拟装配路径在移动过程中是否与周边环境或产品有碰撞，整个检查过程在三维环境中进行直观地显示，为装配工艺过程优化提供可靠有效的数据。
 

 

图2 俯仰装置模型
 

 

图3 装配干涉仿真