贵州航天风华精密设备有限公司 贵州贵阳 550009
摘要：近年来，随着经济及科学的快速发展，根据机械性能对设备进行大型化和功能化定制成为当前工业设备的主要需求之一。而随着大规模定制化工业生产的发展，企业人员专业分工逐渐明确和精细，导致一些专业设计人员接触实际的产品机会较少，使得设计的“可装配性”成为当今机械设计及装配重要话题。针对工业定制化设计的 “可装配性”这一问题，本文主要对其面向装配的设计及虚拟装配技术进行探讨。
关键词：装配设计；虚拟装配；集成化管理
近年来，随着经济和科学的快速发展，根据机械性能对设备进行大型化和功能化定制成为当前工业设备的主要需求之一。伴随着社会的进步，企业人员专业分工逐渐明确和精细，定制化工业生产导致一些专业设计人员接触实际的产品机会较少，传统相关材料参考价值较低。与此同时，产品的性能主要由设计、加工与装配等环节的共同保证，而随着国内外精密加工技术的快速发展，零部件的加工精度得到显著提高，如何提高机械设计的“可装配性”及研发质量与效率成为当今机械研发两个重要话题。
一、面向装配的设计
1.产品结构模块化设计
产品结构模块化设计是根据产品性能要求确定功能方案和运动模式将产品结构分为多个功能模块，其中每个模块由一个或多个相邻零件合并而成。产品结构模块化设计可以通过对产品整体进行功能结构模块化分割设计，将复杂的产品结构简易化，不仅可以降低整机设计和装配的难度，还可以减少产品整机装配工序，提高产品功能化设计及装配的效率。与此同时在装配过程中可以对功能模块的功能及质量进行复查，减少在整机装配过程中零件返工返修等情况的存在，提高产品装配的质量。但在产品结构模块化设计中必须保持各功能模块间基准统一或重合原则，以保证各功能模块装配在整机装配过程中的合理性和装配精度。
2.零件合理化设计
零件的合理化设计是根据每个功能模块对零件装配位置、加工方法、运动方式及装配条件进行功能化、标准化、简单化及统一化设计。通过对零件在产品整体的功能分析，应秉承零件金字塔式、从下至上设计原理，即功能模块具有稳定的基座，产品结构重心尽可能低，并通过零件功能确定在设计方案中零件的所在位置，设计过程中通过对结构相似及对称的零件进行合并统一以减少零件数量。在保证零件的加工公差及装配公差的情况下对零件进行标准化和多用途设计，方便零件加工和装配过程中进行零件分类和相互替换，减少定制化零件的设计开发成本和零件质量问题。
3.零件装配及定位方式
在零件设计过程中根据零件装配位置应考虑零件的装配方向和零件间的干涉情况，保证零件的装配位置尽可能唯一，并在保证装配公差的情况下减少零件装配方向和避免零件间相互干涉，在零件最先接触位置设计导向特征和定位特征。与此同时，装配过程中采用先定位后固定的方式，以保证零件的装配位置和装配精度。
二、虚拟装配
1.基于特征的参数化三维建模
虚拟结构装配的在设计出零件的三维模型下进行的，而基于特征的参数化三维建模是通过使用计算机工程软件对所设计结构的零部件特征进行参数化设计，并得到所设计结构零部件的三维模型。将零部件的具体特征进行参数化，通过对零件的尺寸参数进行设计并添加尺寸约束直接驱动出零件的三维模型，并可以通过修改零件的几何参数便对零件尺寸及相关特征进行修改，以达到修改和优化零部件的设计目的。这种方式可以清晰表达出所设计零件的实体信息，也可以在修改其中一个参数时而不至于牵一发而动全身导致其他参数出现改变，在设计时极大的提高设计效率。与此同时，在零件加工时可以直接使用工程软件对零件三维模型进行编程加工，有效提高加工过程中零件的加工效率和加工精度。
2.强度分析
在零件三维模型建立完成后可以使用工程软件对零件进行强度分析并校核，强度分析是利用数学近似的方法通过对零件添加已知的装配物理系统,模拟真实装配情况，这种方式可以在设计上减少面向装配的设计评价的离散性，将设计的可装配性具体化，方便对零件的特征进行优化和修改。
3.模块化和由下至上的虚拟设计装配
根据功能模块组件中零件的位置关系，通对零件的各个功能模块利用三维软件装配模块将各零部件三维模型进行空间定位，使用由下向上的装配设计方法，通过添加约束条件生成各功能模块装配体，最后利用这一方法将各功能模块进行总体装配，得到产品整机装配体，在装配时可以根据装配条件和约束条件对零部件进行参数化修改及优化，这种装配方式可以对装配结构及工艺等相关特征进行全面、精确的分析，与此同时能使各零件间约束化，便于装配体的参数化，也有利于后期的工程图纸的导出。在虚拟装配过程中各零件间需设定零件装配基准和保证零件间的约束条件。
4.三维装配体模型的运动仿真技术
运动仿真是基于三维装配体模型直接对所设计结构进行运动仿真分析，这种运动仿真方法可以不使用实验测试，便可以轻松地重现装置机构的实际运动，并进行全面分析。运动仿真可以通过计算机软件通过添加运动方式和模拟所设计机构在实际情况的运动及动力特征，使设计人员可以通过设计要求和运动仿真结果，以修改设计机构的参数，从而满足设计性能要求和结构优化。
三、面向装配的设计及虚拟装配的集成化管理
引入集成化管理模式可以使面向装配的设计及虚拟装配技术间相互修正，建立设计集成化管理系统，增加两项技术间的智能化联动，提高产品设计的可装配性，具体方法如下：
1.数字化零件集成管理系统
在零件三维建模阶段，根据零件的合理化设计原则，标定三维零件材料、公差及状态等相关数据参数，建立数字化零件管理系统，其中主要包括零件数据管理及装配质量数据管理，在零件设计、加工和装配过程中，任一环节对相关零件数据修改时，都可使设计、加工及装配人员对零件状态和修改情况进行了解，有利对零件的集成管理和装配，可以提高产品开发的效率和质量。
2.设计及装配协同管理系统
设计及装配协同管理系统主要包括设计与装配的数据交换和现场协同，主要包括以下三个方面：设计及装配数据闭环管理系统、装配工艺及装配现场管理系统和装配质量检验及反馈管理系统。通过对设计及装配协同管理可以有利于企业根据装配状态进行产品结构优化和合理安排装配进度，提高产品开发的效率和质量。
四、总结
本文针对如今如何提高机械设计的“可装配性”及研发质量与效率成为当今机械研发两个重要话题，对其面向装配的设计及虚拟装配技术进行论述。提出面向装配的设计的方法、数字化虚拟装配的方法及设计与装配的集成化管理措施，在设计上尽可能满足装配性能的前提。为定制化产品设计及装配技术提供理论举措，通过对面向装配的设计及虚拟装配的集成化管理可以有效的提高装配质量和装配效率，为后期设备研发及产品装配提出理论性指导。
参考文献：
[1]李建.虚拟装配技术研究现状及其发展[J].航空制造技术，2010(3).
[2]任水平等.机械产品多质量要求下的选择装配方法[J].计算机集成制造系统，2014,20.
【作者简介】
马磊（1996.11-）男，汉族，贵州六盘水市人，大学本科学历，贵州航天风华精密设备有限公司助理工程师，主要研究方向：增材制造技术、大型设备结构研发及相关工艺研究。