工裝設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)分析

夏 青 張建雄 寧 棟

(西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安 710075)

1 工裝設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的現(xiàn)狀

我國的工裝設(shè)計(jì)往往是針對(duì)一些結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的產(chǎn)品，因?yàn)檫@些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品對(duì)質(zhì)量的要求較高，必須要有工裝設(shè)計(jì)加以保障。比如軍事、航空等領(lǐng)域的機(jī)械零件往往需要工裝設(shè)計(jì)來進(jìn)行優(yōu)化。從另一個(gè)角度來說，我國工裝設(shè)計(jì)技術(shù)的不完善也在一定程度上限制了軍事和航空等領(lǐng)域的長(zhǎng)足發(fā)展。工裝大體上分為剛性和柔性2個(gè)部分，剛性工裝相比于柔性工裝來說生產(chǎn)規(guī)模較小，而柔性工裝的生產(chǎn)周期較短，并且適用范圍較廣，因此當(dāng)前柔性工裝成為熱點(diǎn)的技術(shù)之一。由于我國和西方國家在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域還存在著一定的差距，當(dāng)前我國的工裝大多數(shù)采用剛性工裝，而西方大多數(shù)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(gè)方面來說，隨著社會(huì)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，工裝技術(shù)也逐漸出現(xiàn)了數(shù)字化和智能化的傾向。日本美國的發(fā)達(dá)國家工裝設(shè)計(jì)往往采用智能化的技術(shù)，為工裝設(shè)計(jì)行業(yè)贏得了更多的資源和平臺(tái)的支持[1]。同時(shí)，由于工裝技術(shù)在航空領(lǐng)域的出色表現(xiàn)，英國波音飛機(jī)的制造也大多數(shù)采用了智能化工程技術(shù)。隨著我國改革開放進(jìn)程的加快和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步，我國對(duì)柔性工裝和智能化工裝技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)和調(diào)整，采用校企聯(lián)合的模式，在工裝數(shù)字化發(fā)展領(lǐng)域相互配合，極大地促進(jìn)了我國工裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域的發(fā)展，對(duì)以往工裝設(shè)計(jì)的弊端和弱點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。技術(shù)的進(jìn)步也使得工裝設(shè)計(jì)在越來越多的領(lǐng)域發(fā)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(fā)展的速度和效率有待提高。

2 工裝設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 工裝設(shè)計(jì)往模塊化和系統(tǒng)化方向發(fā)展

當(dāng)前我國的工裝設(shè)計(jì)主要采用柔性工裝為主要模式，在柔性工裝的未來展望當(dāng)中，其主要朝著系統(tǒng)化和模塊化的方向發(fā)展。柔性工裝本身是有多個(gè)系統(tǒng)和模塊組成的，每一個(gè)系統(tǒng)和部分都發(fā)揮著各自的功能，因此未來工裝的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)也是柔性工裝的重要技術(shù)轉(zhuǎn)折，這一工程的系統(tǒng)化和模塊化的主要目的是為了減少傳統(tǒng)工裝技術(shù)當(dāng)中繁瑣的碎片化制造技術(shù)，為柔性工裝的批量生產(chǎn)和自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備提供參照的模板，從而降低工裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域的制造成本，縮短工裝設(shè)計(jì)的時(shí)間，提高工作效率。當(dāng)工裝以系統(tǒng)化和模塊化的形式批量生產(chǎn)時(shí)，便可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)的制造技術(shù)當(dāng)中對(duì)專用裝配零件的需求，從而擴(kuò)大工程設(shè)計(jì)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(yùn)轉(zhuǎn)。筆者認(rèn)為，為了實(shí)現(xiàn)以上的優(yōu)勢(shì)，工裝設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)注意進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化零件的制作，將工裝的模板和系統(tǒng)擴(kuò)大覆蓋范圍，制造相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)件，建立完善的搜索系統(tǒng)，當(dāng)制造具有專門試用性的工裝配件時(shí)，只需要使用搜索引擎便可以輕松地將工裝的制定模板調(diào)出，大大節(jié)約了工裝設(shè)計(jì)的工作周期，縮短了工作時(shí)間[2]。隨著信息化技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，數(shù)據(jù)資源信息庫將會(huì)越來越完善。工作人員只要事先設(shè)計(jì)好工裝零件的相關(guān)參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，便可以迅速地投入生產(chǎn)，使整個(gè)工裝設(shè)計(jì)的過程得到精簡(jiǎn)和提速。同時(shí)，工裝優(yōu)化還應(yīng)當(dāng)重視縮短工裝的設(shè)計(jì)時(shí)間，提高周期效率，節(jié)約成本，減少研制工裝所耗費(fèi)的資源，這就說明工裝設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)采取標(biāo)準(zhǔn)件的方式去完成。在當(dāng)前，我國工裝設(shè)計(jì)在覆蓋面上還是有一些欠缺，導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)件無法在大范圍內(nèi)進(jìn)行推廣[3]。若要提高標(biāo)準(zhǔn)件的適用范圍，則必須要建立新的工裝使用標(biāo)準(zhǔn)。在工裝標(biāo)準(zhǔn)件的制造過程當(dāng)中，應(yīng)當(dāng)對(duì)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行引用和制定，設(shè)計(jì)工裝標(biāo)準(zhǔn)件可以采用引用的方式，加速工裝設(shè)計(jì)的速度，使工裝的設(shè)計(jì)時(shí)間縮短，效率加快。在工裝設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程當(dāng)中，設(shè)計(jì)人員要特別注意對(duì)數(shù)據(jù)庫資源的運(yùn)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(shè)計(jì)往網(wǎng)絡(luò)化和智能化方向發(fā)展

由于信息技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，當(dāng)前我國已經(jīng)進(jìn)入信息化時(shí)代。在當(dāng)前的時(shí)代背景下，我國工裝設(shè)計(jì)未來發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)當(dāng)朝著網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展。典型的代表就是機(jī)器人的使用，機(jī)器人代替人類進(jìn)行部分的工作并取得了顯著成效，隨著機(jī)器人在工裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域的廣泛運(yùn)用，工裝在完成系統(tǒng)化和模塊化的調(diào)整之后緊接著就會(huì)往網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向前進(jìn)。其中3D技術(shù)和三維打印技術(shù)的發(fā)展，使得工裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域越來越離不開計(jì)算機(jī)的遙控和輔助，智能化的技術(shù)可以完美地將工裝設(shè)計(jì)應(yīng)用在航空和軍事等領(lǐng)域，協(xié)調(diào)各種不同的組裝配件進(jìn)行數(shù)字化的生產(chǎn)和加工。對(duì)于工裝制造當(dāng)中所需要的參數(shù)，可以直接用計(jì)算機(jī)的搜索功能進(jìn)行提取，人工智能和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展大大提高了工裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域的工作效率，減輕了工人的工作強(qiáng)度。因此，目前我國正在大力推動(dòng)工裝設(shè)計(jì)朝著智能化的方向發(fā)展。另一方面，數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的運(yùn)用也具有非常廣闊的發(fā)展前景。例如CAD技術(shù)和CATIA技術(shù)，他們都是借助三維計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)來對(duì)工裝設(shè)計(jì)的軟件進(jìn)行編程和掌控，因此以上技術(shù)在大型制造設(shè)備當(dāng)中都可以得到明確地運(yùn)用，發(fā)揮自身的價(jià)值[4]。例如，數(shù)字化的制造技術(shù)被利用在飛機(jī)的工裝制造當(dāng)中，就有利于新型機(jī)器的研發(fā)和設(shè)計(jì)，使飛機(jī)的研究成本大大下降。對(duì)于工裝零件的制造，數(shù)字化的制造技術(shù)也可以對(duì)各個(gè)組成部件之間的關(guān)系進(jìn)行協(xié)調(diào)，從而使組合件的標(biāo)準(zhǔn)件可以直接利用數(shù)控技術(shù)對(duì)工裝進(jìn)行加工。在工裝數(shù)控加工的過程當(dāng)中，可以利用信息技術(shù)建立工裝數(shù)據(jù)庫，在庫中提取所需要的加工數(shù)據(jù)，使用這種技術(shù)可以使工裝制造和設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確率提高，全面提升加工效率，使工裝設(shè)計(jì)優(yōu)化的時(shí)間被縮短。以波音747飛機(jī)為例，它的設(shè)計(jì)和裝配技術(shù)就使用了數(shù)字化的制造科技，使得其制造的時(shí)間、生產(chǎn)周期和研發(fā)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(chǎn)的周期，使用了數(shù)字化的技術(shù)，對(duì)局域網(wǎng)和機(jī)床進(jìn)行交流，打造開放化的數(shù)控系統(tǒng)，對(duì)工裝設(shè)計(jì)的數(shù)控程序進(jìn)行編輯。

3 結(jié)語

綜上所述，我國工裝設(shè)計(jì)優(yōu)化技術(shù)應(yīng)當(dāng)認(rèn)清現(xiàn)狀，并采取多種方式進(jìn)行技術(shù)的更新和進(jìn)步，明確未來的發(fā)展方向。