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简述产品装配技术的发展、关键技术和未来趋势

装配是产品研制过程中的关键环节,将零件按规定技术要求组装起来,并经过调试、检验使之成为合格产品。

2021

Oct.5

据统计,在现代化制造过程中,装配工作量占整个产品研制工作量的20%~70%,装配时间占整个制造时间的40%~60%。产品的可装配性和装配质量不仅直接影响产品性能,对提高装配生产效率和装配质量也有重要的工程意义。

产品装配技术已经成为工业生产中的重要组成部分,本期欧时课堂将从产品装配技术的发展、关键技术和未来趋势三个方面进行全面解析。

产品装配技术的发展

机械工业发展初期

工厂还处于单件生产方式时,工人在设计、机械加工和装配方面都有高度的技艺,这时工人绝大多数都通晓设计的原理,并且谙熟所用的材料性能,是技巧娴熟的工匠。

第一次世界大战后

大批量生产的出现,促使分工思想大量应用,一批新的专业人员产生。这种专业分工不仅在车间里进行,在工程部门里也进行了分工,比如:将工人分为机器操作工人、质检工人等;工程师分为结构设计工程师、工艺工程师等;工程师中再进行细分,有的负责发动机设计,有的负责车身设计,有的负责电气系统设计等。

伴随着大规模生产方式的发展,装配也逐渐形成了装配车间管理工程师、装配工艺设计工程师、装配质量检验工程师、车间装配操作工人等人员分工,也形成了以产品装配技术为主要研究方向的学术和工程团队,有力地推动了装配技术的发展。

产品装配的关键技术

在产品装配技术方面,国内外学者取得了一系列研究成果,下面分别从面向装配的设计、数字化装配、装配连接工艺、装配工艺装备、装配测量与检测、装配MES等六个方面,对相关成果的研究现状进行分析。

面向装配的设计

面向装配的设计(Design for assembly,DFA)主要以产品结构设计为出发点,通过考虑其产品零部件的可装配性、装配成本和时间、装配顺序和路径等相关问题,并通过提供一系列有关装配设计的分析评价准则和方法,帮助设计人员对产品可装配性进行全面分析。

一方面为产品设计提供合理的修改意见,另一方面为制定产品的装配工艺规程提供指导性的装配序列和装配路径等工艺参数。

数字化装配技术

计算机和数字化技术的出现极大地促进了装配技术的快速发展。数字化装配是产品装配技术与计算机技术、网络技术和管理科学,交叉、融合、发展及应用的结果,数字化技术与传统装配技术的结合即数字化装配技术:

基于产品数字样机,开展产品协调方案设计及可装配性分析,并对装配顺序、装配路径以及装配精度等进行规划、仿真和优化,从而达到有效提高产品装配质量和效率的目的。

装配连接工艺

在产品装配中需要广泛地使用各种连接方式将分离的零部件连接到一起,最为常用的连接方式包括螺纹连接、焊接、铆接以及黏胶连接等。

螺纹连接是机械产品中应用最广泛的连接方式之一,可以获得很大的连接力,便于重复拆装,具有互换性、易于大批量生产、造价低等优点;铆接工艺因为成型简单、成本低廉、连接强度稳定、抗高温、耐腐蚀等优点,被广泛应用于航空、航天、纺织、汽车及船舶等领域。

装配工艺装备

装配工艺装备的设计过程,与待装配的产品结构、装配工艺和检测技术等密切相关,产品结构及工艺的差异性使装配工艺装备成为一种特殊的机械。

未来装配工艺装备正向高可靠性、自动化、柔性化、智能化、应用集成化等方向发展;同时装配工艺复杂性、结构及工艺参数不确定性等也要求装配工艺装备在研制过程中,实现与工艺、检测技术的系统集成。

装配测量与检测

按照测量对象的不同,装配测量与检测技术主要分为三类:①几何量的测量,即产品形状及位置的测量;②物理量的检测,即装配力、变形量、残余应力、质量特性等检测;③状态量的检验,包括产品装配状态、干涉情况、密封性能等的检验。

上述检测对象涉及的测量与检测的方法及工具各异,需要根据具体情况进行合理的选择。

装配MES技术

制造执行系统(Manufacturing execution system,MES)是近年来迅速发展的、面向车间执行层的生产信息化管理系统。

装配MES技术,通常包含装配车间作业计划编制、装配质量分析、装配成本控制、物料动态跟踪与管理、车间设备能力管理等功能,装配MES技术可以有效提高装配车间的生产效率,并保障产品装配质量。

未来发展趋势

目前我国产品生产中的装配管理落后,自动化水平低下,只有部分汽车、电子等工业实现了自动化装配。在航空、航天、军事、船舶、数控机床、工程机械等行业的大部分产品都是以经验指导的手工装配操作为主,装配工艺参数主要凭借经验和感觉调整,装调水平主要取决于工人的经验和技能,导致产品装配质量参差不齐。

随着我国制造业向智能制造等高端制造的转型升级,产品的装配技术也需要逐步实现从手工/经验装配向自动化/智能化装配方向的转变,未来产品装配技术的发展趋势主要是集成化、精密化、微/纳化和智能化等。

编辑:jq

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