煙草在線據中國煙機報道
【摘要】 本文主要研究了利用CAPP技術實現裝配工藝設計方案，從而達到提高煙草機械產品裝配效率和質量，降低裝配工藝設計成本，完善企業制造工藝信息系統的目的。
【關鍵詞】 煙草機械 裝配工藝 CAPP設計
如何優化產品裝配工藝、提高裝配質量、縮短裝配工作周期是煙機制造企業目前正在研究的課題。近年來，煙機制造企業相繼引入了CAPP技術（CAPP，即計算機輔助工藝規劃），將計算機作為工藝輔助設計的手段，使產品零件的加工工藝得到了很大提高。但如何利用計算機進行煙機產品裝配工藝的設計卻未得到應有的重視。為此，本文對CAPP技術在裝配工藝方案設計中的應用進行了探討。
一、適應CAPP需求的裝配工藝設計原則
1．零部件的分類原則
在裝配工藝設計中，零部件的分類與設計除根據設計要求劃分零件、部件類外，還會根據零部件的功能將它們劃分為基礎件、連接件、功能件、單元、系統、總成等，而零部件的裝配順序編碼正是根據其功能劃分的。所有部（組）件中的基礎件編碼在裝配工藝順序中設定為1，然后由內向外或由下向上進行順序編碼，形成裝配工藝順序。
2.裝配中的層次劃分原則
煙機制造企業的產品生產方式為小批量、多批次的組織形式。因此，在編制裝配工藝的過程中，通常根據產品的設計結構對產品進行分解，產品的裝配步驟必須分層次、分單元進行。整機的最終成型由多層裝配關系來實現，即使是最簡單的整機裝配也至少存在兩層或兩層以上的裝配關系。分層次裝配主要包括以下幾個層次：
基礎層。根據零件在部(組)件中的作用或部(組)件在整機中的作用，確認基礎層裝配。通常部(組)件內的箱體類零件、支撐件等為基礎件，含有機身、機架、箱體類零件的部（組）件為總成或整機裝配的基礎層。
組件層。由零件、結合件、標準件、外購件組成的相對獨立的最小設計單元。
部件層。由組件和部分零件（含結合件）、標準件、外購件組成的相對獨立的設計單元。
總成層。由部件、組件和部分零件（含結合件）、標準件、外購件組成的相對獨立的裝配單元，該部分可以完成整機的部分功能。
總裝層。將總成、部件、組件和部分零件按照技術要求裝配在一起，形成最終產品。
產品裝配的分層為CAPP在裝配工藝方案設計中的應用創造了條件。按照裝配的層次，在產品裝配工藝設計方案制訂初期，首先要將產品拆分為若干個裝配單元。其次，為保證產品質量和功能的實現，在設計方案時還要在工藝技術文件中標明每個裝配單元的工藝技術和工藝順序要求。
3.裝配中的作業順序原則
裝配工序制定原則。在裝配工藝設計過程中，為了使工藝中的工序有效地指導裝配作業，在工序制定時必須遵守以下三個原則：一是按產品結構及裝配要求將整機逐層分解，使整機逐層分解為能夠進行獨立裝配的單元、基礎層、基礎件等。二是確定同一層各組成單元及零件的裝配順序。三是確定單元內部各零件的裝配順序。
裝配順序確認原則。首先，在裝配串聯尺寸鏈零部件時，裝配順序以簡單、方便為原則。在裝配并聯尺寸鏈零部件時，先裝精度高的尺寸鏈；相同精度時，先裝對多數尺寸鏈是公共的尺寸鏈組成環所在的那個尺寸鏈。在裝配由多個尺寸鏈組成的尺寸環時，先從基本尺寸鏈開始，先公共后一般，先下后上，先內后外，先難后易，先重后輕，先精密后一般。
4.裝配順序的經濟性原則
經濟性原則主要包括三個方面：一是按照產品的裝配層次，作業時由底層到高層進行裝配。二是在裝配過程中，作業難度大、要求精度高、裝配時間長的先裝。三是裝配層次多的部件、總成先裝。
二、裝配工藝設計的CAPP實現
好的工藝設計方案需要以完善的工藝技術文件為指導。一般情況下，根據產品結構和設計技術要求，工藝文件可由裝配系統圖、裝配工藝過程卡、裝配零部件清單組成。
1.裝配系統圖的設計
各類煙草機械產品大多具有復雜的裝配關系，系統圖的引入可以直觀地為產品裝配人員表示出裝配時各獨立部分之間的相互關系。如最基本的組件裝配系統圖，它以方框中的文字標明裝配作業中的構件名稱，用直線表明各構件之間的裝配關系，用箭頭顯示裝配順序，在箭頭線旁以簡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方法。
2.裝配工藝過程卡的編制
裝配工藝過程卡是一個對重要而復雜的裝配工序進行作業指導的技術文件。它詳細記錄了組成產品各級裝配單元的裝配過程，裝配作業的內容、作業的順序以及使用的設備、工裝、輔助材料等。同時，裝配工藝過程卡對工序分為哪些工步及各工步之間的作業順序、每一工步的具體作業內容與相關要求以及需注意的作業順序與方法、工序中所需的設備與工裝及注意事項等進行了說明。
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量。它可以結合裝配過程卡共同指導裝配作業，并配合企業MRP或ERP軟件進行細化管理，通過分層次的零部件清單和匯總表進行編制。
4.裝配CAPP的實現方案
（1）派生式裝配CAPP方案實施的可行性分析
依據裝配工藝設計方案的要求，要完成適應CAPP實現的裝配工藝設計方案，必須經過以下幾個步驟：剖析產品結構，分析產品性能，確定裝配標準；依據技術標準制定裝配技術規范；理順產品裝配層次關系，確定裝配工序；生成工藝技術文件，明確各道工序裝配方法。
在利用CAPP進行輔助裝配工藝設計過程中，建立一個派生式的CAPP可以大量簡化裝配工藝設計流程，提高設計效率，減少設計過程中因人為因素造成的工藝失誤。
通過對比ZJ17型與ZJ112型高速卷煙機組、ZB47型與ZB45型硬條包裝機組和ZF12型與ZF12A型煙草儲存輸送系統等煙草機械產品的裝配零部件清單，我們發現在煙草機械生產領域，同一系列的煙機產品雖然產品性能存在很大差異，但產品的組成零件中有75%以上具有相似性，由這些相似的零件組成各構件的裝配關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的實施方案
先按照相似性原理建立起相似產品、部件、組件的裝配程序庫和標準、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圖，建立裝配系統圖生成模塊，然后為執行數據庫、圖形庫檢索、調用、輸入、修改等操作功能，建立一個易于操作的人機交互模塊，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實現
資源管理模塊。資源管理模塊包括工藝數據庫管理和工藝文件庫的管理。煙草機械裝配CAPP數據庫可采用關系數據庫管理系統SQL Server來設計。SQL Server的最大優點是利用關系模型來建立關系型數據庫，庫中的數據是一個以元組或記錄為單位的二維表，表中的列是一個或一組元素的屬性域。這種關系型數據表的數據獨立性強，每個屬性列有嚴格的定義和規范化的技術支持。記錄的存儲是以元組為單位，記錄的增刪修改也是針對一個元組，操作方便靈活，便于日后的擴充和查詢等。
裝配工藝設計模塊。裝配工藝的自動化設計是系統的核心模塊，它包括裝配工序信息輸入、工藝資源的調用、工藝文件的設計和系統程序的運行。利用VC++進行該模塊程序設計時，對煙草機械裝配的每種裝配典型工序與工步分別建立一個類，該類中包含描述其特征信息的所有輸入變量與函數，從而建立交互工藝決策的基礎，使工藝生成時系統能自動根據工藝資源庫中的資源狀況，調用有關數據并生成工藝路線。
5.實現裝配CAPP的方法
（1）裝配工藝標準化
在編制裝配工藝過程中，由于一些通用機構的裝配方法與要求，國家、行業已制定了標準或規范，所以可以直接應用。未制定國家與行業標準的裝配方法可以根據相似性原理，把相似構件的裝配內容進行統一，建立起相關標準。這樣一來，就能形成相似結構的裝配工藝過程卡，從而達到通用化、標準化的目的。在設計裝配工藝過程中，通過頻繁的調用、組成裝配工藝卡片，可在很大程度上簡化設計。按照自行制定的企業標準編碼規則對裝配過程卡片進行編碼，可以很方便地在裝配系統圖上進行標識，使裝配操作人員不但可以通過裝配系統圖了解各個構件的組成方式和裝配的過程，還能依據系統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卡片的要求進行產品裝配。可以說，裝配工藝的標準化為裝配CAPP建立起通用、標準裝配工藝過程片庫打下了基礎。
（2）利用CAD技術輔助工藝設計
隨著CAPP技術的不斷成熟與發展，其在零件的加工領域的應用已非常廣泛。產品零件的設計與制造離不開利用PRO/E、I-DEAS等構圖軟件建立零件的三維模型，而這類三維構圖軟件也大多具有模擬裝配的功能。
在產品的裝配工藝設計方案中，充分利用企業系統中的CAD資源進行模擬裝配可以直觀地檢驗工藝設計方案的合理性與可操作性。產品整機模型的搭建過程其實也是產品結構的裝配工藝設計的第一手資料。
進行裝配工藝方案設計時，大量的圖形繪制必不可少。因此，企業內部相關產品的圖形資料與產品的CAD系統文檔便成為充分借用的資源。建立企業內部的電子圖形庫查用于所有電子技術文檔的管理，可以利用“產品樹”的形式非常方便地查閱和調用有價值的信息，利用相似性原理來派生出新產品的裝配系統圖。
裝配工藝設計方案的CAPP實現，完成了建立完善的企業制造工藝信息系統的重要一環。通過應用，它不僅大大提高了煙草機械工藝設計效率，降低了裝配工藝設計成本，而且在煙草機械制造時可以將CAPP的全面應用作為基礎，通過其與CAD、PDM、ERP的集成和資源共享，建立起工藝設計與管理一體化的制造工藝信息系統。
【作者簡介】王勇攀，現任職于常德煙草機械有限責任公司，主要從事煙草機械的裝配工藝設計和開發工作。
