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1、面向制造与装配的设计 课程设计基于DFMA的飞机装配系统优化设计学 院：班 级：姓 名：时 间：目 录（一）综述报告3综述报告4综述报告9综述报告12综述报告16（二）优化设计21一、现有飞机装配系统22（1）装配系统组成22（2）装配系统工作流程24（2）调资系统工作原理24（4）装配系统特点25二、方案设计25（1）现有方案的不足25（2）基于DFMA的改进与设计261)立柱262)X向基座283)Y向基座284)Y向工作台29（3）整体设计效果30三、设计方案展望31（1）基于机械臂的姿态调整系统31（2）基于六自由度推杆电机组的姿态调整系统31四、小组成员分工31参考文献31（一）综述
2、报告综述报告DFMA与飞机数字化装配的综述报告一、面向装配和制造的设计(DFMA)1.1 含义面向装配和制造的产品设计，即Design for manufacture and Assembly(DFMA)，是竞争日趋激烈的工业生产中演化出来的一种高效的产品开发模式。DFMA又称为DFX，涉及产品开发的全生命周期，包括：DFA（Design for Assembly，面向装配的设计）、DFM（Design for Manufacture，面向制造的设计）、DFT（Design for Testing，面向测试的设计）、DFS（Design for Service，面向维护的设计）、DFE（Des
3、ign for Environment，面向环境的设计）、DFD（Design for Discarding，面向报废的设计）1、DFC（Design for Cost，面向成本的设计）2等。DFMA旨在缩短产品的研发周期、降低产品研发及生产成本、提高产品综合质量，以保证企业具有较高的竞争力。实施DFMA的基本思想是通过减少零件数量、简化产品结构，实现减少单个零件的加工时间和总的装配时间，从而减少整个制造成本的目的3。同时，在设计的过程中充分考虑了产品制造、装配、测试的需求，“第一次就把事情做对”，从而缩短了研发周期，提高了产品的质量。1.2 国内外现状1.2.1 DFMA在国外的应用DFMA
4、是并行工程（Concurrent Engineering, CE）的重要组成部分。1982年美国国防高级研究项目局（DARPA）开始研究如何在产品设计过程中提高各活动之间的并行度的方法；1986年美国国防部防御分析研究所（IDA）发表了非常著名的R-338报告提出了并行工程的概念1。故国外（欧美等主要发达国家）对DFMA的研究早于国内，其接受度也高于国内。据BDI公司对超过100家采用DMFS技术的公司的统计，采用DFMA技术可以帮助企业平均减少装配时间13%，缩短加工周期17%，减少零件数量和相关成本9%，实现在质量和可靠性方面的改进22%，缩短上市周期39%4。以航空工业为例，许多欧美大型
5、航空企业已应用了多年的DFMA技术，并取得了显著效果4：洛克希德马丁公司F-35的研制中，并采用了工程与制造同步驱动的DFMA的设计模式，最终实现了将零件数量减少50%，加工时间减少95%，制造成本降低50%；波音公司通过采用DFMA的设计策略，以焊接工艺替代了原来的铆接和连接方法，不仅减少了大量孔加工的大型设备，同时还提高产品质量约20%以上；在麦道Northrop B-2轰炸机的研制中大量采用该技术，降低设计和制造因返工、废品和缺陷的故障率60%，缩短研制周期50以上；在AH64D 阿帕奇直升机研制中采用DMFA软件使飞行仪表板的设计零件数从74 减少到9，加工时间由305h减少到20h，
6、装配/安装时间从149/153h 缩短到8/153h，减少总成本74%。1.2.2 DFMA在国内的应用DFMA自引入我国以来，现在正处于研究和推广阶段，由于“设计水平和制造能力的不足制约了对设计的持续改进能力，产品制造周期与制造成本等在设计中还未得到足够的重视，缺乏有效的手段和方法难以保证DFMA分析的准确和科学” 4等原因，还未发挥出与国外同类型企业系统化应用所带来的巨大优势。1.3 核心内容分析以DFA为例DFA，即面向装配的产品设计，是指在产品设计阶段使得产品具有良好的可装配性，确保装配工序简单、装配效率高、装配质量高、装配不良率低和装配成本低5。DFA的核心应当是尽可能地减少零件数量
7、。因为零件数量减少，最直接的结果是装配工序减少，装配时间减少；同时，由于待装配的零件减少，装配尺寸链变少、变简单，即可减少装配过程中调整的时间。所以能够节约装配成本，提高生产效率，提高产品质量。在减少零件的基础上，通过简化零件设计，减少紧固件等一系列优化设计，进一步节省装配时间。二、飞机数字化装配2.1 含义飞机数字化装配，即针对现代军、民用飞机体系结构的特点，综合应用产品数字化定义，基于数字化标准的协调技术、数字化模拟仿真技术、数字化测量技术、软件技术、自动化控制和机械随动定位等先进技术，形成飞机无型架定位数字化装配集成系统，实现机体主要结构的无型架定位数字化装配及部件数字化对接总装配工作，
8、实现装配过程中定位、调整、夹紧等工作的数字化控制6。飞机的数字化装配技术包括四个部分，即建模仿真、在线测量、运动控制、装配执行。建模仿真，即制作数字化样机，是运动控制的基础参照；在线测量，即实时测量待装配部件的位置信息和执行机构的位置信息，常用的数字化测量设备有：激光跟踪仪、室内GPS、测量照相仪、全站仪、电子经纬仪7；运动控制，即根据装配要求和在线测量的反馈信息控制执行机构运动和进行装配操作；装配执行，即进行装配操作，如铆钉、焊接、上螺栓等。2.2 国内外现状2.2.1 飞机数字化装配在国外的应用20世纪80年代后期以来，随着CAD/CAM、计算机信息和网络技术的发展，以美国为首的西方发达国
9、家开始研究并首先采用飞机产品数字化设计制造技术8。飞机数字化装配是其中的重要组成部分，也首先在美国等国家中出现并发展起来。近十余年来，无论是Boeing还是Airbus，在部件对接装配方面已广泛应用数字化装配技术910。以B777、B787、A340、A380、C-17为代表的新型大型军民用飞机集中反映了大型飞机先进装配技术的现状和发展趋势，体现在采用基于单一产品数据源的数字量尺寸协调体系，实施数字化尺寸工程技术，通过装配仿真和虚拟现实技术等虚拟制造技术实现装配过程优化，应用柔性模块化的工装技术、加工和检测单元并集成应用为一系列的自动化装配系统进行机体结构的自动化装配1112，从而在飞机的装配
10、过程中，减少了人工人力投入，大大提高了装配效率和装配质量，延长了飞机的寿命，并有效降低了成本。2.2.2 飞机数字化装配在国内的应用由于历史原因，我国航空工业较国外起步晚。且在发展航空工业时，主要进行封闭式的军用飞机的研制和生产，难以与国际上大型的飞机制造公司进行先进装配技术的交流。现阶段，对于飞机数字化装配技术，我国仍处于引进、吸收、学习、研究探索阶段，在飞机装配过程中自动化程度较低，还处于“能不能做出来”而非“能不能做得更好”的阶段。我国的飞机装配技术和组织管理方式，虽然在局部上采用了较先进的技术，如利用激光跟踪仪或计算机辅助经纬仪(Computer Aided Theodolite，CA
11、T)技术安装型架，少数采用了自动钻铆技术，简化了装配型架结构13。但与发达国家相比，在技术研究、资金投入、应用规模、制造模式、信息一体化、技术突破等方面还存在较大差距。三、结课总结3.1 心得体会在以往的机械类课程的学习中，诸如机械设计基础、机械工程材料、装备与制造技术基础等课程，也会零星地涉及到装配工艺性和制造工艺性的讲述。以及在我参加机械创新设计大赛，设计本组作品零件时，也会不断地考虑“能不能做出来”“是否容易做出来”诸如此类的问题。而通过本门课程的学习，更加系统地了解了DFMA的设计思想和典型的DFMA设计方法。结合本门课程的学习和机械创新设计大赛的实践经验，我想，DFMA的设计方法是一
12、种提高效率、降低成本的方法。有时候仅需图纸的不太大的变动，就能将工人师傅的“做不出来”变成“做得出来”；将“需要很多时间，很多工序，多种机床”才能做出来，变成“较短时间，较容易”得做出来。例如将截面为U型的钣金件的凸起部分高度降低，或者将底部加宽，即可将一次折弯、一次焊接的工序变成两次折弯成型。而有时候，面向装配的设计和面向制造的设计是一对儿矛盾。将零件简化，将复杂架构拆分，是非常有利于提高单件生产效率的，但大大增加了装配的工作了；反之，当零件数量大大减少，装配工作量也随之减少，但制造的工序就相应增加。而这需要设计人员根据实际需求进行权衡。例如我在设计零件时，考虑到工程坊的皆为通用机床，且机床
13、种类较少，功能较单一；另一方面我们的作品属于单件小批量生产，不会出现大量装配工作。所以在设计零件时侧重于面向制造的设计，使之更易加工成型。3.2 课程建议本课程最大的意义在于将DFMA思想应用到实际的产品设计和开发中，所以课程的考核方式采用大作业形式而未采取简单的闭卷考试的形式是符合课程思想内涵和同学们的诉求的。本门课程的大作业是改进飞机装配系统这一功能形态相对确定、改进内容相对局限的产品。所以我建议本门课程在考核时，可以改变或增加大作业内容，要求学生独立设计一款机构相对简单的机械产品。设计方向自选或由教师指定范围，这样一方面“从零开始的设计”，不受现有机构影响，综合考擦学生的设计能力和DFM
14、A运用能力；另一方面增加任务的多样性和自主性，以增进作业的趣味性同时减少学生“拷贝”他人作业的可能性。我认为动手操作比单纯听讲更有效，长期的动手操作比集中、短期的动手操作更有效；所以，在运用以上内容的情况下，在形式上将“大作业”改为“小作业”，根据每章节的内容，分布在每个阶段布置一次设计任务，而取消最终的大作业设计。参考文献1 詹友刚，王峰. DMFA面向制造与装配的设计并行工程的核心技术. 软件世界. 2001(06)2 曾庆良，万丽荣，熊光楞，方佳雨. 面向装配、制造与成本的产品设计. 煤炭学报. 2000,25(6)3 张兴华，张向萍. 面向制造和装配的设计在产品开发中的应用. 甘肃科技
15、. 2011,27(6)4 张旭. DFMA技术在航空工业中的应用. 航空制造技术. 2012(06)5 钟元. 面向制造和装配的产品设计指南. 机械工业出版社. 2011.46 周养萍，亓江文. 飞机部件数字化装配技术研究现状与思考. 机械制造. 2013,51(8)7 邹爱丽，王亮，李东升，张俐，郭洪杰. 数字化测量技术及系统在飞机装配中的应用. 航空制造技术. 2011(21)8 李薇. 数字化技术在飞机装配中的应用研究. 航空制造技术. 2004(8)9 于勇，陶剑，范玉青. 波音787飞机装配技术及其装配过程. 2009(10)10 范平，范玉青. 突破技术趋同，波音再现竞争优势对大型飞机研制技术的战略性分析. 2008(03)11 任晓华. 新型飞机自动化装配技术. 航空制造技术. 2005(12)李薇. 数字化技术在飞机装配中的应用研究. 航空制造技术. 2004(08)12 范玉青. 现代飞机制造技术. 北京:北京航空航天大学出版. 200113 李雷，崔钢，陈桂琴. 飞机数字化装配技术的研究. 电脑
