烟草在线据中国烟机报道
【摘要】 本文主要研究了利用CAPP技术实现装配工艺设计方案，从而达到提高烟草机械产品装配效率和质量，降低装配工艺设计成本，完善企业制造工艺信息系统的目的。
【关键词】 烟草机械 装配工艺 CAPP设计
如何优化产品装配工艺、提高装配质量、缩短装配工作周期是烟机制造企业目前正在研究的课题。近年来，烟机制造企业相继引入了CAPP技术（CAPP，即计算机辅助工艺规划），将计算机作为工艺辅助设计的手段，使产品零件的加工工艺得到了很大提高。但如何利用计算机进行烟机产品装配工艺的设计却未得到应有的重视。为此，本文对CAPP技术在装配工艺方案设计中的应用进行了探讨。
一、适应CAPP需求的装配工艺设计原则
1．零部件的分类原则
在装配工艺设计中，零部件的分类与设计除根据设计要求划分零件、部件类外，还会根据零部件的功能将它们划分为基础件、连接件、功能件、单元、系统、总成等，而零部件的装配顺序编码正是根据其功能划分的。所有部（组）件中的基础件编码在装配工艺顺序中设定为1，然后由内向外或由下向上进行顺序编码，形成装配工艺顺序。
2.装配中的层次划分原则
烟机制造企业的产品生产方式为小批量、多批次的组织形式。因此，在编制装配工艺的过程中，通常根据产品的设计结构对产品进行分解，产品的装配步骤必须分层次、分单元进行。整机的最终成型由多层装配关系来实现，即使是最简单的整机装配也至少存在两层或两层以上的装配关系。分层次装配主要包括以下几个层次：
基础层。根据零件在部(组)件中的作用或部(组)件在整机中的作用，确认基础层装配。通常部(组)件内的箱体类零件、支撑件等为基础件，含有机身、机架、箱体类零件的部（组）件为总成或整机装配的基础层。
组件层。由零件、结合件、标准件、外购件组成的相对独立的最小设计单元。
部件层。由组件和部分零件（含结合件）、标准件、外购件组成的相对独立的设计单元。
总成层。由部件、组件和部分零件（含结合件）、标准件、外购件组成的相对独立的装配单元，该部分可以完成整机的部分功能。
总装层。将总成、部件、组件和部分零件按照技术要求装配在一起，形成最终产品。
产品装配的分层为CAPP在装配工艺方案设计中的应用创造了条件。按照装配的层次，在产品装配工艺设计方案制订初期，首先要将产品拆分为若干个装配单元。其次，为保证产品质量和功能的实现，在设计方案时还要在工艺技术文件中标明每个装配单元的工艺技术和工艺顺序要求。
3.装配中的作业顺序原则
装配工序制定原则。在装配工艺设计过程中，为了使工艺中的工序有效地指导装配作业，在工序制定时必须遵守以下三个原则：一是按产品结构及装配要求将整机逐层分解，使整机逐层分解为能够进行独立装配的单元、基础层、基础件等。二是确定同一层各组成单元及零件的装配顺序。三是确定单元内部各零件的装配顺序。
装配顺序确认原则。首先，在装配串联尺寸链零部件时，装配顺序以简单、方便为原则。在装配并联尺寸链零部件时，先装精度高的尺寸链；相同精度时，先装对多数尺寸链是公共的尺寸链组成环所在的那个尺寸链。在装配由多个尺寸链组成的尺寸环时，先从基本尺寸链开始，先公共后一般，先下后上，先内后外，先难后易，先重后轻，先精密后一般。
4.装配顺序的经济性原则
经济性原则主要包括三个方面：一是按照产品的装配层次，作业时由底层到高层进行装配。二是在装配过程中，作业难度大、要求精度高、装配时间长的先装。三是装配层次多的部件、总成先装。
二、装配工艺设计的CAPP实现
好的工艺设计方案需要以完善的工艺技术文件为指导。一般情况下，根据产品结构和设计技术要求，工艺文件可由装配系统图、装配工艺过程卡、装配零部件清单组成。
1.装配系统图的设计
各类烟草机械产品大多具有复杂的装配关系，系统图的引入可以直观地为产品装配人员表示出装配时各独立部分之间的相互关系。如最基本的组件装配系统图，它以方框中的文字标明装配作业中的构件名称，用直线表明各构件之间的装配关系，用箭头显示装配顺序，在箭头线旁以简洁的文字或通用代码注明装配要求和需要特别注意的作业方法。
2.装配工艺过程卡的编制
装配工艺过程卡是一个对重要而复杂的装配工序进行作业指导的技术文件。它详细记录了组成产品各级装配单元的装配过程，装配作业的内容、作业的顺序以及使用的设备、工装、辅助材料等。同时，装配工艺过程卡对工序分为哪些工步及各工步之间的作业顺序、每一工步的具体作业内容与相关要求以及需注意的作业顺序与方法、工序中所需的设备与工装及注意事项等进行了说明。
3.装配零部件物料清单的编制
装配零部件物料清单主要用来说明装配所需的物料种类及其数量。它可以结合装配过程卡共同指导装配作业，并配合企业MRP或ERP软件进行细化管理，通过分层次的零部件清单和汇总表进行编制。
4.装配CAPP的实现方案
（1）派生式装配CAPP方案实施的可行性分析
依据装配工艺设计方案的要求，要完成适应CAPP实现的装配工艺设计方案，必须经过以下几个步骤：剖析产品结构，分析产品性能，确定装配标准；依据技术标准制定装配技术规范；理顺产品装配层次关系，确定装配工序；生成工艺技术文件，明确各道工序装配方法。
在利用CAPP进行辅助装配工艺设计过程中，建立一个派生式的CAPP可以大量简化装配工艺设计流程，提高设计效率，减少设计过程中因人为因素造成的工艺失误。
通过对比ZJ17型与ZJ112型高速卷烟机组、ZB47型与ZB45型硬条包装机组和ZF12型与ZF12A型烟草储存输送系统等烟草机械产品的装配零部件清单，我们发现在烟草机械生产领域，同一系列的烟机产品虽然产品性能存在很大差异，但产品的组成零件中有75%以上具有相似性，由这些相似的零件组成各构件的装配关系也存在极大的相似性。因此，借用相似派生原理建立派生式装配CAPP是可行的。
（2）派生式装配CAPP的实施方案
先按照相似性原理建立起相似产品、部件、组件的装配程序库和标准、典型装配工艺方法库。在这一过程中，为输出各层次装配系统图，建立装配系统图生成模块，然后为执行数据库、图形库检索、调用、输入、修改等操作功能，建立一个易于操作的人机交互模块，最后完成装配零部件清单生成模块。
（3）主要功能模块的技术实现
资源管理模块。资源管理模块包括工艺数据库管理和工艺文件库的管理。烟草机械装配CAPP数据库可采用关系数据库管理系统SQL Server来设计。SQL Server的最大优点是利用关系模型来建立关系型数据库，库中的数据是一个以元组或记录为单位的二维表，表中的列是一个或一组元素的属性域。这种关系型数据表的数据独立性强，每个属性列有严格的定义和规范化的技术支持。记录的存储是以元组为单位，记录的增删修改也是针对一个元组，操作方便灵活，便于日后的扩充和查询等。
装配工艺设计模块。装配工艺的自动化设计是系统的核心模块，它包括装配工序信息输入、工艺资源的调用、工艺文件的设计和系统程序的运行。利用VC++进行该模块程序设计时，对烟草机械装配的每种装配典型工序与工步分别建立一个类，该类中包含描述其特征信息的所有输入变量与函数，从而建立交互工艺决策的基础，使工艺生成时系统能自动根据工艺资源库中的资源状况，调用有关数据并生成工艺路线。
5.实现装配CAPP的方法
（1）装配工艺标准化
在编制装配工艺过程中，由于一些通用机构的装配方法与要求，国家、行业已制定了标准或规范，所以可以直接应用。未制定国家与行业标准的装配方法可以根据相似性原理，把相似构件的装配内容进行统一，建立起相关标准。这样一来，就能形成相似结构的装配工艺过程卡，从而达到通用化、标准化的目的。在设计装配工艺过程中，通过频繁的调用、组成装配工艺卡片，可在很大程度上简化设计。按照自行制定的企业标准编码规则对装配过程卡片进行编码，可以很方便地在装配系统图上进行标识，使装配操作人员不但可以通过装配系统图了解各个构件的组成方式和装配的过程，还能依据系统图上的编码找到每道装配工序的工艺过程卡，从而保证其能够依据卡片的要求进行产品装配。可以说，装配工艺的标准化为装配CAPP建立起通用、标准装配工艺过程片库打下了基础。
（2）利用CAD技术辅助工艺设计
随着CAPP技术的不断成熟与发展，其在零件的加工领域的应用已非常广泛。产品零件的设计与制造离不开利用PRO/E、I-DEAS等构图软件建立零件的三维模型，而这类三维构图软件也大多具有模拟装配的功能。
在产品的装配工艺设计方案中，充分利用企业系统中的CAD资源进行模拟装配可以直观地检验工艺设计方案的合理性与可操作性。产品整机模型的搭建过程其实也是产品结构的装配工艺设计的第一手资料。
进行装配工艺方案设计时，大量的图形绘制必不可少。因此，企业内部相关产品的图形资料与产品的CAD系统文档便成为充分借用的资源。建立企业内部的电子图形库查用于所有电子技术文档的管理，可以利用“产品树”的形式非常方便地查阅和调用有价值的信息，利用相似性原理来派生出新产品的装配系统图。
装配工艺设计方案的CAPP实现，完成了建立完善的企业制造工艺信息系统的重要一环。通过应用，它不仅大大提高了烟草机械工艺设计效率，降低了装配工艺设计成本，而且在烟草机械制造时可以将CAPP的全面应用作为基础，通过其与CAD、PDM、ERP的集成和资源共享，建立起工艺设计与管理一体化的制造工艺信息系统。
【作者简介】王勇攀，现任职于常德烟草机械有限责任公司，主要从事烟草机械的装配工艺设计和开发工作。
