產(chǎn)品裝配技術(shù)的研究現(xiàn)狀、技術(shù)內(nèi)涵及發(fā)展趨勢

產(chǎn)品裝配技術(shù)的爭論現(xiàn)狀、技術(shù)內(nèi)涵及進(jìn)展趨勢本文在總結(jié)國內(nèi)外產(chǎn)品裝配技術(shù)的爭論現(xiàn)狀根底上，闡述了其分類和內(nèi)涵，建立了產(chǎn)品裝配技術(shù)的爭論體系框架，并對其面對裝配的設(shè)計、裝配工藝設(shè)計與仿真、裝配工藝裝備、裝配測量與檢測、裝配車間治理等主要爭論方向進(jìn)展了論述，最終指出了將來產(chǎn)品裝配技術(shù)的集成化、周密化、微/納化和智能化的進(jìn)展趨勢。前言裝配是產(chǎn)品研制過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其將零件按規(guī)定的技術(shù)要求組裝起來，并經(jīng)過調(diào)試、檢驗使之成為合格產(chǎn)品。據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代制造中裝配工作量占整個產(chǎn)品研制工作量的 20%~70%，平均為 45%，裝配時間占整個制造時間的40%~60%。產(chǎn)品的可裝配性和裝配質(zhì)量不僅直接影響著產(chǎn)品性能，而且裝配通常占用的手工勞動量大、費用高且屬于產(chǎn)品生產(chǎn)工作的后端，提高裝配生產(chǎn)效率和裝配質(zhì)量具有更加重要的工程意義。裝配技術(shù)是隨著對產(chǎn)品質(zhì)量的要求不斷提高和生產(chǎn)批量增大而進(jìn)展起來的。機械制造業(yè)進(jìn)展初期，加工與裝配往往還沒有分開，相互協(xié)作的零件都實行“配作”，裝配多用銼、磨、修刮、錘擊和擰緊等操作，使零件協(xié)作和聯(lián)接起來。假設(shè)某零件不能與其他零件協(xié)作，就必需在已加工的零件中去查找適合的零件或者對其進(jìn)展再加工，然后進(jìn)展裝配，因此生產(chǎn)效率很低。18世紀(jì)末期，隨著產(chǎn)品批量增大，加工質(zhì)量提高，互換性生產(chǎn)提到日程上來，漸漸消滅了互換性裝配。1789年美國E.惠特尼制造1萬支具有可以互換零件的滑膛槍，依靠特地工夾具使不嫻熟的工人也能從事裝配工作，工時大為縮短。最早的公差制度消滅在1902年英國Newall公司制定的尺寸公差的“極限表”，1906年英國消滅了公差國家標(biāo)準(zhǔn)。公差和互換性的消滅使得零件的加工和裝配可以分別開來，并且這兩項工作可以在不同的工廠或不同的地點進(jìn)展。19世紀(jì)初至中葉，互換性裝配逐步推廣到武器、紡織機械和汽車等產(chǎn)品，互換性所帶來的裝配技術(shù)一個重大進(jìn)步是美國福特汽車公司提出的“裝配線”，20世紀(jì)初福特汽車公司首先建立了承受運輸帶的移動式汽車裝配線，將不同地點生產(chǎn)的零件以物流供給的方式集中在一個地方，在生產(chǎn)線上進(jìn)展最終產(chǎn)品的裝配，同時將工序細(xì)分，在各工序上實行專業(yè)扮裝配操作，使裝配周期縮短了約90了生產(chǎn)本錢?；Q性生產(chǎn)和移動式裝配線的消滅和進(jìn)展，為大批量生產(chǎn)中承受自動扮裝配開拓了道路，國外20世紀(jì)50年月開頭進(jìn)展自動扮裝配技術(shù)，60年月進(jìn)展了自動裝配機和自動裝配線， 70年月機器人開頭應(yīng)用于產(chǎn)品裝配中。但是，長期以來機械加工與裝配技術(shù)的進(jìn)展并不平衡。一方面，與機械加工用的機床等工藝裝備不同，裝配工藝裝備是一種特別的機械，其通常是為特定的產(chǎn)品裝配而設(shè)計與制造的，因此具有較高的開發(fā)本錢和開發(fā)周期，在使用中的柔性也較差，導(dǎo)致裝配工藝裝備的進(jìn)展滯后于產(chǎn)品加工工藝裝備。另一方面，裝配具有系統(tǒng)集成和簡單性特征，產(chǎn)品裝配性能是指受裝配環(huán)節(jié)影響的局部產(chǎn)品性能，通常裝配不僅要保證產(chǎn)品的幾何裝配性能〔例如裝配精度，包括相互位置精度、相對運動精度和相互協(xié)作精度等〕，有時還需保證其物理裝配性能〔例如發(fā)動機轉(zhuǎn)子的振動特性〕，裝配問題的簡單性導(dǎo)致裝配的工藝性根底爭論進(jìn)展方面與機械加工相比，也相對滯后。通常產(chǎn)品的性能來源于設(shè)計、加工與裝配等環(huán)節(jié)的共同保證，其中裝配對產(chǎn)品性能有很大影響。工程中，一樣的零部件，假設(shè)裝配工藝不同，其裝配后的產(chǎn)品性能差異有時很大；甚至假設(shè)裝配質(zhì)量不好，即使有高質(zhì)量的零件，也會消滅不合格的產(chǎn)品。例如衛(wèi)星總裝具有產(chǎn)品構(gòu)造簡單、精度高、零部件繁多等特點，即使在產(chǎn)品的零件全部滿足設(shè)計指標(biāo)的狀況下，也很難保證裝配后整機產(chǎn)品的裝配性能，往往需要經(jīng)過屢次試裝、調(diào)整及返修才能裝配出合格產(chǎn)品。再如我國型高精度陀螺儀，主要零部件加工精度大都到達(dá)了周密乃至超周密水平，超過了國外加工精度，但裝配后儀表的性能仍舊很難得到保障。同時，某些周密產(chǎn)品在完成裝配后或服役過程中， 其性能可能會消滅不同程度的下降，例如航天器導(dǎo)引頭裝配過程中形成的裝配應(yīng)力 〔盡管工程中常實行肯定措施消除裝配應(yīng)力，但仍舊會有剩余應(yīng)力存在〕，在產(chǎn)品服役過程中非均勻釋放導(dǎo)致的零件外形或位姿發(fā)生微小變化，是導(dǎo)引頭成像質(zhì)量下降的主要緣由之一。因此，裝配過程不僅要考慮如何保障產(chǎn)品的初始裝配性能，也要考慮如何在產(chǎn)品服役過程中保持產(chǎn)品裝配性能〔即裝配性能的保持性問題〕。隨著衛(wèi)星、火箭、飛機、高端數(shù)控機床等產(chǎn)品簡單化、輕量化、周密化和光機電一體化等方向進(jìn)展，服役環(huán)境越來越惡劣化和極限化，裝配精度要求越來越高、裝調(diào)難度越來越大，產(chǎn)品裝配性能保障也越來越困難。MIT的CHARLES教授指出“Finalassemblyisthemomentoftruth ”。《機械工程學(xué)科進(jìn)展戰(zhàn)略報告〔2023-2023〕》指出，“隨著現(xiàn)代機械系統(tǒng)構(gòu)造的大型化和簡單化以及服役環(huán)境的惡劣化趨勢越來越顯著， 人們對整機工作性能的牢靠性和可持續(xù)性要求也愈加嚴(yán)格。而超周密加工等技術(shù)的進(jìn)展使得零部件設(shè)計與加工精度的全都性得到顯著提高，因此，產(chǎn)品整機裝配性能的保障正在由最初的設(shè)計加工環(huán)節(jié)漸漸向裝配環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)移，相關(guān)爭論得到了世界各國的廣泛關(guān)注”。產(chǎn)品裝配技術(shù)進(jìn)呈現(xiàn)狀分析隨著大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的興起，產(chǎn)品裝配技術(shù)得到了快速進(jìn)展。機械工業(yè)進(jìn)展初期，還處于單件生產(chǎn)方式時，工人在設(shè)計、機械加工和裝配方面都有高度的技藝，這時工人絕大多數(shù)是技巧嫻熟的工匠，通曉設(shè)計的原理，并且諳熟他們所承受的材料性能。第一次世界大戰(zhàn)之后，大批量生產(chǎn)的消滅，最大限度地應(yīng)用了分工的思想，并促使產(chǎn)生了一批的專業(yè)人員。這種專業(yè)分工不僅在車間里進(jìn)展，而且在工程部門里也進(jìn)展了專業(yè)分工，比方將工人分為機器操作工人、質(zhì)檢工人等；工程師分為構(gòu)造設(shè)計工程師、工藝工程師等；另外產(chǎn)品工程師中有的負(fù)責(zé)發(fā)動機設(shè)計，有的負(fù)責(zé)車身設(shè)計，有的負(fù)責(zé)電氣系統(tǒng)設(shè)計等。伴隨著大規(guī)模生產(chǎn)方式的進(jìn)展，裝配也漸漸形成了裝配車間治理工程師、裝配工藝設(shè)計工程師、裝配質(zhì)量檢驗工程師、車間裝配操作工人等人員分工，也漸漸形成了以產(chǎn)品裝配技術(shù)為主要爭論方向的學(xué)術(shù)和工程團(tuán)隊，有力地推動了裝配技術(shù)的進(jìn)展。在產(chǎn)品裝配技術(shù)方面，國內(nèi)外學(xué)者取得了一系列爭論成果，下面分別從面對裝配的設(shè)計、數(shù)字扮裝配、裝配連接工藝、裝配工藝裝備、裝配測量與檢測、裝配MES等五個方面，對相關(guān)成果的爭論現(xiàn)狀進(jìn)展分析。面對裝配的設(shè)計隨著大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的進(jìn)一步進(jìn)展，企業(yè)專業(yè)分工也越分越細(xì)，導(dǎo)致了有的專業(yè)人員很少接觸實際的產(chǎn)品， 有的人甚至沒有進(jìn)過工廠。因此，“易于裝配的設(shè)計”或者說“可裝配性”漸漸受到大家關(guān)注。面對裝配的設(shè)計〔 DesignforMassachusetts大學(xué)的BOOTHROYD和DEWHURST于1980年正式提出。早期的 DFA方法，主要是為了實現(xiàn)裝配自動化而進(jìn)展產(chǎn)品構(gòu)造改進(jìn)的爭論中形成的。 其方法一般是通過手冊形式的裝配設(shè)計指南、軟件工具等，對產(chǎn)品構(gòu)造中存在的不利于裝配的問題進(jìn)展分析評價，并基于相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計學(xué)問提出再設(shè)計建議，從而降低產(chǎn)品裝配難度并提高產(chǎn)品的裝配性能。最早消滅的兩種 DFA方法，是 Hitachi AEM方法和BoothroydDFA方法。盡管早期的DFA方法期望能在產(chǎn)品的概念設(shè)計一開頭就發(fā)揮作用，但實際上往往是等產(chǎn)品的設(shè)計進(jìn)展到肯定階段后，才對產(chǎn)品構(gòu)造的可裝配性進(jìn)展評價，或者對不同的裝配構(gòu)造進(jìn)展分析比較。這種事后檢查的方式難以避開零部件設(shè)計的返工，DFA的作用也沒能充分發(fā)揮出來。另一方面，這種針對產(chǎn)品構(gòu)造進(jìn)展可裝配性定量評價的 DFA方法，需要用戶輸入大量的數(shù)據(jù)，不但過程比較繁瑣，而且評價過程很不直觀。隨著制造技術(shù)的迅猛進(jìn)展，企業(yè)對 DFA的需求也日益迫切，要求也不斷提高，促使了DFA自身的改善，特別是并行工程的興起為 DFA注入了的活力。學(xué)者們結(jié)合工程實際，對 DFA的進(jìn)展與改進(jìn)做了大量的探究和爭論，并認(rèn)為DFA技術(shù)在涉及對象方面不僅與產(chǎn)品本身有關(guān)， 也與裝配過程有關(guān)。DFA的作用對象也拓廣為產(chǎn)品開發(fā)中與提高產(chǎn)品裝配性能相關(guān)的全部活動， 從全面提高產(chǎn)品裝配性能的角度動身，DFA進(jìn)展為包含了以下幾方面的爭論內(nèi)容： 產(chǎn)品裝配建模、產(chǎn)品裝配規(guī)劃與優(yōu)化、產(chǎn)品裝配構(gòu)造評估、裝配公差分析與綜合、機構(gòu)運動分析與綜合等。以上這些爭論內(nèi)容從不同側(cè)面對產(chǎn)品裝配性能進(jìn)展分析，以檢驗產(chǎn)品構(gòu)造設(shè)計的可裝配性。其中，裝配模型是解決如何在計算機中表達(dá)和存儲產(chǎn)品裝配信息，使之能夠全面支持產(chǎn)品的設(shè)計過程，并為后續(xù)的產(chǎn)品裝配自動化、裝配規(guī)劃與優(yōu)化、裝配分析與評價供給所需的信息；裝配公差分析與綜合主要是從合理安排裝配公差的角度來降低裝配費用； 機構(gòu)運動分析與綜合主要是對產(chǎn)品的機構(gòu)裝置運動進(jìn)展定義， 以分析產(chǎn)品工作過程中的動態(tài)性能。雖然DFA的爭論對象在學(xué)者們的爭論和探究中得到拓展，但從上述的DFA的進(jìn)展過程來看，DFA的爭論主要還是以產(chǎn)品構(gòu)造設(shè)計為動身點，通過考慮其產(chǎn)品零部件的可裝配性、裝配本錢和時間、裝配挨次和路徑等與裝配相關(guān)的問題，并通過供給一系列有關(guān)裝配設(shè)計的分析評價準(zhǔn)則和方法，幫助設(shè)計人員對產(chǎn)品可裝配性進(jìn)展全面分析，一方面為產(chǎn)品設(shè)計供給合理的修改意見，另一方面為制定產(chǎn)品的裝配工藝規(guī)程供給指導(dǎo)性的裝配序列和裝配路徑等工藝參數(shù)。數(shù)字扮裝配技術(shù)計算機和數(shù)字化技術(shù)的消滅極大地促進(jìn)了裝配技術(shù)的快速進(jìn)展。 數(shù)字扮裝配是產(chǎn)品裝配技術(shù)與計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和治理科學(xué)的穿插、融合、進(jìn)展及應(yīng)用的結(jié)果。數(shù)字化技術(shù)與傳統(tǒng)裝配技術(shù)的結(jié)合即數(shù)字扮裝配技術(shù)。廣義的數(shù)字扮裝配技術(shù)內(nèi)涵格外豐富， 不僅包括與裝配相關(guān)的構(gòu)造設(shè)計及工藝技術(shù)，而且包括裝配工裝與測量技術(shù)等，例如飛機數(shù)字扮裝配技術(shù)通常涉及飛機設(shè)計、零部件制造、裝配工藝規(guī)劃、數(shù)字化柔性定位、先進(jìn)測量與檢測等眾多先進(jìn)技術(shù)和裝備。本文的數(shù)字扮裝配技術(shù)指狹義的數(shù)字扮裝配技術(shù)，是指利用數(shù)字化樣機來規(guī)劃和仿真產(chǎn)品的實際裝配過程的技術(shù)總稱，其主要基于產(chǎn)品數(shù)字樣機開展產(chǎn)品協(xié)調(diào)方案設(shè)計及可裝配性分析，并對產(chǎn)品的裝配工藝過程的裝配挨次、裝配路徑以及裝配精度等進(jìn)展規(guī)劃、仿真和優(yōu)化，從而到達(dá)有效提高產(chǎn)品裝配質(zhì)量和效率的目的。結(jié)合數(shù)字扮裝配技術(shù)的進(jìn)展過程，下面主要對計算機關(guān)心裝配工藝規(guī)劃、數(shù)字化預(yù)裝配與虛擬裝配、計算機關(guān)心裝調(diào)、裝配精度分析等爭論現(xiàn)狀進(jìn)展分析。①計算機關(guān)心裝配工藝規(guī)劃20世紀(jì)80年月初，隨著計算機技術(shù)的進(jìn)展與普遍應(yīng)用，消滅了計算機輔助裝配工藝規(guī)劃〔Computer-AidedAssemblyProcessPlanning 技術(shù)。計算機關(guān)心裝配工藝規(guī)劃技術(shù)，也稱為裝配 CAPP技術(shù)，其本質(zhì)上就是應(yīng)用計算機模擬人進(jìn)展裝配工藝編制， 并自動或交互生成裝配工藝文件的方法。自上世紀(jì)80年月初以來，國內(nèi)外很多學(xué)者在裝配模型、裝配序列規(guī)劃和裝配路徑規(guī)劃等 CAAPP的關(guān)鍵技術(shù)方面進(jìn)展了大量的爭論，取得了較多爭論成果，CAAPP的關(guān)鍵技術(shù)是裝配挨次規(guī)劃〔或者稱為裝配序列規(guī)劃〕和裝配路徑規(guī)劃。由于裝配挨次的好壞直接影響著產(chǎn)品可裝配性，以及裝配的操作難度、操作時間、工夾具數(shù)目和勞動強度等，因此如何獵取一個好的裝配挨次就顯得尤為重要。在裝配挨次自動規(guī)劃方面，目前一些主要的方法包括：①通過推理產(chǎn)生全部裝配優(yōu)先約束，繼而得到裝配挨次；②基于“可拆即可裝”的思路，獲得產(chǎn)品的裝配挨次；③通過人工智能領(lǐng)域中的專家系統(tǒng)或啟發(fā)式算法等來獲得產(chǎn)品裝配挨次等。雖然利用計算機來代替手工編制工藝能夠在肯定程度上提高工藝規(guī)劃的效率，減輕人的重復(fù)勞動，但完全依靠計算機的推理來自動生成產(chǎn)品的裝配挨次，對于簡單的裝配問題又不太可能得到令人滿足的結(jié)果，特別是當(dāng)產(chǎn)品的零部件數(shù)目較多時，其裝配序列存在著“組合爆炸”問題，從而導(dǎo)致計算簡單性很高，效率低下。從組合學(xué)觀點看，假設(shè)一個裝配體由N個零件組m種可能的裝配方法，則裝配體可能的裝配序列為mN*N!同時，設(shè)計中的微小改動也可能引起裝配挨次的較大變換。在裝配路徑規(guī)劃方面也存在類似工程化應(yīng)用缺乏的問題，國內(nèi)外學(xué)者在裝配路徑自動搜尋方面也做了大量的爭論，相繼提出了方向多面錐方法、拓?fù)浣礘函數(shù)法、人工勢場法、可視圖法、單元分解法、C空間障礙法等裝配路徑自動規(guī)劃算法。但是對于簡單產(chǎn)品的路徑規(guī)劃，由于其狀態(tài)空間規(guī)模大，在求解空間內(nèi)必需進(jìn)展大量的搜尋和干預(yù)碰撞檢測等緣由，導(dǎo)致當(dāng)前裝配路徑求解算法存在求解成功率差、求解效率低等問題。由于自動生成裝配工藝規(guī)程的簡單性，目前相關(guān)爭論成果以理論探究為主，尚未有成熟的工具軟件在實際工程中得到應(yīng)用，目前工程中的CAAPP主要還是承受檢索式和派生式的工藝規(guī)劃方法。②數(shù)字化預(yù)裝配與虛擬裝配20世紀(jì)90年月，制造業(yè)出了一個劃時代的創(chuàng)舉——波音 777在整個設(shè)計制造過程無需實物樣件和樣機，直接進(jìn)展了第 1架波音777的首飛，一次成功。數(shù)字化預(yù)裝配〔DigitalPre-Assembly〕是實現(xiàn)這一創(chuàng)舉，確保飛機設(shè)計制造一次成功的關(guān)鍵技術(shù)之一。 數(shù)字化預(yù)裝配技術(shù)可理解為利用數(shù)字化樣機對產(chǎn)品可裝配性、可拆卸性、可修理性進(jìn)展分析、驗證和優(yōu)化的技術(shù)總稱。早期的數(shù)字化預(yù)裝配主要是設(shè)計部門進(jìn)展產(chǎn)品裝配的幾何約束和干預(yù)檢驗及不協(xié)調(diào)問題分析，主要目的是獲得具有良好可裝配性設(shè)計的產(chǎn)品，雖然這些設(shè)計部門所進(jìn)展的仿真在肯定程度上考慮了產(chǎn)品裝配工藝， 但是在很大程度上無視了產(chǎn)品裝配過程中的場地、工裝和人員等生產(chǎn)現(xiàn)場信息；隨著數(shù)字化預(yù)裝配技術(shù)的推廣應(yīng)用，人們漸漸生疏到僅從設(shè)計角度考慮產(chǎn)品裝配性的局限性，因此面對生產(chǎn)現(xiàn)場的裝配過程仿真和裝配規(guī)劃技術(shù)也漸漸成為數(shù)字化預(yù)裝配技術(shù)的主要爭論內(nèi)容之一。虛擬裝配技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實與數(shù)字化預(yù)裝配技術(shù)相互融合的根底上進(jìn)展起來的。虛擬裝配技術(shù)是指綜合利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)、計算機圖形學(xué)、人工智能技術(shù)和仿真等技術(shù)，在虛擬環(huán)境下對產(chǎn)品的裝配過程和裝配結(jié)果進(jìn)展仿真與分析，從而到達(dá)檢驗、評價和推測產(chǎn)品的可裝配性，并對產(chǎn)品的裝配挨次、裝配路徑裝配方法、裝配資源、人因工程等相關(guān)問題進(jìn)展關(guān)心分析和決策的方法。虛擬裝配技術(shù)繼承和進(jìn)展了數(shù)字化預(yù)裝配技術(shù)，但與 DFA和數(shù)字化預(yù)裝配技術(shù)不同的是，虛擬裝配更強調(diào)通過建模和仿真技術(shù)來實現(xiàn)實際物理裝配在計算機上的“本質(zhì)實現(xiàn)”，其更多的是從工藝過程的角度實時地模擬裝配現(xiàn)場和裝配過程中可能消滅的各種問題和現(xiàn)象， 從而實現(xiàn)在實物試裝前預(yù)知產(chǎn)品最終的裝配性能并進(jìn)展優(yōu)化工藝，其中虛擬裝配過程建仿照真與分析是手段，實現(xiàn)裝配性能推測與優(yōu)化決策是目的。對于虛擬裝配中“虛擬”的精準(zhǔn)含義，學(xué)者們則有不同的理解。虛擬環(huán)境供給的沉醉感、交互性與實時性極大地促進(jìn)了設(shè)計者直覺、想象力與制造力的充〔VirtualAssembly中的V就是VR(VirtualReality)，強調(diào)VR在裝配仿真中的應(yīng)用，強調(diào)以一種沉醉的直觀的方式增進(jìn)技術(shù)人員對裝配過程的理解，從而覺察其中的裝配問題，并認(rèn)為只有利用了 VR技術(shù)才能稱之為“虛擬”。也有一局部學(xué)者從計算機仿真的角度來解釋“虛擬”，認(rèn)為只要是在建立物理的真實系統(tǒng)前， 承受計算機數(shù)字化模型和計算機仿真來進(jìn)展有關(guān)產(chǎn)品設(shè)計與制造方面的決策，就可以認(rèn)為是“虛擬”。正如人們所熟知的，反映客觀對象本質(zhì)的模型固然會給人以真實感，但具有真實感的模型卻不肯定能反映客觀對象的本質(zhì)。筆者認(rèn)為，虛擬裝配技術(shù)中的“虛擬”是分層次的，計算機仿真與VR是虛擬的兩個不同層次，VR是計算機仿真的更高進(jìn)展階段。或者說，“虛擬”可以從狹義和廣義的角度來理解，狹義的“虛擬”是指承受了 VR技術(shù)的虛擬，廣義的“虛擬”是指建立在物理系統(tǒng)前，利用計算機仿真環(huán)境和計算機數(shù)字化模型來進(jìn)展相關(guān)設(shè)計和制造活動，都可以稱之為“虛擬”。由于虛擬裝配技術(shù)具有迷人的應(yīng)用前景， 西方工業(yè)國家相繼成立了一大批虛擬裝配爭論機構(gòu)，并開展了應(yīng)用根底技術(shù)的爭論，建立了一批虛擬裝配系統(tǒng)并在企業(yè)得到工程應(yīng)用，取得了良好效果。 20世紀(jì)90年月華盛頓州立大學(xué)與美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)爭論所 NIST合作開發(fā)的虛擬裝配設(shè)計環(huán)境 VADE(VirtualAssemblyDesignEnvironment) 是一個具有代表性的虛擬裝配系統(tǒng)，在這個虛擬裝配系統(tǒng)中，設(shè)計者可以選擇最抱負(fù)的裝配挨次，生成裝配 /拆卸路徑規(guī)劃以及觀看最終結(jié)果。我國自 90年月末開頭虛擬裝配技術(shù)的跟蹤爭論，國內(nèi)清華大學(xué)的肖田元、張林鍹等；浙江大學(xué)的譚建榮、劉振宇等；北京理工大學(xué)的寧汝、劉檢華等；上海交通大學(xué)馬登哲、范秀敏和武殿梁等；華中科技大學(xué)的李世其、王峻峰等；哈爾濱工業(yè)大學(xué)的姚英學(xué)、夏平均等；南京理工大學(xué)張友良、汪惠芬等；西北工業(yè)大學(xué)的李原、張開富等；北京航空航天大學(xué)的劉繼紅等相繼開展了虛擬裝配相關(guān)技術(shù)的爭論， 并提出了很多有價值的理論和方法。目前，虛擬裝配技術(shù)主要從早期的基于抱負(fù)幾何的裝配過程建模與仿真，向基于物理的建模與仿真方向進(jìn)展。③計算機關(guān)心裝調(diào)技術(shù)在產(chǎn)品裝配技術(shù)的進(jìn)展過程中，針對一些周密儀器儀表的裝配，尤其是周密光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)，由于其系統(tǒng)構(gòu)造趨于簡單、成像質(zhì)量接近衍射極限，其裝調(diào)難度極大，傳統(tǒng)的光學(xué)裝調(diào)手段無法滿足要求，在此背景下，隨著計算機技術(shù)的進(jìn)展，消滅了計算機關(guān)心裝調(diào)技術(shù) (ComputerAidedAlignment,CAA) 。計算機關(guān)心裝調(diào)將光學(xué)檢測技術(shù)和計算機優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合， 將計算機關(guān)心技術(shù)應(yīng)用于簡單光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)中。其主要思路是通過光學(xué)檢測工具〔如激光干預(yù)儀等〕獵取光學(xué)系統(tǒng)的測量參數(shù)，在此根底上通過分析計算，獵取光學(xué)系統(tǒng)各個元件的裝調(diào)參數(shù)。1970年至1985年，美國的Itek公司提出了當(dāng)時一種格外先進(jìn)的光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計思想，但在最終系統(tǒng)裝調(diào)中始終無法使系統(tǒng)的成像質(zhì)量接近理論設(shè)計值。EGDALL等人領(lǐng)先提出了計算機關(guān)心裝調(diào)的設(shè)想，到達(dá)了良好的裝調(diào)效果。美國SantaBarbara爭論中心的FIGOSKI等人對離軸無遮攔三反射鏡光學(xué)系統(tǒng)進(jìn)展計算機關(guān)心裝調(diào)，并對一比例縮小的原型機進(jìn)展了實際的裝調(diào)試驗，使整個視場波前誤差 RMS值到達(dá)了0.055λ〔λ=632.8nm〕。近年來，美國亞利桑那州的SCHMID等利用矢量波像差理論，分析了軸對稱光學(xué)系統(tǒng)存在裝調(diào)誤差時的系統(tǒng)像差特性。國內(nèi)對計算機關(guān)心裝調(diào)技術(shù)的爭論起步較晚，但也取得了較多爭論成果。中國科學(xué)院長春光機所的張斌、韓昌元，楊曉飛等人；中國科學(xué)院南京天文光學(xué)技術(shù)爭論所羅森等；哈爾濱工業(yè)大學(xué)的空間光學(xué)工程爭論中心劉劍峰等；中國科學(xué)院西安光機所的車馳騁、孔小輝等人利用計算機關(guān)心裝調(diào)技術(shù)指導(dǎo)特定光學(xué)系統(tǒng)裝調(diào)過程，起到了良好的裝調(diào)效果。但以上這些爭論都是對計算機輔助裝調(diào)技術(shù)的理論爭論，且集中在失調(diào)量的數(shù)學(xué)解算上。國防科技大學(xué)的薛曉光等人在光學(xué)自動設(shè)計模型中引入機械構(gòu)造和裝配工藝約束， 建立了面對裝配過程的周密光學(xué)系統(tǒng)計算機關(guān)心裝調(diào)數(shù)學(xué)模型。目前，爭論建立光學(xué)系統(tǒng)的裝調(diào)工藝模型，在此根底上通過裝調(diào)工藝參數(shù)的靈敏度和相關(guān)性分析等，查找最優(yōu)的關(guān)心裝調(diào)工藝參數(shù)，從而定量指導(dǎo)裝配工人進(jìn)展快速精準(zhǔn)裝調(diào)是進(jìn)展重點。④裝配精度分析產(chǎn)品裝配的根本問題之一是保證裝配精度。 產(chǎn)品裝配精度分析技術(shù)是指在產(chǎn)品設(shè)計階段或現(xiàn)場裝調(diào)階段，綜合分析影響裝配精度的各方面因素，在此基礎(chǔ)上通過對裝配過程中各種裝配偏差源或者加工誤差進(jìn)展建模與分析， 從而到達(dá)對產(chǎn)品裝配精度進(jìn)展推測和掌握的技術(shù)統(tǒng)稱。 目前國內(nèi)外爭論學(xué)者針對產(chǎn)品裝配精度分析的相關(guān)理論及方法開展了深入爭論，成果主要涉及到公差建模、裝配偏差傳遞與累積、公差綜合與裝配精度掌握等方面。其中公差建模是裝配精度分析的根底，裝配偏差傳遞與累積是裝配精度分析的核心，公差綜合與裝配精度掌握是裝配精度分析的目的。公差建模主要用于對公差進(jìn)展準(zhǔn)確無誤的表述，并對其語義做出正確合理的解釋。其中，公差信息模型用于實現(xiàn)公差信息的全面描述，其不僅要能夠支持各類公差信息的完整表達(dá)，而且能夠表示信息之間的約束關(guān)系，確保公差信息表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)性；公差數(shù)學(xué)模型用于依據(jù)工程語義對公差信息進(jìn)展數(shù)學(xué)描述和解釋，是實現(xiàn)公差表達(dá)處理以及在各階段的數(shù)據(jù)傳遞的關(guān)鍵。比較典型的公差模型包括：基于拓?fù)浜鸵?guī)律關(guān)聯(lián)外表的公差信息模型〔TopologicallyandTechnologicallyRelatedSurface,TTRS〕，多色集合模型，小位移旋量模型〔SmallDisplacementTorsor,SDT〕，公差變動矢量圖模型〔ToleranceMap,T-Map〕以及自由度模型等。裝配偏差傳遞是指產(chǎn)品尺寸和幾何精度在裝配過程中的相互作用， 以及其基于幾何接觸和幾何協(xié)作在裝配過程中的累積。偏差傳遞通常基于尺寸鏈、變動幾何約束網(wǎng)絡(luò)、狀態(tài)空間模型等方式。尺寸鏈?zhǔn)怯砂ご芜B接的尺寸公差信息構(gòu)成的封閉尺寸組，BJORKE和DEVRIES首先提出了二維尺寸公差鏈的自動生成方法，國內(nèi)學(xué)者如上海交通大學(xué)的周江奇、來民等，北京理工大學(xué)的寧汝等分別實現(xiàn)了三維裝配尺寸鏈的自動搜尋和生成。 變動幾何約束的概念由CLEMENT等領(lǐng)先提出，浙江大學(xué)的胡潔、吳昭同等將其擴(kuò)展為變動幾何約束網(wǎng)絡(luò)并用于裝配偏差傳遞與積存計算。 狀態(tài)空間模型承受掌握理論中的狀態(tài)空間理論描述多工序誤差和裝配偏差的傳遞過程， JIN和SHI對多工位制造偏差流進(jìn)展了分析，建立了綜合考慮基準(zhǔn)誤差、夾具誤差、尺寸及幾何誤差的誤差流模型，上海交通大學(xué)的來民等、西安交通大學(xué)的洪軍等分別爭論了該模型在汽車車身及周密機床裝配中的應(yīng)用。公差綜合又稱為公差優(yōu)化，目的是在公差安排時以最小的代價滿足設(shè)計要求。公差優(yōu)化主要為了衡量公差設(shè)計方案的優(yōu)劣，主要以裝配精度要求為約束條件，以制造本錢、質(zhì)量損失等作為優(yōu)化目標(biāo)。國內(nèi)外學(xué)者先后提出了諸如負(fù)指數(shù)模型、多項式模型等制造本錢模型和 TAGUCHI質(zhì)量損失模型、平方質(zhì)量損失模型等質(zhì)量損失模型，并通過解析法和迭代法等優(yōu)化算法實現(xiàn)公差優(yōu)化。裝配精度掌握是裝配精度分析的主要目標(biāo)之一，尤其對于周密產(chǎn)品而言，如何在現(xiàn)場裝調(diào)階段提出合理的裝調(diào)方案，從而確保產(chǎn)品的裝配精度，始終是工程中的難題之一。依據(jù)產(chǎn)品的精度要求以及生產(chǎn)型式，保證產(chǎn)品精度的裝配方法主要分為：互換裝配法、選擇裝配法、修配裝配法和調(diào)整裝配法等。傳統(tǒng)的裝配精度掌握技術(shù)的爭論主要基于以上裝配方法，結(jié)合現(xiàn)場裝配階段的實測尺寸數(shù)據(jù)，利用相關(guān)優(yōu)化算法對裝配組合、修配量或調(diào)整量進(jìn)展優(yōu)化求解，以提高裝配精度和裝配成功率。然而，產(chǎn)品的現(xiàn)場裝調(diào)階段往往受到來自測量、定位、夾具、緊固力掌握等各個環(huán)節(jié)的不確定性因素影響，僅僅通過幾何量掌握產(chǎn)品精度的裝配方法已經(jīng)難以保障裝配精度的全都性。因此，當(dāng)前面對裝調(diào)現(xiàn)場的裝配精度掌握爭論已經(jīng)漸漸轉(zhuǎn)向裝配精度的實時測量與跟蹤推測， 并在此根底上，優(yōu)化與調(diào)整裝配工藝參數(shù)〔包括零件定位位置、緊固力大小等〕，從而實現(xiàn)對裝配精度的掌握。此外，越來越多的爭論學(xué)者意識到，在裝配精度分析過程中將零件的外表形貌及其在裝配力作用下的影響考慮進(jìn)來， 將會使得精度推測結(jié)果更加真實準(zhǔn)確。這種綜合考慮外表形貌與受力變形的裝配精度分析技術(shù)是當(dāng)前爭論熱點之一。裝配連接工藝在產(chǎn)品裝配中需要廣泛地使用各種連接方式將分別的零部件連接到一起，最為常用的連接方式包括螺紋連接、焊接、鉚接以及粘膠連接等，本文中主要對螺接和鉚接工藝進(jìn)展?fàn)幷摤F(xiàn)狀分析。①螺紋連接工藝由于可以獲得很大的連接力，便于重復(fù)拆裝，同時又具有互換性、易于大批量生產(chǎn)、造價低等優(yōu)點，螺紋連接成為機械產(chǎn)品中應(yīng)用最廣泛的連接方式之一。據(jù)統(tǒng)計，一般家用轎車上螺紋連接可以到達(dá) 3000多個，占汽車制造裝配總作業(yè)量的30%以上。螺紋連接的最終目是在被連接件間獲得牢靠的夾緊力， 即螺紋連接件內(nèi)部產(chǎn)生牢靠的預(yù)緊力。由于在擰緊過程中預(yù)緊力通常都不易直接測量和掌握，通常狀況下是通過其他手段間接掌握，于是針對不同的預(yù)緊力掌握手段，產(chǎn)生了不同的擰緊方法?！堵菁y緊固件通則》中規(guī)定了 3種典型的螺紋擰緊方法，包括扭矩法、轉(zhuǎn)角法和屈服點掌握法。扭矩法的根本原理是在擰緊過程中通過掌握擰緊力矩來實現(xiàn)對預(yù)緊力的間接掌握，具有操作敏捷，工具簡潔，本錢低等優(yōu)點，應(yīng)用范圍最廣，特別是單件、小批量產(chǎn)品，這些產(chǎn)品受限于操作本錢和裝配空間，普遍承受扭矩法。國內(nèi)外學(xué)者運用理論分析、試驗和有限元仿真等手段對扭矩法進(jìn)展了大量的爭論工作。早在 1976年，MOTOSH就提出了計算擰緊力矩的理論公式，將擰緊力矩分為：端面摩擦力矩、螺紋摩擦力矩和預(yù)緊力矩。 1989年，SHIGLEY和MISCHKE在公式中考慮了螺旋升角的影響； 2023年，NASSAR等人建立了螺紋牙的三維靜力學(xué)模型，并考慮了端面壓力分布和螺紋面壓力分布的影響，使得扭拉關(guān)系公式更加準(zhǔn)確。在實際的擰緊過程中，扭矩法掌握預(yù)緊力通常表現(xiàn)出較大的離散性，美國奧克蘭大學(xué)的 NASSAR團(tuán)隊通過大量的扭拉關(guān)系試驗爭論了螺栓尺寸、螺距、潤滑條件、擰緊速度、擰緊次數(shù)、涂層種類、外表粗糙度和涂層厚度等因素對扭矩法掌握精度的影響。隨著計算機技術(shù)和數(shù)值模擬技術(shù)的進(jìn)展，有限元仿真也被用于爭論扭拉關(guān)系。YU等建立了螺紋連接的三維有限元模型，在螺母外側(cè)外表施加切向應(yīng)力仿真擰緊過程，爭論了摩擦系GONG等人承受同樣的仿真方法，考慮端面壓力分布的影響，擬合了更加準(zhǔn)確的扭拉關(guān)系公式；SARAVANAN等還爭論了端面的非平行性對扭拉關(guān)系的影響規(guī)律。轉(zhuǎn)角法通過掌握擰緊轉(zhuǎn)角來到達(dá)掌握預(yù)緊力的方法。 轉(zhuǎn)角法對預(yù)緊力的控制精度要高于扭矩法。轉(zhuǎn)角法通常是先用較小的力矩值將螺紋連接件擰緊，然后再將連接件擰過肯定角度θ使得螺紋連接中產(chǎn)生預(yù)緊力F，所以轉(zhuǎn)角法在工程中又叫扭矩-轉(zhuǎn)角法。但實際擰緊螺紋連接件時，很難判別何時與被連接件完全貼緊，即無法確定轉(zhuǎn)角θ的起點。屈服點掌握法最大限度地利用了螺栓強度，當(dāng)螺栓內(nèi)部應(yīng)力到達(dá)材料屈服極限時完畢擰緊，將此時的預(yù)緊力作為目標(biāo)掌握值。屈服點掌握法的掌握精度高，預(yù)緊力離散度較小，但擰緊工具比較簡單。另一方面，螺紋連接的松動會直接影響產(chǎn)品服役性能，國內(nèi)外相關(guān)學(xué)者一直在試圖提醒外部載荷條件下的螺紋連接松動機理。JUNKER早在1969年就通過振動試驗覺察橫向振動是造成螺紋連接松動的主要載荷形式。此后一些學(xué)者嘗試建立理論模型來提醒橫向振動條件下的螺紋松動機理，典型的理論模型有定量二階模型、質(zhì)量-彈性模型和非線性數(shù)學(xué)模型等。2023年P(guān)AI和HESS通過爭論覺察局部滑移的累積和擴(kuò)展是導(dǎo)致螺紋松動的主要緣由，這一覺察也被IZUMI等和DINGER等人證明。同時，爭論者從工程應(yīng)用的角度，也提出了一些型的防松構(gòu)造，如階梯鎖緊螺栓、基于三次螺旋曲線的螺紋連接以及帶楔形斜面的鎖緊螺母等，并在工程中得到較好應(yīng)用。當(dāng)前，針對螺紋擰緊工藝的爭論已經(jīng)比較成熟，但螺紋連接的松動問題始終沒有得到徹底解決，其機理仍舊不清楚，因此如何從機理上提醒螺紋連接松動的緣由，并給出確保防松性能的設(shè)計準(zhǔn)則和工藝參數(shù)，是后續(xù)螺紋連接工藝爭論的重要內(nèi)容之一。②鉚接工藝鉚接是利用鉚釘塑性變形將兩個或兩個以上元件連接在一起的一種不行拆卸的機械連接工藝，鉚接過程中鉚釘在力的作用下，發(fā)生膨脹，與孔壁產(chǎn)生干預(yù)協(xié)作，并在端部產(chǎn)生墩頭。由于鉚接成型工藝簡潔，本錢低廉，連接強度穩(wěn)定、抗高溫、耐腐蝕等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于航空、航天、紡織、汽車及船舶等領(lǐng)域，例如一架空客 A320一般客機機體在生產(chǎn)中就需要 100多萬件鉚釘。目前對鉚接工藝的爭論主要集中在鉚接機理、鉚接工藝參數(shù)優(yōu)化、鉚接構(gòu)造疲勞壽命以及先進(jìn)鉚接設(shè)備等方面。鉚釘及孔壁變形是鉚接成型的重要機理， WRONICZ等爭論了壓鉚后孔周的應(yīng)力與應(yīng)變分布狀況，并比較了壓鉚力和鉚釘類型對應(yīng)力應(yīng)變的影響。SHISHKIN提出了一種計算鉚釘接觸壓力和卸載結(jié)果的方法。夏平分析了連接孔圓柱面上的徑向分布壓力及鉚釘帽對板圓環(huán)面上的分布壓力。 ATRE等分析了釘頭變形和力-位移曲線的變化，以準(zhǔn)靜態(tài)位移掌握鉚接過程，覺察了鉚釘屈曲引起的非軸對稱變形以及密封劑對環(huán)向拉應(yīng)力的影響。 WRONICZ等提出了鉚接孔四周的高應(yīng)力和應(yīng)變梯度的存在。 WITEK分析了抽芯鉚釘鉚接鉚釘核位移函數(shù)與鉚接力的關(guān)系以及塑性應(yīng)變分布。 XIONG等使用簡單變分法的數(shù)值解析方法，可解決單向受拉加載狀況下的薄壁件鉚接連接應(yīng)力。 ABDELAL等分析包含了熱效應(yīng)、材料快速塑性變形等材料屬性，獲得了應(yīng)力和應(yīng)變的狀態(tài)以及材料變形和熱過程。SZOLWINSKI等爭論說明，釘孔發(fā)生干預(yù)協(xié)作后孔周四周形成的剩余壓應(yīng)力對構(gòu)造裂紋的萌生與增長有深遠(yuǎn)的影響?；谧饔脵C理，學(xué)者們爭論了工藝參數(shù)對鉚接成型的影響，進(jìn)而進(jìn)展鉚接工藝參數(shù)的優(yōu)化。LI等爭論了釘/孔間隙、摩擦系數(shù)、腐蝕膨脹三個因素對應(yīng)力狀態(tài)影響。劉秀全承受塑性有限元方法對自沖鉚接過程進(jìn)展了數(shù)值模擬，得到了成形過程中應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律，以及自沖鉚接成形工藝參數(shù)對連接表觀效果和強度的影響。RANS等覺察鐓頭的平面度、壓鉚力和鉚接板厚度方向的壓縮對剩余應(yīng)力的大小有重要影響。 SKORUPA等指出掌握壓鉚力比掌握鐓頭尺寸更簡潔得到質(zhì)量更高的鉚接件。 CHERAGHI 等借助有限元仿真分析了工藝參數(shù)壓鉚力、鉚釘長度、鐓頭直徑和高度、埋頭窩的深度、孔徑公差對鉚接質(zhì)量的影響，指出適當(dāng)降低埋頭窩的深度可以允許其它工藝參數(shù)有更大的變化范圍。曹增加等覺察承受 66°鉚模傾角可以實現(xiàn)較抱負(fù)的干預(yù)協(xié)作，接頭疲乏壽命最長。劉永勝等覺察接頭的錐度變化對接頭中的應(yīng)力分布影響不大，但對應(yīng)力值的影響較為明顯，錐度掌握在 2°-10°比較適宜。在鉚接裝配對連接構(gòu)造壽命的影響方面， 陳福玉等證明通過掌握孔徑可以提高鉚接構(gòu)件的疲乏壽命。 CHAKHERLOU等覺察當(dāng)干預(yù)量在 1%~3%，試驗件的疲乏壽命在不斷增加，干預(yù)量為 4%時疲乏壽命增加不明顯。田秀云等通過試驗驗證干預(yù)協(xié)作鉚接的疲乏壽命比一般鉚接的疲乏壽命提高了 。MANES針對T型搭接鉚接構(gòu)造，分析工藝參數(shù)對產(chǎn)品構(gòu)造局部應(yīng)力的影響，以優(yōu)化工藝參數(shù)。RIJCK等通過鐓頭參數(shù)預(yù)估構(gòu)造疲乏性能。目前先進(jìn)的鉚接工藝主要有電磁鉚接和超聲關(guān)心鉚接等。 YOON等建立了電磁鉚接三維有限元分析模型，進(jìn)展了最大壓鉚力的優(yōu)化爭論。FOX等測量了電磁鉚接后的三軸應(yīng)力對鉚接孔的疲乏壽命的增益。 曹增加等提出利用電磁鉚接實現(xiàn)抱負(fù)干預(yù)協(xié)作鉚接，并對基于電磁鉚接的抱負(fù)干預(yù)協(xié)作鉚接工藝進(jìn)展了試驗爭論，分析了鉚模傾角對鉚接后鉚釘鐓頭、干預(yù)量及剩余應(yīng)力的影響。TIMOTHY 等人建立了人工鉚接過程中鉚槍、活塞及工件的三自由度模型。LUCAS等爭論了超聲疊加柱狀鋁棒的擠壓變形過程，分析了徑向和軸向兩種不同超聲疊加振動下的摩擦效應(yīng)。 NGAILE等將超聲疊加技術(shù)應(yīng)用于微擠壓成形，通過試驗觀看了超聲鼓勵對變形載荷以及外表質(zhì)量的影響。 SIEGERT等針對超聲疊加成形工藝，爭論了疊加過程對摩擦力帶來的影響，提出了包含超聲疊加影響的摩擦規(guī)律。ABDUL等分析了激振力對變形力的影響規(guī)律，爭論了應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系中的臨時軟化效應(yīng)。ZHANG等建立數(shù)學(xué)方程式，描述了超聲振動下材料的屈服強度的變化，認(rèn)為屈服強度是超聲強度的指數(shù)函數(shù)。目前對于金屬構(gòu)造鉚接爭論已相對較為完善， 然而對于復(fù)合材料的低應(yīng)力鉚接成型機理尚不清楚，其工藝參數(shù)優(yōu)化也是爭論難點，同時先進(jìn)鉚接設(shè)備研發(fā)，如電磁鉚接、超聲鉚接關(guān)心設(shè)備和型鉚接構(gòu)造的爭論也是將來鉚接工藝的爭論方向之一。裝配工藝裝備裝配工藝裝備是實現(xiàn)產(chǎn)品自動化、智能扮裝配的工具。與機械加工用的機床等工藝裝備不同，裝配工藝裝備的設(shè)計過程與待裝配的產(chǎn)品構(gòu)造、裝配工藝和檢測技術(shù)等親熱相關(guān)，產(chǎn)品構(gòu)造及工藝的差異性導(dǎo)致裝配工藝裝備是一種特別的機械，通常為特定的產(chǎn)品而設(shè)計制造的，具有較高的開發(fā)本錢、柔性差等特點，因此目前國內(nèi)外尚缺乏普適性的裝配工藝裝備方面的系統(tǒng)理論及方法體系。筆者結(jié)合產(chǎn)品的裝配工藝特征，主要分析了栓接、鉚接、部件調(diào)姿與對接等工藝裝備，以及微小零件的裝配工藝裝備的進(jìn)呈現(xiàn)狀。擰緊工具是產(chǎn)品裝配過程中應(yīng)用最廣泛的裝配工藝裝備之一， 其進(jìn)展具有典型的準(zhǔn)確化、自動化進(jìn)展趨勢。 ATLAS、英格索蘭等國外擰緊設(shè)備集成了完善的擰緊工藝參數(shù)掌握策略， 100N.m級別扭矩掌握精度達(dá) 1%以內(nèi)；我國擰緊機制造企業(yè)及相關(guān)爭論機構(gòu)也對擰緊機及其擰緊掌握策略開展了大量爭論，爭論成果應(yīng)用于汽車發(fā)動機、彈體等裝配擰緊過程，但掌握精度、牢靠性與國外同類產(chǎn)品相比仍存在差距。擰緊過程中螺栓間彈性相互作用是影響預(yù)緊力全都性的重要因素之一，而多軸同步擰緊有利于削減預(yù)緊挨次的影響、提高裝配性能，目前雙軸、多軸擰緊設(shè)備已在國內(nèi)外汽車裝配過程中廣泛應(yīng)用；Rolls-RoyceGE公司也普遍應(yīng)用雙軸、多軸擰緊設(shè)備實現(xiàn)航空發(fā)動機準(zhǔn)確裝配，而我國目前尚缺乏航空發(fā)動機多軸擰緊裝配應(yīng)用實例。隨著自動化技術(shù)、機器人技術(shù)的進(jìn)展，國內(nèi)外爭論應(yīng)用了承受機器人帶動擰緊機的自動化工藝裝備，提高了預(yù)緊力全都性、削減了裝配過程中的誤操作，如上海商用發(fā)動機制造公司等制造企業(yè)研制的轉(zhuǎn)子內(nèi)腔螺栓擰緊機器人、 大型低壓渦輪單元體自動化擰緊設(shè)備，法士特汽車傳動公司重卡變速器裝配線應(yīng)用的擰緊機器人等。鉚接裝備在飛機機身、曲面天線、汽車車身等板類零部件裝配過程中廣泛應(yīng)用，自動化工藝裝備正逐步取代傳統(tǒng)人工連接，大幅提高了裝配效率及產(chǎn)品牢靠性。制孔通常作為鉚接的根底工藝，孔定位精度、深度及孔壁質(zhì)量等直接影響裝配質(zhì)量和疲乏壽命，制孔裝備在自動扮裝配過程中發(fā)揮巨大作用，如A380機翼壁板裝配應(yīng)用了 CNC自動制孔機床，NorthropGrumman 公司研制了5種自動鉆孔系統(tǒng)〔ADS〕，并應(yīng)用于F-35機身柔性裝配過程。中國重汽、長安福德等汽車制造企業(yè)為削減制孔過程的影響，應(yīng)用了車身自沖鉆鉚設(shè)備，通過將鉚釘直接壓入板材形成穩(wěn)定連接。自動鉆鉚設(shè)備廣泛應(yīng)用于國外飛機機身、機翼壁板、汽車車身裝配中，如達(dá)索航空公司應(yīng)用的自動化鉆孔、鉚接緊固件安裝機器人，XI等研制的機器人與 5軸聯(lián)動頂鐵支架相互協(xié)作的自動化氣動錘鉚系統(tǒng)等。大部件調(diào)姿與對接是航空航天產(chǎn)品裝配的重要環(huán)節(jié)，對于裝配精度、裝配效率具有重要影響。航空航天產(chǎn)品大部件裝配過程中廣泛涉及調(diào)姿與對接，如飛機大部件對接、航天器艙段水平對接、衛(wèi)星艙段垂直對接、艙段對接等，傳統(tǒng)的調(diào)姿與對接主要依靠專用工裝進(jìn)展定位和夾緊，并協(xié)作人工作業(yè)實現(xiàn)部件間的幾何關(guān)系和約束，該方式不易進(jìn)展準(zhǔn)確位姿調(diào)整，且裝配效率低；近年來，先進(jìn)集成公司〔AdvancedIntegrationTechnology〕、德國BROTJE公司等制造企業(yè)和爭論人員提出了一類基于數(shù)字化測量的對接系統(tǒng)以實現(xiàn)高效、準(zhǔn)確的調(diào)姿與連接，該類系統(tǒng)一般包括數(shù)字化測量系統(tǒng)、位姿調(diào)整機構(gòu)、掌握系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，各系統(tǒng)相互協(xié)作實現(xiàn)柔性化對接。我國航空航天中的大部件調(diào)姿與對接仍舊沿用以人工操作為主的傳統(tǒng)方法， 往往需屢次調(diào)整才能滿足對接精度要求，近年來國內(nèi)一些高校和企業(yè)樂觀開展大部件對接理論和實踐爭論，如浙江大學(xué)郭志敏等開發(fā)了基于三坐標(biāo)支撐柱的大型剛體位置和姿勢調(diào)整系統(tǒng)，北京航空制造工程爭論所杜兆才等爭論了多機器人協(xié)調(diào)操作系統(tǒng)在飛機大部件對接中的應(yīng)用等，初步建立了系統(tǒng)的自動調(diào)姿與對接裝備的技術(shù)體系。周密微小型零件手工裝配效率低、產(chǎn)品全都性差，相對而言，承受工藝裝備更簡潔實現(xiàn)高效率、高精度裝配要求。一般微小型零件的周密裝配系統(tǒng)包含視覺檢測單元、微力檢測單元、操作手單元及主控單元，分別實現(xiàn)獵取待裝配零件與目標(biāo)零件位姿信息、裝配零件力的掌握、裝配工藝操作及對其它系統(tǒng)的掌握等功能。近年來國內(nèi)外針對微裝配工藝裝備開展了大量爭論，如德國的卡爾斯魯厄核爭論中心微構(gòu)造爭論所、巴特勒爭論所、達(dá)爾馬詩塔特大學(xué)等很早就開頭微裝配工藝裝備爭論；瑞士聯(lián)邦理工大學(xué)始終致力于周密裝配機器人開發(fā)，成功研制了 MEMS零件與其它周密微小零件裝配的系統(tǒng)；加拿大多倫多大學(xué)研制了 6自由度微裝配系統(tǒng)，用于實現(xiàn)三維微構(gòu)造 -微電機驅(qū)動微鏡的周密裝配等；芬蘭坦佩雷大學(xué)，日本的東京大學(xué)、名古屋大學(xué)，法國的 FEMTO-ST爭論中心，意大利的比薩大學(xué)，美國的Zyvex公司、德州大學(xué)阿靈頓分校、明尼蘇達(dá)大學(xué)等開發(fā)了一系列周密裝配工藝裝備。我國的大連理工大學(xué)、華中科技大學(xué)、北京理工大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、西安交通大學(xué)、南京航空航天大學(xué)等單位都曾經(jīng)成功研制微裝配工藝裝備。將來裝配工藝裝備正向高牢靠性、自動化、柔性化、智能化、應(yīng)用集成化等方向進(jìn)展；同時裝配工藝簡單性、構(gòu)造及工藝參數(shù)不確定性等也要求裝配工藝裝備研制過程中，實現(xiàn)工藝裝備與工藝、檢測技術(shù)的系統(tǒng)集成。裝配測量與檢測測量與檢測是確保裝配質(zhì)量的直接保障手段， 甚至有的測量設(shè)備已經(jīng)作為工藝裝備的一局部，直接參與到產(chǎn)品裝配中。依據(jù)測量對象的不同，裝配測量與檢測技術(shù)主要分為三類： 1〕產(chǎn)品幾何量及其精度的測量，即產(chǎn)品外形及位置的測量；2〕物理量的檢測，即裝配力、變形量、剩余應(yīng)力、質(zhì)量特性等檢測；3〕產(chǎn)品狀態(tài)量的檢驗，包括產(chǎn)品裝配狀態(tài)、干預(yù)狀況、密封性能等的檢驗。上述檢測對象涉及的測量與檢測的方法及工具各異，需依據(jù)具體狀況進(jìn)展合理的選擇。在產(chǎn)品幾何量及其精度的檢測方面，依據(jù)測量方法的不同，主要分為接觸式測量和非接觸式測量。接觸式測量是通過測量頭與被測物發(fā)生接觸，從而獲得被測物幾何信息的測量方法，主要測量設(shè)備有三坐標(biāo)測量儀和關(guān)節(jié)臂式測量儀，主要檢測對象是機械產(chǎn)品幾何量。近年來三坐標(biāo)測量儀的測量精度和效率得到了極大提高，在產(chǎn)品三維幾何估量、測量點的分布和數(shù)量、分步式測量方法等技術(shù)方面取得了重要進(jìn)展，同時關(guān)節(jié)臂式三坐標(biāo)設(shè)備以其量程大、體積小及使用敏捷等優(yōu)點被廣泛關(guān)注，然而其爭論主要集中在機器人運動學(xué)及其精度補償領(lǐng)域，對于接觸式測量原理并未有的突破。非接觸式檢測手段主要有視覺測量、激光測量等。其中視覺測量使用單臺或多臺相機對被測物體進(jìn)展照相后，再通過圖像識別與數(shù)據(jù)處理等手段對被測物進(jìn)展測量。在視覺測量建模方面，對傳統(tǒng)的模型進(jìn)展改進(jìn)，形成了眾多先進(jìn)模型，如基于學(xué)問的視覺理論模型、主動視覺理論框架和視覺理論集成框架；在測量系統(tǒng)研發(fā)方面，國內(nèi)外都開發(fā)出精度較高的視覺測量系統(tǒng)，天津大學(xué)、上海交通大學(xué)在單目視覺檢測、大范圍視覺坐標(biāo)測量系統(tǒng)、三維激光視覺檢測系統(tǒng)開發(fā)等方面取得了突破性的進(jìn)展；基于深度學(xué)習(xí)的視覺識別是近年來的爭論熱點，其核心是深度學(xué)習(xí)中卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，相應(yīng)有 DPM、R-CNN、SPP-net等算法。激光檢測技術(shù)通過對被測物外表進(jìn)展掃描，獲得外表點云數(shù)據(jù)，在通過逆向工程得到產(chǎn)品外表信息，主要檢驗對象是產(chǎn)品外形精度。主要基于三角測量原理，應(yīng)用于焊接線檢測、磨損測量、三維外表快速測量等。在物理量的檢測方面，主要包括面對裝配力、變形測量的電阻應(yīng)變片測量、光測力法、磁敏電阻傳感器、聲彈原理測量方法等。在電阻應(yīng)變片測量方面，M.A.Mccarthy等人利用電阻應(yīng)變片對單螺栓進(jìn)展測量，覺察除了靠近孔的一側(cè)受力，其外表應(yīng)變分布不受螺栓孔間隙的影響。在聲彈性原理測量方面，M.B.Marshall 等人利用超聲導(dǎo)波的技術(shù)成功表征裝配結(jié)合面的界面壓力，確定了松動發(fā)生的速率。在產(chǎn)品狀態(tài)量的檢驗方面，主要包括產(chǎn)品內(nèi)部構(gòu)造檢測、泄露檢測等。在產(chǎn)品內(nèi)部構(gòu)造檢測技術(shù)方面，主要成果包括數(shù)字射線DR成像技術(shù)(DigitalRadiography)、計算機斷層掃描技術(shù)(ComputerTomography)等。中北大學(xué)的韓躍公平人研發(fā)了國內(nèi)首套簡單產(chǎn)品內(nèi)部構(gòu)造裝配正確性X射線在線自動檢測系統(tǒng)，成功應(yīng)用于汽車的多種簡單構(gòu)造產(chǎn)品的快速自動檢測。而在泄露檢測方面，目前主要方法是承受超聲波檢測泄露相機技術(shù)。過程裝置在制造和運轉(zhuǎn)的時候，不但需要知道有無泄漏，而且還要知道泄露率有多大，而超聲波檢漏在設(shè)備上的使用，使在線檢漏成為現(xiàn)實。目前，智能檢測已漸漸成為產(chǎn)品裝配檢測的重要進(jìn)展趨勢，智能化檢測不僅表達(dá)在研發(fā)更加準(zhǔn)確的智能化檢測設(shè)備和檢測系統(tǒng)， 同時表達(dá)在通過更加準(zhǔn)確、高效的算法對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)展分析，依據(jù)檢測結(jié)果反響指導(dǎo)裝配過程，形成裝配過程的閉環(huán)掌握。目前智能檢測技術(shù)的進(jìn)展重點有：〔 1〕研發(fā)多場融合的智能測量設(shè)備及微型傳感器；〔 2〕開發(fā)智能測量、識別、評估算法；〔 3〕基于人工智能手段對測量數(shù)據(jù)進(jìn)展二次利用，開發(fā)其“剩余價值”等。裝配MES技術(shù)生產(chǎn)車間作為制造企業(yè)的具體執(zhí)行單位和效益源頭，是企業(yè)信息流、物料流和掌握流的集合點，制造執(zhí)行系統(tǒng)(ManufacturingExecutionSystem，MES1990年美國先進(jìn)制造爭論協(xié)會〔AdvancedManufacturingResearch,AMR〕首先提出了制造執(zhí)行系統(tǒng)的概念；1997年，國際制造執(zhí)行系統(tǒng)協(xié)會〔ManufacturingExecutionSystemAssociation,MESA構(gòu)建了MES的功能模型，明確了MES系統(tǒng)的11個功能模塊，包括生產(chǎn)調(diào)度治理、資源安排與狀態(tài)治理、現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)質(zhì)量治理、生產(chǎn)設(shè)備治理、文檔掌握等。隨后 MESA在2023年提出了協(xié)同的MES〔CollaborativeManufacturingExecutionSystem,c-MES 〕概念，在此期間也消滅了可重構(gòu)MES〔Reconfigurable ManufacturingExecutionSystem,RMES〕的概念。面對裝配的MES技術(shù)，簡稱裝配MES技術(shù)，通常包含裝配車間作業(yè)打算編制、裝配質(zhì)量分析、裝配本錢掌握、物料動態(tài)跟蹤與治理、車間設(shè)備力量管理等功能，裝配 MES技術(shù)可以有效提高裝配車間生產(chǎn)效率，并保障產(chǎn)品裝配質(zhì)量。目前裝配 MES的爭論對象，多為自動扮裝配流水線，比較典型的應(yīng)用行業(yè)包括汽車、印制電路板、家用電器等，爭論內(nèi)容主要包括基于 RFID〔無線射頻，Radiofrequencyidentification 〕的裝配現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)采集，實時信息〔Realtimeinformation〕驅(qū)動的物料配送與治理，裝配生產(chǎn)線的平衡與排序等。另外，局部學(xué)者對離散型裝配 MES技術(shù)進(jìn)展了爭論與應(yīng)用，例如劉檢華等提出了基于流程的簡單產(chǎn)品離散裝配過程掌握方法， 以及面對離散裝配過程的數(shù)據(jù)實時采集、動態(tài)實時可視化監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度、物料動態(tài)跟蹤與治理、實做工藝等技術(shù)，開發(fā)了計算機關(guān)心簡單產(chǎn)品裝配過程治理與掌握系統(tǒng)并開展了工程應(yīng)用。朱海公平爭論了面對飛機裝配的 MES技術(shù)，GE等爭論了面對船舶建筑過程的空間調(diào)度問題。目前，智能制造已成為世界主要工業(yè)化國家重振制造業(yè)的重要突破口，其中智能裝配車間也是爭論重點方向之一。因此，如何在現(xiàn)有裝配 MES爭論成果的根底上，通過融合人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、移動通信等一代信息與通信技術(shù)，最終實現(xiàn)智能裝配車間是當(dāng)前爭論熱點。目前，陶飛等和劉檢華等就如何利用數(shù)字孿生技術(shù)實現(xiàn)智能化的生產(chǎn)車間或裝配車間進(jìn)展了初步的探究，后續(xù)的爭論內(nèi)容主要包括：〔 1〕面對裝配車間的物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建與優(yōu)化；〔2〕裝配車間數(shù)字孿生體的構(gòu)建、運行與優(yōu)化；〔 3〕裝配車間的制造大數(shù)據(jù)治理；〔4〕大數(shù)據(jù)驅(qū)動的裝配質(zhì)量評估與推測；〔 5〕裝配車間生產(chǎn)過程智能決策與優(yōu)化等。產(chǎn)品裝配技術(shù)的類型產(chǎn)品的裝配方法從不同的角度可劃分為不同的類型， 依據(jù)裝配的自動化程度，裝配主要可以分為手工裝配、專用自動扮裝配和柔性自動扮裝配三種：①手工裝配。手工裝配是目前最通用的方法，借助于通用或?qū)Ｓ霉A具，如工作臺、力矩扳手、鉚釘槍等，人手幾乎能實施任何產(chǎn)品的裝配。雖然人工裝配具有裝配全都性差、效率低等缺點，但裝配過程中人能從裝配圖紙中獵取大量的工藝信息，在人的智能和閱歷指導(dǎo)下，裝配活動極具柔性和匠心。在我國航空、航天、船舶和工程機械等領(lǐng)域，由于其產(chǎn)品大多具有多品種小批量的特點，手工裝配大量存在。②專用自動扮裝配。是指利用特地的設(shè)備和工裝針對確定構(gòu)造產(chǎn)品的裝配，生產(chǎn)效率通常高于人工裝配，但系統(tǒng)柔性差，適合于大批大量生產(chǎn)。目前我國汽車、電子等大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，其裝配根本都在移動流水線上進(jìn)展，但只是局部實現(xiàn)了全自動扮裝配。③柔性自動扮裝配。又稱機器人裝配，裝配系統(tǒng)由機器人組成，系統(tǒng)能適應(yīng)產(chǎn)品型號或構(gòu)造的變化，可實施較大范圍的產(chǎn)品族的裝配，兼有柔性強和生產(chǎn)率高的優(yōu)點。依據(jù)裝配的組織形式，裝配又可分為流程型裝配和離散型裝配。流程型裝配是指產(chǎn)品由多個零件經(jīng)過一系列連續(xù)的工序最終裝配而成， 并且隨著裝配工作的開展其裝配操作人員和裝配地點都會變化的裝配方式。 流程型的裝配方式有生產(chǎn)節(jié)拍，比較適用于大批量生產(chǎn)，例如汽車裝配就屬于流程型裝配。離散型裝配是指產(chǎn)品往往由多個零件經(jīng)過一系列并不連續(xù)的工序最終裝配而成，裝配操作人員圍繞預(yù)先設(shè)置的假設(shè)干個固定的裝配點，完成全部裝配工作的裝配方式。離散型裝配又可分為集中固定式裝配方式和分散式固定裝配方式。 集中式固定式裝配方式又名地攤式裝配方式， 就是由一組固定不變的工作人員對于全部的裝配工作在一個固定不變的地方集中完成全部裝配工作， 這種方法對單件生產(chǎn)的產(chǎn)品的裝配效率較高。分散式固定裝配方式是在固定中具有肯定的流淌性，其生產(chǎn)特點是將產(chǎn)品的裝配工作分解成假設(shè)干個組裝局部，在不同的組裝飾由不同的裝配操作人員完成，最終再完成總裝工作。這種方法生產(chǎn)效率相對較高，適用于較大批量的產(chǎn)品裝配。產(chǎn)品裝配技術(shù)的內(nèi)涵裝配是機械制造中最終打算產(chǎn)品質(zhì)量的重要工藝過程。裝配也可稱組裝，是指“增加或者聯(lián)接假設(shè)干零件來形成一個完整產(chǎn)品的過程”。簡潔的產(chǎn)品可由零件直接裝配而成；簡單的產(chǎn)品則須先將假設(shè)干零件裝配成部件，稱為部件裝配；然后將假設(shè)干部件和另外一些零件裝配成完整的產(chǎn)品，稱為總裝。產(chǎn)品裝配完成后需要進(jìn)展各種檢驗和試驗，以保證其裝配質(zhì)量和使用性能；有些重要的部件裝配完成后還要進(jìn)展測試。產(chǎn)品裝配技術(shù)是指機械制造中各種裝配方法、裝配工藝及裝備的技術(shù)總稱。目前產(chǎn)品裝配尚未形成一個比較系統(tǒng)和完整的技術(shù)體系，依據(jù)現(xiàn)有的生疏水平，可以認(rèn)為其主要包括面對裝配的設(shè)計、裝配工藝設(shè)計與仿真、裝配工藝裝備、裝配檢測與監(jiān)控、裝配車間治理等爭論方向，其根底理論包括計算幾何、彈塑性理論和人工智能等，產(chǎn)品裝配技術(shù)的進(jìn)展趨勢表現(xiàn)為集成化、 周密化、微/納化和智能化，其爭論體系框架如圖 1所示。產(chǎn)品裝配技術(shù)的五維構(gòu)造模型如圖 2所示其中設(shè)計是主導(dǎo)、工藝是根底、裝備是工具、檢測是保障、治理是手段。1〕設(shè)計是主導(dǎo)：產(chǎn)品的可裝配性和裝配性能主要是由產(chǎn)品的構(gòu)造打算的，設(shè)計時應(yīng)在構(gòu)造上保障裝配的可能，承受的構(gòu)造措施應(yīng)便利裝配，以削減裝配工作量，提高裝配質(zhì)量。2〕工藝是根底：工藝是指導(dǎo)產(chǎn)品裝配的主要技術(shù)文件， 裝配工藝設(shè)計質(zhì)量直接影響著產(chǎn)品裝配的操作難度、操作時間、工夾具數(shù)目和勞動強度等。 3〕裝備是工具：工藝裝備是實現(xiàn)自動化智能扮裝配的重要支撐工具。 4〕檢測是保障：測量與檢測是裝配質(zhì)量的直接保障手段。目前測量與檢測不僅僅是產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗手段，同時有時作為工藝裝備的一局部，直接參與到產(chǎn)品裝配中。例如在微裝配中，其自動扮裝配都是在測量設(shè)備供給的測量信息支持下完成裝配的。 5治理是手段科學(xué)的車間治理是提高裝配效率和質(zhì)量的重要手段。產(chǎn)品裝配的主要爭論方向產(chǎn)品裝配的主要爭論方向包括面對裝配的設(shè)計、裝配工藝設(shè)計與仿真、裝配工藝裝備、裝配測量與檢測、裝配車間治理等，下面主要對其爭論內(nèi)涵和當(dāng)前爭論重點進(jìn)展闡述。面對裝配的設(shè)計面對裝配的設(shè)計，也叫可裝配性設(shè)計，是指在設(shè)計階段充分考慮產(chǎn)品的各種裝配約束，以削減裝配時間和本錢、提高裝配質(zhì)量等為目標(biāo)的設(shè)計方法。有時為了在產(chǎn)品使用過程中的可修理性， 產(chǎn)品的可裝配性一般也要考慮產(chǎn)品在修理過程中的便利性；另外有時還要考慮在產(chǎn)品報廢后，進(jìn)展材料回收和再利用過程中對零部件的分解操作，這也綠色制造的要求。面對裝配的設(shè)計是現(xiàn)代設(shè)計方法的一個的分支。簡潔來說，面對裝配的設(shè)計就是易于裝配的產(chǎn)品設(shè)計，其動身點是在產(chǎn)品設(shè)計階段考慮并解決裝配過程中可能存在的問題，以確?？焖?、高效、低本錢地完成產(chǎn)品裝配。產(chǎn)品的裝配本錢、裝配質(zhì)量及裝配效率的影響因素有多種， 如設(shè)備的自動化程度及柔性、裝配工藝的制定、產(chǎn)品裝配的難易程度、工人裝配技術(shù)的嫻熟程度、參與裝配的零件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)組織治理等。在眾多的因素中，產(chǎn)品裝配的難易程度〔即可裝配性〕是最主要的因素。產(chǎn)品的可裝配性主要與總體構(gòu)造、零件設(shè)計、連接方式、性能要求等有關(guān)，產(chǎn)品的可裝配性主要是由產(chǎn)品的構(gòu)造打算的。因此設(shè)計時應(yīng)在構(gòu)造上保障裝配的可行性，承受的構(gòu)造措施應(yīng)便利裝配，并削減裝配工作量，提高裝配質(zhì)量。同時產(chǎn)品的可裝配性與產(chǎn)品承受的裝配工藝方法有關(guān)， 即承受手工裝配、專用自動裝配還是機器人柔性裝配，或者三者的混合。對于不同的裝配工藝方法，一樣的設(shè)計在裝配中所表達(dá)出來的難易程度也不同。例如，在專用自動扮裝配中，零件的自動進(jìn)給的定位簡易性標(biāo)準(zhǔn)比手工搬運操作要嚴(yán)格得多。而手工裝配由于人類所具有的推斷力、操作的敏捷性，可以完成簡單的裝配操作。但是，承受人工裝配時，對于零件的重量、操作中人手臂的可達(dá)性、夾緊力氣掌握的準(zhǔn)確性等，則有肯定的限制。在設(shè)計的早期應(yīng)當(dāng)盡早從裝配工藝過程的角度對產(chǎn)品進(jìn)展評價，盡早地考慮產(chǎn)品構(gòu)造、精度等對產(chǎn)品最終裝配環(huán)節(jié)的影響。在設(shè)計的早期通過選擇合理的零件材料，設(shè)計優(yōu)化的產(chǎn)品構(gòu)造，削減零部件的數(shù)量，承受便利敏捷的連接方式等手段，提高最終裝配的效率，降低裝配本錢，縮短整個制造周期，并提高企業(yè)設(shè)備資源等的利用效率。目前面對裝配的設(shè)計，主要通過指導(dǎo)性的手冊對設(shè)計師進(jìn)展指導(dǎo)，通過可裝配性分析、仿真軟件對裝配過程進(jìn)展評價。DFA的作用是通過驗證和改進(jìn)產(chǎn)品的可裝配性表達(dá)出來的，對于尚處在設(shè)計階段的產(chǎn)品來說，可裝配性好壞最直觀的效果，莫過于在計算機上仿真產(chǎn)品的實際裝配過程，因此，利用計算機圖形學(xué)和仿真技術(shù)來實現(xiàn)產(chǎn)品的虛擬裝配仿真技術(shù)， 成為改進(jìn)產(chǎn)品可裝配性的主要使能手段之一。另外，隨著增材制造、納米制造等型制造技術(shù)的興起和進(jìn)展，通過簡化產(chǎn)品構(gòu)造，承受原理、材料，可以借助更少的零件數(shù)量和更簡潔的構(gòu)造實現(xiàn)產(chǎn)品的功能，從而顯著地降低裝配本錢和裝配時間。裝配工藝設(shè)計與仿真產(chǎn)品裝配工藝設(shè)計是指確定產(chǎn)品裝配工藝規(guī)程的工作過程。裝配工藝設(shè)計技術(shù)主要包括產(chǎn)品裝配建模、裝配工藝規(guī)劃、裝配過程仿真、裝配精度分析和3裝配工藝規(guī)劃是目的，裝配過程仿真和裝配精度分析是手段。另外，裝配工藝設(shè)計過程治理和設(shè)計學(xué)問治理是裝配工藝設(shè)計的重要內(nèi)容。由于自動生成裝配挨次和路徑的簡單性， 裝配過程仿真漸漸成為裝配工藝設(shè)計中最重要的爭論內(nèi)容，并正經(jīng)受由幾何仿真向物理仿真的轉(zhuǎn)變。產(chǎn)品的裝配質(zhì)量和裝配性能與整個裝配工藝過程親熱相關(guān)， 因此需要從整個裝配工藝過程角度來優(yōu)化工藝參數(shù)。將來的裝配工藝設(shè)計，應(yīng)當(dāng)是一種徹底拋棄傳統(tǒng)的試錯式裝配工藝，是一種可推測的、集成的、基于建模和仿真的科學(xué)設(shè)計。所謂集成的裝配過程建模與仿真方法，主要是從生產(chǎn)的實際問題動身，建立面對現(xiàn)場的真實感仿真環(huán)境，通過綜合考慮工裝夾具、裝配精度和物理特性、線纜和管路及構(gòu)造件穿插裝配等一體化的集成裝配過程仿真與分析， 實現(xiàn)在實物試裝前預(yù)知產(chǎn)品最終的裝配性能，并對工藝參數(shù)進(jìn)展優(yōu)化。另外，傳統(tǒng)的裝配工藝設(shè)計常常以保障產(chǎn)品的幾何精度為目標(biāo)，隨著機械產(chǎn)品周密化、微細(xì)化、光機電一體化方向進(jìn)展，簡潔地提高裝配的幾何精度并不能到達(dá)提高產(chǎn)品性能的目的。以某導(dǎo)引頭視線穩(wěn)定系統(tǒng)伺服機構(gòu)為例，該系統(tǒng)全套引進(jìn)國外技術(shù)、圖紙和制造工藝，其零部件加工精度已經(jīng)到達(dá)或超過國外同類產(chǎn)品，但同一批次產(chǎn)品的質(zhì)量全都性和穩(wěn)定性相差很大，反復(fù)篩選和調(diào)試后，也難以保證系統(tǒng)到達(dá)設(shè)計指標(biāo)，一次成品率低；同時，該產(chǎn)品裝調(diào)過程主要靠閱歷豐富的裝配技師使產(chǎn)品的靜態(tài)精度和動態(tài)特性指標(biāo)得到保證，合格出廠的產(chǎn)品經(jīng)過電裝、振動試驗后，局部產(chǎn)品頻率特性還可能發(fā)生轉(zhuǎn)變；另外靜止放置一段時間后，由于內(nèi)部應(yīng)力釋放，其諧振頻率和非線性特性也可能發(fā)生變化。因此，對簡單周密機電系統(tǒng)，需要爭論并建立裝配工藝參數(shù)與產(chǎn)品裝配性能之間的內(nèi)在科學(xué)聯(lián)系，找到影響產(chǎn)品裝配性能的關(guān)鍵裝配環(huán)節(jié)和工藝參數(shù)，并突破多學(xué)科參數(shù)耦合裝調(diào)的相關(guān)理論和技術(shù)，量化各種工藝參數(shù)，真正實現(xiàn)可控、可測、可視的產(chǎn)品裝配。裝配工藝裝備先進(jìn)的裝配工藝裝備是產(chǎn)品高精度、高效率、高全都性和高牢靠裝配的重要保障工具。隨著產(chǎn)品構(gòu)造越來越簡單，裝配性能要求越來越高，以及高技能裝配操作工人日益缺乏的形式下， 先進(jìn)的裝配工藝裝備研發(fā)及應(yīng)用越來越受到國內(nèi)外學(xué)者關(guān)注。裝配工藝裝備的爭論體系框架如圖 4所示，相關(guān)爭論主要涉及三個方面：1〕原理、技術(shù)的裝配工藝裝備；2〕數(shù)字化、智能化的裝配工藝裝備；3〕柔性化、集成化的裝配工藝裝備系統(tǒng)。研制型裝配工藝裝備，實現(xiàn)從手工裝配向自動扮裝配的轉(zhuǎn)變，是實現(xiàn)裝配工藝裝備數(shù)字化、智能化的根底；研發(fā)數(shù)字化、智能化的裝配工藝裝備，實現(xiàn)從自動扮裝配向智能扮裝配的躍升，對于提升裝配效率、裝配質(zhì)量及牢靠性等具有重要意義；而實現(xiàn)裝配工藝裝備的結(jié)構(gòu)/功能柔性化，并與物料輸送系統(tǒng)、信息掌握系統(tǒng)有機集成，是適應(yīng)簡單產(chǎn)品現(xiàn)代裝配要求的重要保證。裝配工藝裝備設(shè)計制造原理/技術(shù)，是面對材料/工藝/構(gòu)造產(chǎn)品的裝配要求，主要爭論裝配工藝裝備的型運動方案、構(gòu)造方案、驅(qū)動與傳動方案、定位/裝夾方案等，突破裝配工藝裝備構(gòu)造及性能優(yōu)化設(shè)計、裝配工藝及性能準(zhǔn)確掌握等關(guān)鍵技術(shù)，研制滿足先進(jìn)裝配工藝要求的裝配工藝裝備。例如面對航空發(fā)動機全都性裝配要求的擰緊參數(shù)準(zhǔn)確掌握技術(shù)、雙軸/多軸同步掌握技術(shù)，研制長軸小孔徑自動擰緊系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子自動調(diào)姿/對接/擰緊系統(tǒng)、轉(zhuǎn)子堆疊優(yōu)扮裝配系統(tǒng)等。數(shù)字化、智能扮裝配工藝裝備，主要爭論裝配工藝實時數(shù)據(jù)采集 /傳輸技術(shù)，融合數(shù)據(jù)分析的多驅(qū)動機構(gòu)協(xié)同掌握、誤差補償?shù)汝P(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合產(chǎn)品裝配需求，構(gòu)建“測量-工藝再設(shè)計-工藝掌握一體化”的數(shù)字化、智能扮裝配工藝裝備系統(tǒng)；爭論裝配工藝增加現(xiàn)實技術(shù)，突破虛擬物體和真實場景融合、基于機器視覺的人機交互等關(guān)鍵技術(shù)，研制人機交互的裝配工藝系統(tǒng)。柔性化、集成扮裝配工藝裝備系統(tǒng)，主要爭論可移動、可重組、可重用的裝配工藝裝備〔如可移動、可重組、可重用的飛機裝配數(shù)控定位器等〕，突破裝備工藝裝備動態(tài)成組及同步掌握技術(shù)，研制柔性自動裝配工裝等；開展柔性裝配線布局及方案設(shè)計，突破柔性扮裝配線負(fù)荷平衡、裝配工藝優(yōu)化、物流優(yōu)化、裝配工藝過程集成掌握等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建柔性裝配工藝系統(tǒng)集成應(yīng)用技術(shù)體系。裝配測量與檢測測量指將被測量與具有計量單位的標(biāo)準(zhǔn)量在數(shù)值上進(jìn)展比較，從而確定二者比值的試驗生疏過程；檢測是指利用相關(guān)設(shè)備對系統(tǒng)進(jìn)展檢查、試驗，并對檢測結(jié)果進(jìn)展快速、準(zhǔn)確的推斷。測量與檢測是對產(chǎn)品裝配中的質(zhì)量進(jìn)展快速診斷、分析和定位的過程，是確保產(chǎn)品質(zhì)量的直接保障，將來裝配測量及檢測技術(shù)將通過與數(shù)字化技術(shù)、智能掌握技術(shù)等親熱融合，在產(chǎn)品裝配過程中將發(fā)揮越來越重要的作用。裝配測量與檢測技術(shù)爭論框架如圖 5所示，相關(guān)爭論內(nèi)容主要涉及三方面：1〕型裝配測量與檢測原理、技術(shù)與設(shè)備； 2〕多源融合的裝配幾何量、物理量檢測方法及系統(tǒng)； 3〕面對智能裝配的信息采集與數(shù)據(jù)分析技術(shù)。型裝配測量與檢測原理、技術(shù)與設(shè)備，主要爭論用于零件形貌、外形/位置誤差、位移場及裝配精度等測試的幾何光學(xué)測試原理，用于協(xié)作狀態(tài)、配合間隙、連接剛度等的接觸/非接觸測試原理等，研制用于位姿特征、裝配工/力參數(shù)及裝配質(zhì)量測試的型傳感器及測試系統(tǒng)〔如型微/納傳感器、空間幾何誤差測量裝置，基于超聲導(dǎo)波/超聲相控陣的結(jié)合面接觸特性檢測系統(tǒng)〕等。多源融合的裝配幾何量、物理量檢測方法及系統(tǒng)，針對簡單產(chǎn)品裝配過程中涉及幾何/物理量多且相互關(guān)聯(lián)，而獵取的檢測量相互孤立的問題，爭論多源檢測數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分析方法，突破多參量冗余測量、多源傳感優(yōu)化布置等關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建航空航天裝備、周密儀器儀表等典型產(chǎn)品裝配多幾何量、物理量的高效檢測系統(tǒng)，為實現(xiàn)多學(xué)科參量耦合裝調(diào)、多物理性能綜合掌握奠定根底。面對智能裝配的信息采集與數(shù)據(jù)分析技術(shù)，主要爭論用于裝配幾何/物理量測試的智能檢測設(shè)備和系統(tǒng)〔如智能螺栓、自定心裝配精度測試平臺等〕，結(jié)合典型產(chǎn)品裝配需求構(gòu)建面對智能裝配的信息綜合采集系統(tǒng)， 突破檢測數(shù)據(jù)高效傳輸及處理技術(shù)、基于人工智能手段的檢測數(shù)據(jù)分析方法等，為實現(xiàn)智能扮裝配供給測量與檢測數(shù)據(jù)保證。裝配車間治理裝配車間治理是指對裝配車間所從事的各項生產(chǎn)經(jīng)營活動進(jìn)展打算、 組織、指揮、協(xié)調(diào)和掌握的一系列治理工作。裝配車間治理主要包括生產(chǎn)調(diào)度治理、物料治理、質(zhì)量治理和人員治理等方面，如圖 6所示為裝配車間治理功能構(gòu)造圖。裝配車間治理的關(guān)鍵技術(shù)主要包括生產(chǎn)調(diào)度、裝配數(shù)據(jù)實時采集與分析、物料精準(zhǔn)配送和路徑規(guī)劃、裝配質(zhì)量數(shù)據(jù)治理等。生產(chǎn)調(diào)度：面對裝配的生產(chǎn)調(diào)度是指在肯定的約束條件下，把有限的資源在時間上安排給假設(shè)干個任務(wù)， 以滿足或優(yōu)化一個或多共性能指標(biāo)的過程。車間生產(chǎn)調(diào)度分為靜態(tài)車間調(diào)度和動態(tài)車間調(diào)度。 靜態(tài)車間調(diào)度是指全部的制造資源在開頭調(diào)度時刻都已經(jīng)預(yù)備就緒，不考慮裝配過程中消滅的意外狀況，如交貨期提前、臨時任務(wù)的插入、儀器設(shè)備消滅故障等。動態(tài)車間調(diào)度則要求考慮產(chǎn)品在裝配過程中消滅的各種意外狀況。 這種方式要求調(diào)度能夠隨時響應(yīng)車間實際生產(chǎn)環(huán)境的變化，以確保在任何時候都能保持車間的性能指標(biāo)處于最優(yōu)或次優(yōu)狀態(tài)。動態(tài)車間調(diào)度更符合離散裝配車間的實際生產(chǎn)狀況和特點〔動態(tài)性強、不確定性因素和隨機因素較多、變化快〕。裝配數(shù)據(jù)實時采集與分析：在裝配過程中，信息系統(tǒng)與裝配現(xiàn)場真實數(shù)據(jù)之間缺乏有效的同步機制和手段，造成信息傳遞的時效性差，裝配現(xiàn)場狀態(tài)不透亮等問題，使得裝配單元和裝配過程的監(jiān)控難以滿足現(xiàn)場實際需求，因此有必要承受肯定的手段來保證現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的實時性和準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有的數(shù)據(jù)采集方法分為三種類型：1〕通過人工手動采集輸入；2〕從生產(chǎn)或者測試設(shè)備直接獵取數(shù)據(jù)；3〕通過自動識別技術(shù)如條形碼、RFID等進(jìn)展數(shù)據(jù)采集。另外，如何對已采集的實時數(shù)據(jù)進(jìn)展統(tǒng)計、分析與推測是實現(xiàn)裝配車間數(shù)字化和智能化治理的關(guān)鍵，包括基于實時數(shù)據(jù)的裝配生產(chǎn)線運行狀態(tài)分析與推測、生產(chǎn)進(jìn)度的運行狀態(tài)分析與監(jiān)控、設(shè)備故障診斷與推測、物料跟蹤與治理等。物料精準(zhǔn)配送：目前，離散裝配車間生產(chǎn)的隨便性仍舊較大，物料需求缺少預(yù)見性。物料部門通常只能依據(jù)最大需求量備料，不僅使得線邊空間越來越小，物料積存現(xiàn)象嚴(yán)峻，而且不行避開地會存在缺料的狀況。物料配送和路徑規(guī)劃是指在生產(chǎn)打算的指導(dǎo)下，依據(jù)實際生產(chǎn)狀況，在滿足物料、時間、運輸力量等約束條件下，為每個裝配工位配送相應(yīng)的物料并確定運輸設(shè)備及其移動路徑、運輸時間和速度等，確保物料按時、按量到達(dá)指定工位。裝配質(zhì)量數(shù)據(jù)治理與智能決策：裝配過程常常會發(fā)生各種質(zhì)量問題，因此需要實時、完整和準(zhǔn)確地收集和整理產(chǎn)品海量的質(zhì)量數(shù)據(jù)，在此根底上對質(zhì)量數(shù)據(jù)進(jìn)展構(gòu)造化治理和分析推測， 一方面深入分析產(chǎn)品質(zhì)量問題發(fā)生的緣由，得到影響產(chǎn)品質(zhì)量的主要因素；另一方面對車間生產(chǎn)過程中將來發(fā)生的質(zhì)量大事作肯定的推測，從而實行科學(xué)的掌握機制和決策，使車間性能向優(yōu)化方向進(jìn)展，削減甚至避開質(zhì)量問題的發(fā)生。將來產(chǎn)品裝配技術(shù)的進(jìn)展趨勢目前我國產(chǎn)品生產(chǎn)中的裝配治理落后和自動化水平低下的現(xiàn)象比較嚴(yán)峻，只是局部汽車、電子等工業(yè)實現(xiàn)了自動扮裝配，在航空、航天、兵器、船舶、數(shù)控機床、工程機械等行業(yè)的大局部產(chǎn)品都是以閱歷指導(dǎo)的手工裝配操作為主完成，裝配工藝參數(shù)主要憑借閱歷和感覺調(diào)整，裝調(diào)水平主要取決于工人的閱歷和技能，導(dǎo)致產(chǎn)品裝配質(zhì)量全都性差。隨著我國制造業(yè)向智能制造等高端制造的轉(zhuǎn)型升級，產(chǎn)品的裝配技術(shù)也需要逐步實現(xiàn)從手工 /閱歷裝配向自動化/智能扮裝配方向的轉(zhuǎn)變，將來產(chǎn)品裝配技術(shù)的進(jìn)展趨勢主要是集成化、周密化、微/納化和智能化等。集成化 裝配作為系統(tǒng)集成環(huán)節(jié)，最終所表現(xiàn)的裝配性能受到設(shè)計、材料特性、機械加工、裝配工藝、檢測技術(shù)等多方面的綜合影響，具有機械、材料、信息、儀器等多學(xué)科穿插的系統(tǒng)集成特征。雖然裝配具有系統(tǒng)集成特性，但傳統(tǒng)的產(chǎn)品裝配時，主要通過幾何精度掌握來進(jìn)展產(chǎn)品性能的掌握，這種傳統(tǒng)的方式存在很多缺乏。尤其對很多光產(chǎn)品而言，其幾何精度掌握與性能掌握常常缺乏全都性，滿足制造精度要求的產(chǎn)品不肯定滿足性能指標(biāo)，也就是說，簡潔地提高裝配的幾何精度并不能到達(dá)提高產(chǎn)品性能的目的。以某型高精度加速度計為例，其工作時的物理場包括力場、電場、磁