DFX技术在航天装备制造中的应用

引   言

DFX技术（Design For X）是基于并行设计的思想，在产品概念设计和详细设计的早期阶段就充分考虑到产品生命周期中的各种要求，从而协助设计人员在产品研发阶段尽早地考虑与制造、装配、成本等与制造相关的约束，全面评价产品设计和工艺设计，并提出改进的反馈信息，及时改进设计。

1.航天装备制造中工艺审查的背景和需求分析

1.1工艺审查的背景

当前，在航天装备设计制造工作中采用了多项计算机辅助技术，但是彼此之间并没有形成有效的数字化信息共享和传递流程，在实际的产品研制中传统的抛墙式的串行协同模式仍然占据主导。

图1 传统工艺审查流程

特别是我国航天研制体系受到俄罗斯研发体系的影响，设计所和制造厂是分离的。虽然有着工作流程简单的优势，但也造成沟通不充分，有可能导致设计不合理引起后期制造、装配问题，延误研制进度的问题。这种传统串行工艺审查模式下制造工艺审查过程中存在工作量大、耗时长且容易遗漏等问题，严重束缚了航天装备研发制造的升级。

1.2工艺审查的需求分析

在产品设计完成后如果事先不进行工艺审查，当把产品图纸移交生产后，一旦工艺人员为了满足产品的工艺性而提出改变产品结构要求，设计员一般情况下是不愿意接受的，而要满足这些要求，又可能增加结构的附加试验和其他问题。而生产准备和产品设计又不是并行的，当图纸移交生产后，若改变产品的结构，生产准备的时间就要延长，相应也拖长了新产品生产的周期。因此，要尽可能的使结构设计和工艺审查同步进行，即设计和工艺工作并行开展，将对结构的基本工艺要求和新工艺、新材料、新方法的应用贯穿于设计的全过程。

应用DFX技术在设计工艺性审查中的

解决方案

基于DFX技术的并行工程顺利实施，离不开面向制造和装配的产品开发，只有从产品开发入手，才能够顺利实现并行工程提高质量、降低成本、缩短开发时间的目的。而DFoX作为DFX技术实施落地的工具之一，在多种先进的设计工艺性检查技术支持下，以工艺审查知识为研究对象，通过提取模型信息和底层规则逻辑进行对比分析计算，进而得出分析结论，形成并行协同管理模式，实现高效的工艺性检查的同时形成企业化工艺性检查知识库和规范化的工艺性检查应用流程，进而帮助企业提高产品的研制效率。

2.1业务实现框架

通过设计、工艺部门并行协同工作实现面向设计工艺性审查业务流程如图：

图2 应用DFX技术的工艺性审查业务流程

根据设计部门、工艺部门负责的业务内容不同分别详细说明如下：

• 设计部门

1)在产品设计过程中，利用DFoX软件系统随时检查三维模型的设计工艺性，并基于检查结果及时进行分析处理，针对其中无法确认和需要同设计人员沟通的方面可以用软件生成检查报告来传递给工艺人员，以便工艺人员对设计工艺性检查问题的追踪确认。

2)针对工艺部门反馈的设计工艺审查结果，设计工艺双方共同讨论确定最终解决措施并进行模型设计更改，在保证产品性能和功能的基础上保证产品设计工艺质量。

• 工艺部门

1）主要负责基于DFoX软件系统现有设计工艺规则进行梳理及新规则开发定义；

2）基于DFoX软件系统实现设计工艺并行协同工作模式，在型号研制早期利用相应工具并结合自身实践经验参与设计工艺审查，积极反馈意见给相关部门。

3）针对前期产品设计工艺检查结果，对可能影响型号性能、功能无法进行设计更改的工艺性问题，提前进行工艺流程、设备及工装等准备，保证型号研制顺利运行。

2.2 主要功能模块描述

DFoX软件的基础功能模块主要包括审查功能模块、工艺规则库模块及工艺审查结果模块等，结合强有力的应用编程接口可实现零部件设计、制造工艺规则库的开发，包括软件自带工艺规则库的企业化和新规则的开发。

• 检查功能模块

DFoX软件无缝集成在Creo、NX、CATIA、SOLIDWORKS和ZW3D中，基于企业标准规范和生产加工能力对零部件进行可制造性分析，并提出合理的改进建议，同时支持和模型的高亮交互显示，以便工程技术人员进行问题的跟踪和快速定位，工程人员审查完成后，可以快速生成模型的工艺审查报告。

图3 CATIA检查界面展示

• 工艺规则库模块

DFoX软件自带数字化的工艺知识库，其中涉及到国标、行标的相关标准和规范，可以将企业产品的行业标准规范、专家经验及生产经验进行融合，并结合产品设计和制造模型的结构特点，对各工艺方向规则进行参数的重新梳理和标定。为了更好的建设产品零部件的制造工艺知识库目标，可利用DFoX软件配置的接口进行规则的开发，形成可量化的工艺知识库，构建一整套适合航天装备零部件设计、制造的数字化设计工艺检查需要的标准规范，便于知识的传承和积累。

图4 软件不同工艺方向的规则库展示

• 工艺审查结果模块

DFoX软件支持一键式生成多种形式的分析报告，包括Excel格式的报告，其中Excel格式的报告可以大大简化产品设计信息的共享问题，可更加有效地使参与产品开发的每个人进行协作。利用设计工艺性检查工具快速、可靠且方便地导出的Excel报告文件，可以准确地展现产品设计中的可制造性问题以便于快速修改，报告输出功能。

图5检查报告界面展示

用户案例

案例：某航天火箭研究所的DFX解决方案。

3.1工程问题

某研究所初步建立了一些设计工艺规范和要求，企业内部也拥有一批经验丰富的资深技术专家来进行工艺审查。但工艺性审查目前仍存在如下工程问题：

1）采用传统的人工审查方式，面向的是传统二维工程图，三维模型仅作为辅助贯穿在审查过程中。这就使得大型复杂的结构工艺问题容易疏漏，很多难以测量、成本昂贵甚至是配套厂无法生产的工艺问题不易被发现；

2）由于工艺审查标准和规范尚未实现数字化统一管理，导致同一类发生过的问题可能在不同部门、不同配套厂反复出现；

3）工艺性审查工作往往较为集中，审查时间严重不足，工艺人员经常加班加点赶进度，由于人的疲劳性，使得工艺审查容易产生疏漏；

4)工艺知识无法得到快速高效地传承，一旦经验丰富的工艺专家退休，企业损失的可能是一代人的积累。

为应对当前存在的上述现状，该所经过全面的市场调研与可行性论证，决定引入工艺性审查软件。

3.2安怀信工艺性审查解决方案

根据本期项目建设目标和业务调研梳理，本次项目实施需要完成以下内容：

1)  DFoX设计工艺性检查工具应用

主要实现工具为DFoX设计工艺性检查工具，项目功能实现首先需要完成软件的安装部署，完成软件产品的前期交付。

2)  DFoX设计工艺性检查工具规则库梳理标定

规则库文件为DFoX设计工艺性检查工具检查的标准依据，为了得到准确的检查结果，需要公司项目人员与服务商项目实施人员共同完成规则文件的梳理标定，确保规则库标定的参数符合公司的实际设计情况。

3)  DFoX设计工艺性检查工具新规则开发扩充

本次项目需要完成新规则内容收集、开发、测试和优化等。

4)  DFoX设计工艺性检查工具与公司Teamcenter系统集成

为了使软件规则库文件能够更好的被管理，本次项目需完成DFoX设计工艺性检查工具与公司Teamcenter系统的集成开发，开发后主要实现规则库文件在Teamcenter系统的统一管理。

图6 项目内容

3.3开发与应用成果例举

• 典型钣金件设计问题及DFX应用

  
  

图7 DFoX检查出来的部分检查问题

• 机匣类零件设计问题及DFX应用

图8 DFoX检查出来的部分问题展示

• 控制系统设计问题及DFX应用

  
  

  

  图9 DFoX部分规则展示

  
  

  
  

  
  

• 给企业带来的价值

  
  

DFoX作为DFX技术实施落地的工具之一，实现装备制造中零、组件三维模型的自动化工艺性审查功能，有利于提高结构设计的工艺性和工艺性审查的效率，减少设计反复与制造过程中的设计、工艺更改，缩短研制周期。

• 优化流程

• 释放人力资源

• 建立持续发展机制

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