導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望

李默 冶尚容

摘 要：在現(xiàn)代制造行業(yè)中，導(dǎo)管以其輕量化、強韌化、低消耗等特點在航空航天、船舶制造、能源輸送等領(lǐng)域得到了廣泛運用。隨著市場需求對導(dǎo)管的使用越來越多，且提出了更高的精度要求，對相關(guān)制造技術(shù)也提出了更高的標(biāo)準(zhǔn)。由此，也加速了在導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)的科學(xué)研究。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)管;數(shù)字化制造技術(shù);研究現(xiàn)狀;展望

1 導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)的研究現(xiàn)狀

導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)是一項結(jié)合了導(dǎo)管的數(shù)字化設(shè)計、分析及加工技術(shù)于一體的綜合性技術(shù)，在當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)時代，飛機制造業(yè)對于導(dǎo)管制造技術(shù)的需求越來越高，這對于促進(jìn)導(dǎo)管制造行業(yè)研發(fā)數(shù)字化制造技術(shù)提供了前提條件。

1.1 國外研究現(xiàn)狀

導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)的最初開發(fā)起始于飛機制造的需求。20世紀(jì)70年代，美國惠普公司（P&W）就開始了利用計算機輔助系統(tǒng)進(jìn)行渦輪噴氣發(fā)動機的管路設(shè)計改進(jìn)工作，通過在計算機上構(gòu)建飛機發(fā)動機的三維導(dǎo)管模型，得出導(dǎo)管形狀的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)而檢查相關(guān)導(dǎo)管設(shè)計是否滿足飛機發(fā)動機的設(shè)計要求，如果有問題，可以直接在計算機上進(jìn)行修改，而不需要將修改的工作留在樣機完成階段，從而節(jié)約50%的設(shè)計成本，同時將設(shè)計速度提升一倍。

經(jīng)過10年的技術(shù)研發(fā)，相關(guān)技術(shù)已實現(xiàn)了交互式構(gòu)型設(shè)計系統(tǒng)的構(gòu)建，ICDS的出現(xiàn)攻克了更復(fù)雜的構(gòu)型設(shè)計難題。人們在計算機上就可以完成包括發(fā)動機機匣、附件、管路等所有部件的建模，形成電子樣機，同時還能在計算機上對電子樣機內(nèi)各部件之間的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行檢查。這項新的技術(shù)減少了相關(guān)設(shè)計對物理樣機的制造投入成本，有效的縮短了設(shè)計周期。但是ICDS在管路設(shè)計方面還處于半自動狀態(tài)，需要在指定的幾個頂點的基礎(chǔ)上進(jìn)行管路的敷設(shè)設(shè)計。

為實現(xiàn)相關(guān)技術(shù)在導(dǎo)管制造中的作用，針對導(dǎo)管彎曲加工中的變形問題，許多學(xué)者都進(jìn)行了研究。計算機畏助工藝規(guī)劃CAPP系統(tǒng)的出現(xiàn)對于導(dǎo)管數(shù)字化技術(shù)在實際生產(chǎn)中的運用有著重大意義。該系統(tǒng)分為變異式和創(chuàng)成式兩類，兩者的區(qū)別在于，變異式CAPP系統(tǒng)的工作原理是從工藝庫里找到具有相似性零件的工藝規(guī)程，而創(chuàng)成式CAPP系統(tǒng)則是能過自身的邏輯判斷相關(guān)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)對其加工工藝進(jìn)行規(guī)劃。

隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品加工制造中的各種復(fù)雜問題都很到了較好的解決，最終也實現(xiàn)了導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)在實際生產(chǎn)中的運用和推廣。目前，這項技術(shù)廣泛運用于航天導(dǎo)管產(chǎn)品從產(chǎn)品、工藝設(shè)計到生產(chǎn)和故障診斷分析以及質(zhì)量檢測等各個環(huán)節(jié)。數(shù)控彎管機就是相關(guān)技術(shù)運用于產(chǎn)品生產(chǎn)的重要產(chǎn)物。為保證其在降低生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上完成高效、安全的生產(chǎn)任務(wù)，相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了大量的軟件程序開發(fā)工作。NC程序很好的解決了相關(guān)設(shè)備對導(dǎo)管切削過程的控制，但對于彎管加工過程的仿真并沒有太大作用。雖然意大利推出了款針對彎管加工過程的仿真軟件——VGP3D，但在產(chǎn)品的生產(chǎn)中并不具備通用性。2001年，德國推出了的VRbendSim在VGP3D的基礎(chǔ)上，加入了加工參數(shù)優(yōu)化功能。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

隨著導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)的日漸成熟和我國航天航空行業(yè)的快速發(fā)展，我國已開始進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的引進(jìn)和研發(fā)工作。20世紀(jì)90年代，北京航空航天大學(xué)開始進(jìn)行航空發(fā)動機管路系統(tǒng)的設(shè)計研究，并推出了AEPRS和IRSAEP管路設(shè)計系統(tǒng)，并利用其進(jìn)行了發(fā)動機電子樣機的設(shè)計和管路檢查。在此基礎(chǔ)上，相關(guān)專家提出了層面法管路敷設(shè)、模式法管路敷設(shè)等方法。

在導(dǎo)管計處機輔助工程分析方面同，重慶大學(xué)利用限元分析法進(jìn)行了相關(guān)研究，西北大學(xué)則將限元分析法與能更緊起皺準(zhǔn)則相結(jié)合，提出了薄壁管數(shù)控彎曲成形過程中起皺的能量預(yù)測方法。同時，西北工業(yè)大學(xué)在數(shù)控彎管加工過程仿真研究中針對VB系統(tǒng)數(shù)控彎管機開發(fā)出了具有一定實用性的仿真軟件。

2 導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)的發(fā)展趨勢分析

導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)存在的問題是目前制約其推廣普及的主要原因。相關(guān)技術(shù)是由多個單項技術(shù)科學(xué)結(jié)合產(chǎn)生的一項綜合性制造技術(shù)，雖然近年來其中的多個單項技術(shù)都得到了大力發(fā)展，但其中涉及到管路設(shè)計、仿真建模、模胎設(shè)計等技術(shù)還存在很多不足，難以在實際生產(chǎn)中發(fā)揮作用，這些都是急需解決的問題，尤其是導(dǎo)管加工過程中的仿真技術(shù)和模胎技術(shù)的實現(xiàn)障礙和參數(shù)無法進(jìn)行數(shù)字化確定的問題，還有待相關(guān)專家的進(jìn)一步研究開發(fā)。

另外，由于航空航天技術(shù)的突飛猛進(jìn)，相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計制造復(fù)雜程度越來越高，也對導(dǎo)管的設(shè)計制造提出了更高的要求，形狀設(shè)計復(fù)雜和成形精度更高的導(dǎo)管設(shè)計越來越多，然而由于導(dǎo)管的彎曲加工和模胎參數(shù)確定等都需要人工參與，這是相關(guān)技術(shù)需要突破的重要瓶頸。人工智能技術(shù)的發(fā)展被視為是利用人類知識改變傳統(tǒng)制造工藝的重要技術(shù)，早在導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)的形成初期，人工智能技術(shù)就已參與到相關(guān)的技術(shù)研發(fā)中。在目前的導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)中，人工智能技術(shù)的運用主要體現(xiàn)在專家系統(tǒng)的構(gòu)建方面，但對于專家系統(tǒng)中數(shù)值計算、多個科技領(lǐng)域知識和多種任務(wù)及功能的集成都存在一定的缺陷。這些集成系統(tǒng)的不完善直接導(dǎo)致了導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)對設(shè)計對象的規(guī)模和復(fù)雜性的限制。目前，相關(guān)研究人員對于該技術(shù)的研發(fā)方面主要集中在面向現(xiàn)代設(shè)計制造要求基于知識的工程進(jìn)行新型智能設(shè)計方法的研究。

3 結(jié)語

導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)對于制造行業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展具有重要意義。從該技術(shù)在國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀中可以發(fā)現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)存在一些缺陷，而這些缺陷正是制約導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)在制造行業(yè)中普及推廣的主要原因。只有不斷加強對該技術(shù)的研究工作，有效完善其在導(dǎo)管數(shù)字化集成制造中的存在的不足，進(jìn)一步實現(xiàn)導(dǎo)管數(shù)字化制造過程中的信息共享和交換，才能提高相關(guān)制造生產(chǎn)的產(chǎn)品加工質(zhì)量和效率，滿足市場需求，保障該技術(shù)的長遠(yuǎn)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]白雪山.導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)在某新型飛機研制中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2014，14：83-85.

[2]舒送，范鑫，張小輝，馬俊.導(dǎo)管數(shù)字化制造技術(shù)在傳統(tǒng)飛機修理中的應(yīng)用[J/OL].制造技術(shù)與機床，2016（06）.