鲁承金 邓伟 张锴 万洁霞

摘 要：长期以来，航天地面设备工装从设计到生产往往耗费大量的时间和成本，一直制约着航天产品的生产制造效率及质量。为此，科研、设计以及工艺人员应加强对航天地面工装设备的研究，实现对地面工装设备模块化设计的同时，实现对其工艺规程的通用化和模块化设计，为提高工装产品的质量及稳定性，减轻设计人员不必要的工作，最终达到提升产品可靠性、维修性和保障性的目的。

关键词：航天；工装；模块化；工艺；优化

引言

进入21世纪以来，发达国家与部分发展中国家均在大力发展航天事业。随着科学技术的发展，与航天系列产品相关的技术已突飞猛进，市场竞争也日趋激烈。如今，决定一个国家战斗力的主要因素包括有：高科技武器装备科研生产的速度、装配速度以及武器是否能够批量生产等[1]。为响应航天事业的需求，全球航天系列产品的特点已逐步向高精准、高速率以及高复杂的方向发展。在此新形势下，为满足航天系列产品的特点，与之配套的科研生产环节也需与时俱进。经调研可知，当前制约航天系列产品发展的主要原因在于科研生产周期过长所导致的。

因此，当前主要急需解决的问题在于如何有效缩短航天系列产品的生产周期，实现航天系列产品快速的生产和研发。经研究可知，我国航天系列产品的型号和零部件各部相同，而且与各类产品相关的工艺装备是相互独立，导致在设计和生产过程中耗费大量的人力和物力，极大的延长的科研生产周期[2]。故，本文提出了航天地面设备工装的模块化设计，提高航天系列产品生产工艺的稳定性，进而降低生产成本、缩短制造研发周期，最终提高航天系列产品工装的生产效率。

1 航天地面工装的模块化设计

对于同种航天工艺装备而言，根据其所应用对象的不同或者应用于同一产品的不同阶段，可将工艺装备分成多种类型。其中，夹具类工艺装备和框架类工艺装备使用作为广泛。根据本公司所生产航天系列产品的特点，本文将主要阐述夹具类工装、焊接类工装以及车类工装的模块化设计。

1.1 夹具类工装的模块化设计

夹具是广泛应用于机械制造行业中的工艺装备，主要应用于零件的切削加工、热处理、焊接、装配以及检测等工艺过程。与传统夹具不同的是，在航天产品的制造过程中夹具由专用夹具不断演化为通用夹具，不仅缩短了夹具了设计周期，而且还降低了生產成本[3]。

经研究可知，由于在航天产品的制造过程中缺乏图纸，导致夹具的安装仅依靠工艺人员的经验安装，大大降低了产品的生产效率。因此需对夹具进行模块化设计，并建立相对健全的组合夹具库。

1.2 焊接工装的模块化设计

在航天系列产品的制造过程中，焊接工装是必不可少的。由于航天系列产品种类多，焊接工装尚未模块化导致不同的产品需要其外观、尺寸以及定位设备不尽相同的焊接工装，这样不仅延长科研生产周期，还会造成极大的浪费。

模块化焊接工装主要包括前后法兰盘、定位块、梁体等。模块化焊接工装的工作原理：将需加工对象加入工装中，使用左右两侧的法兰盘完成对加工对象的定位，最后用卡板装加紧加工对象。此外，通过前后完成对焊机位置的确定，不断调整定位块的位置完成对工件的焊接。

1.3 车类工装的模块化设计

车类工装是航天系列产品生产过程中所需工装类型中最为复杂也最为重要的工装设备。据统计，该工装设备由200份零件组成，贯穿于航天系列产品的生产制造、试验、运输以及最终的交付或展览等过程。同样，由于航天系列产品种类繁多，且同一产品包含众多生产阶段导致车类工装的功能、外观以及尺寸等参数也不尽相同[4]。根据其特点，车类工装可以分为：支撑车工装、拖车工装以及准备车工装。

车类工装的工作原理：将已检验的航天系类产品无缝接入车类工装中，并通过卡环和定位螺栓达到定位产品的目的，进而实现对对产品的支撑和运输等功能。经分析，车类工装的基本构件是相同，比如车架、拉杆、支撑机构以及半轴等。只需将这些构件进行模块化设计，就可以大大提高车类工装的设计效率，缩短其设计时间。

2 工装装备加工工艺模块化设计

工装装备加工工艺的模块化设计的首要任务是编制通用的工艺规程，这样不仅能够大大缩减工艺装备的生产周期，还能够大大提升产品生产效率。

工艺规程的模块化设计时，首先需根据产品功能及特点对其进行分类。其中，将任务对象相似的零件以及模块部件进行统一归纳、总结，最终得出统一的工艺规程。

在航天工装产品中，虽然可以根据产品的特点对其工装设备进行模块化设计。但是，仅仅对工装设备的模块化设计是不够，还需从工艺的角度对其进行模块化、通用化设计。应用于不同航天产品的法兰盘的尺寸、孔、槽的位置不相同。但是，均为法兰盘其安装及装配方式都相同[5]。为此，可以为其建立统一的工艺规程，减轻工艺人员编制工艺规程的工作，提高工艺规程的编制效率。此外，编制模块化工艺规程需遵循以下原则：

（1）相类似的零件和组件可编制统一的工艺规程；

（2）虽然产品从整体角度上看不相类似，但是从局部角度相类似的地方编制相类似的工艺规程卡片。

3 总结

航天系列产品的工装直接决定着产品的生产制造的效率及各个组件之间的装配，航天工装装备的设计制造是航天类产品制造的关键环节。长期以来，设计人员及工艺人员均忽略对工装装备的优化，导致其落后的工装装备及工艺规程制约着航天系列产品的生产效率和产品质量。本文针对航天地面设备的工装装备对其进行模块化设计，最终达到简化航天工艺装备产品、规范工艺规程以及缩短产品科研生产研制周期的目的。

参考文献

[1] 张广锋，何卫平，张维，等. 模块化思想在工装快速准备中的研究应用[J]. 计算机工程与应用，2007，43（15）：188-192.

[2] 王巍，贺平，万良辉. 飞机框组件工装的模块化设计研究[J]. 机械设计与制造，2007（12）：45-46.

[3] 王建华，欧阳佳，陈文亮. 飞机柔性装配工装关键技术及发展趋势[J]. 航空制造技术，2013，437（17）：49-52.

[4] 于兰萍，周涛. 工装设计优化技术的现状及发展趋势[J]. 导航与控制，2016，15（2）.

[5] 郑联语，刘清军，张宏博，等. 基于综合工装的盒式连接装配型架快速配置方法[J]. 计算机集成制造系统，2014，20（10）：2426-2639.