近年來，制造行業(yè)發(fā)展迅速，競爭愈演愈烈，要求生產(chǎn)企業(yè)充分利用先進(jìn)、成熟的技術(shù)和手段，在產(chǎn)品開發(fā)和設(shè)計階段就控制成本、提高質(zhì)量、縮短產(chǎn)品開發(fā)與技術(shù)準(zhǔn)備周期。二維CAD和二維CAPP已經(jīng)很難滿足企業(yè)的發(fā)展需要。
三維CAD以其三維造型、曲面設(shè)計、參數(shù)化驅(qū)動徹底改變了設(shè)計人員的設(shè)計習(xí)慣，使設(shè)計過程與最終產(chǎn)品緊密相關(guān)，大幅度的提高了設(shè)計速度和設(shè)計質(zhì)量，產(chǎn)品設(shè)計逐漸由二維CAD轉(zhuǎn)向三維CAD，在航空、航天、汽車、船舶、電子行業(yè)三維CAD的應(yīng)用已非常普遍。
同時，工藝設(shè)計也逐步由二維向三維轉(zhuǎn)換。在裝配工藝設(shè)計方面，將傳統(tǒng)的裝配工藝中所體現(xiàn)的內(nèi)容以虛擬仿真的形式表達(dá)出來，進(jìn)行裝配模擬和檢驗，使裝配設(shè)計過程進(jìn)入全新的境界，三維裝配工藝規(guī)劃軟件得到企業(yè)的青睞。但企業(yè)單獨使用三維裝配工藝規(guī)劃軟件面臨一系列問題：工藝數(shù)據(jù)分散在工藝人員的機(jī)器上，沒有集中統(tǒng)一管理；不能利用CAD系統(tǒng)生成的產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)，產(chǎn)品數(shù)據(jù)資源重用性差；將裝配過程錄制成視頻文件發(fā)放到車間，裝配人員只能看到動畫效果，無法看到具體操作要求。
基于開目工藝管理系統(tǒng)的三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)能夠解決這些問題，它具有以下幾項功能：1）在開目工藝管理系統(tǒng)中基于產(chǎn)品的BOM和設(shè)計資源進(jìn)行裝配工藝設(shè)計，與產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)緊密集成；2）基于三維輕量化模型構(gòu)建裝配工藝設(shè)計仿真環(huán)境，對裝配工藝過程進(jìn)行分析、設(shè)計，實現(xiàn)裝配過程的裝配順序仿真、裝配干涉檢查、產(chǎn)品和制造資源仿真；3）工藝數(shù)據(jù)由開目工藝管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理；4）工藝數(shù)據(jù)（工藝文件、視頻文件、MBOM報表、零組件配套表）發(fā)放到車間，指導(dǎo)現(xiàn)場操作人員，實現(xiàn)可視化裝配。
1 系統(tǒng)的體系架構(gòu)
基于開目工藝管理系統(tǒng)的三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)包括開目工藝管理系統(tǒng)、三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)（KM3DCAPP-A系統(tǒng)）、三維CAD與工藝管理系統(tǒng)集成以及車間應(yīng)用四大部分，其體系架構(gòu)如圖1所示。
圖1 系統(tǒng)體系架構(gòu)
CAD設(shè)計數(shù)據(jù)導(dǎo)入到工藝管理系統(tǒng)中，生成設(shè)計BOM，工藝管理系統(tǒng)獲取零部件的三維模型文件以及零部件屬性信息（如代號、名稱等）；
在工藝管理系統(tǒng)中，根據(jù)裝配的工藝性原則，調(diào)整設(shè)計BOM為工藝BOM，經(jīng)簽審后進(jìn)行裝配工藝設(shè)計；
對產(chǎn)品模型進(jìn)行輕量化，生成的輕量化文件保存在工藝管理系統(tǒng)中；
KM3DCAPP-A系統(tǒng)從工藝管理系統(tǒng)中獲取工藝BOM、零部件屬性信息、三維模型文件及輕量化文件，進(jìn)行裝配工藝設(shè)計，生成工藝文件；
在工藝管理系統(tǒng)中進(jìn)行工藝文件的匯總和簽審。審簽后，工藝數(shù)據(jù)為發(fā)布狀態(tài)，如果要修改需走變更流程；
完成的工藝數(shù)據(jù)發(fā)放到車間電子終端，以三維動畫形式模擬裝配過程，同時顯示裝入件明細(xì)、工裝明細(xì)和工序內(nèi)容，指導(dǎo)裝配人員操作。
2 三維裝配工藝設(shè)計模式
2.1 產(chǎn)品模型導(dǎo)入到工藝管理系統(tǒng)中
開目工藝管理系統(tǒng)實現(xiàn)了與六種主流三維CAD（PRO/E，UG，CATIA，SolidWorks，SolidEdge，Inventor）的集成，包括：導(dǎo)入產(chǎn)品模型生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹、提取零部件屬性信息、零部件的三維模型文件放在零部件對象的文卷中，可對模型文件進(jìn)行瀏覽。
產(chǎn)品模型導(dǎo)入后生成的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹如圖2所示。
圖2 產(chǎn)品模型導(dǎo)入后生成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹
2.2 設(shè)計BOM調(diào)整為工藝BOM
在開目工藝管理系統(tǒng)中，將設(shè)計BOM調(diào)整為滿足裝配工藝要求的工藝BOM，添加虛擬件、焊合件等，調(diào)整完成后就可以創(chuàng)建裝配工藝文件，進(jìn)行裝配工藝規(guī)劃了。
2.3 創(chuàng)建三維裝配工藝對象
工藝人員根據(jù)分派給自己的工藝設(shè)計任務(wù)，在工藝BOM樹的產(chǎn)品或部件節(jié)點下創(chuàng)建三維裝配工藝對象，系統(tǒng)自動產(chǎn)生三維裝配工藝文卷（XML文卷）。
2.4 對產(chǎn)品模型進(jìn)行輕量化
在工藝管理系統(tǒng)中對產(chǎn)品模型進(jìn)行輕量化操作，系統(tǒng)根據(jù)三維模型自動產(chǎn)生輕量化模型，零部件的輕量化模型文件也放在零部件對象的文卷中。
2.5 三維裝配工藝設(shè)計過程
工藝人員編輯三維裝配工藝文卷（XML文卷），自動進(jìn)入KM3DCAPP-A系統(tǒng)，該系統(tǒng)從工藝管理中獲取工藝BOM、零部件屬性信息、三維模型文件及輕量化文件，生成裝配結(jié)構(gòu)樹，在可視化裝配環(huán)境中進(jìn)行裝配過程定義。圖3為裝配結(jié)構(gòu)樹。
圖3 裝配結(jié)構(gòu)樹
2.5.1 裝配過程規(guī)劃
通過裝配過程定義及管理功能，規(guī)劃裝配的每一道裝配工序或檢測工序（也稱“裝配步驟”），指定每一道工序裝配的零部件清單（也稱“裝配對象”），定義工序的各個工步（也稱“裝配活動”），按照拆卸的方式，為裝配對象定義直線、旋轉(zhuǎn)、螺旋、平動、牽引、徑向六種運(yùn)動，并支持典型運(yùn)動（如導(dǎo)線穿引、扳手、螺絲刀運(yùn)動等）。
在拆卸產(chǎn)品的過程中，可以使用如扳手、螺絲刀等工藝裝備，并定義使用工藝裝備拆卸產(chǎn)品零部件的詳細(xì)細(xì)節(jié)。
用戶可以指定工序的工序名稱、內(nèi)容，通過自定義屬性定義裝配的各種信息，包括裝配方法、注意事項、檢驗方法等等，產(chǎn)生完善的裝配數(shù)據(jù)信息。圖4為定義裝配步驟和活動示意圖。
圖4 定義裝配步驟和活動
2.5.2 調(diào)整裝配活動順序及時間
為了更加真實的仿真裝配的實際過程，輔助計算裝配過程各工序的實際時間，系統(tǒng)提供了調(diào)整裝配活動順序及時間功能，該功能將步驟中的每一個活動視為一個任務(wù)，以甘特圖的形式展示給用戶，用戶可以調(diào)整每個活動的開始時間，結(jié)束時間，定義各活動的先后關(guān)聯(lián)順序，達(dá)到模擬并行裝配場景的目的，并輔助用戶進(jìn)行裝配節(jié)拍計算。
2.5.3 裝配仿真
完成了一個產(chǎn)品的完整裝配過程定義后，用戶可以通過裝配仿真功能，仿真裝配的實際效果，用可視化的方式，通過裝配工藝性評價功能，檢驗裝配過程的合理性。
2.5.4 三維工藝裝備管理
裝配過程仿真，不僅可以模擬產(chǎn)品的零部件如何被裝配的完整過程，還能夠模擬如何借助工藝裝備進(jìn)行裝配的過程。首先，用戶需要在開目企業(yè)資源管理器中，建立一些在產(chǎn)品裝配過程中需要用到的三維工藝裝備模型庫（包括：工具、夾具、量具等），然后在可視化裝配活動定義過程中，引入這些工藝裝備，安裝工藝裝備，定義裝備的活動（使用工藝裝備拆卸產(chǎn)品零部件），最后拆除工藝裝備，這樣系統(tǒng)就能夠模仿使用工藝裝備裝配產(chǎn)品零部件的完整過程了。
2.5.5 裝配工藝評價
裝配仿真的過程中，用戶可以通過系統(tǒng)提供的動態(tài)干涉檢查功能，檢查產(chǎn)品設(shè)計、裝配工藝規(guī)劃的合理性，幫助用戶在產(chǎn)品生命周期早期，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計缺陷及裝配工藝設(shè)計缺陷，縮短設(shè)計周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
2.6 三維裝配工藝設(shè)計數(shù)據(jù)組織形式
裝配工藝設(shè)計完成后，可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣に嚳ㄆ系膬?nèi)容，還可以通過開目工藝編輯平臺進(jìn)行一定的編輯，系統(tǒng)會為每道工序產(chǎn)生一張圖片，自動插入工序卡的工藝簡圖區(qū)，以輔助工藝人員操作。因此，在工藝管理系統(tǒng)中，需要對這些數(shù)據(jù)形式進(jìn)行統(tǒng)一的管理，把這些數(shù)據(jù)統(tǒng)一保留在裝配工藝對象中，不同的數(shù)據(jù)形式以文卷的方式存放在對象中，由工藝管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)它們的聯(lián)系。如下圖所示。這種數(shù)據(jù)組織形式，為今后工藝數(shù)據(jù)發(fā)放到車間工位提供條件，在工藝管理系統(tǒng)中通過權(quán)限控制將數(shù)據(jù)發(fā)放到指定工位。圖5工藝管理系統(tǒng)對工藝數(shù)據(jù)的管理方式。
圖5 工藝管理系統(tǒng)對工藝數(shù)據(jù)的管理方式
2.7 三維裝配工藝文件的簽審
三維裝配工藝文件的簽審流程一般包括編制、審核、批準(zhǔn)步驟。工藝文件編制完成后，提交到審核步驟，審核人對裝配工藝對象進(jìn)行審核，在流程中簽字確認(rèn)。審核后提交到批準(zhǔn)步驟，同樣對裝配工藝對象進(jìn)行批準(zhǔn)。
2.8 三維裝配工藝文件的匯總
通過工藝管理系統(tǒng)的匯總功能，可以對多個工藝文件進(jìn)行各種工藝數(shù)據(jù)的匯總，如工藝路線的匯總、裝入件明細(xì)匯總、工裝匯總等等。
3 車間信息發(fā)布與應(yīng)用
由于工藝管理系統(tǒng)中完整的記錄了三維裝配工藝數(shù)據(jù)，因此，在車間發(fā)布時，可以以圖文一體化的形式把工藝數(shù)據(jù)展現(xiàn)在車間終端，包括瀏覽三維模型、二維圖紙，瀏覽工藝文件、裝配仿真等。
在車間終端應(yīng)用模塊，工藝數(shù)據(jù)展示界面如下圖所示，上面為功能按鈕，下面左邊顯示裝配結(jié)構(gòu)樹，右邊為瀏覽區(qū)域。當(dāng)需要進(jìn)行裝配仿真瀏覽時，可瀏覽裝配工藝文件中各工序?qū)?yīng)的裝配動畫和工序相關(guān)信息（包括本道工序的裝入件明細(xì)、工裝明細(xì)和工序內(nèi)容），在瀏覽過程中可對模型進(jìn)行放大、縮小和旋轉(zhuǎn)操作，裝配人員可以從不同的角度查看安裝過程。圖6為三維裝配工藝瀏覽。
圖6 三維裝配工藝瀏覽
4 結(jié)束語
基于開目工藝管理系統(tǒng)的三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)，為企業(yè)數(shù)字化的各類應(yīng)用環(huán)節(jié)提供了完整的設(shè)計、工藝、制造信息，蘊(yùn)含著強(qiáng)大的生命力。目前該系統(tǒng)已在航空、航天、船舶、電子行業(yè)得到應(yīng)用，對提升企業(yè)工藝創(chuàng)新能力、縮短產(chǎn)品研制周期、提高市場應(yīng)變能力起到了積極作用。
核心關(guān)注：拓步ERP系統(tǒng)平臺是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用，蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想，集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念，功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理，全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域，是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
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本文標(biāo)題：基于開目工藝管理系統(tǒng)的三維裝配工藝設(shè)計
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