基于MBD的三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計及現(xiàn)場可視化技術(shù)應(yīng)用（一）
2.2 PBOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入
將來自協(xié)同平臺的XML格式的PBOM導(dǎo)入DELMIA的DPE中，PBOM中的零組件信息（工藝路線、批架次、工組件等）會通過程序自動關(guān)聯(lián)CGR模型、CATIA V5模型、smgxml模型3種格式的數(shù)據(jù)。并導(dǎo)入產(chǎn)品模型的坐標(biāo)位置信息。在DPE中構(gòu)建全機或部件的PBOM結(jié)構(gòu)樹。數(shù)據(jù)導(dǎo)入流程如圖4所示。
圖4 PBOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入
2.3 工藝分離面的劃分
完成數(shù)據(jù)導(dǎo)人工作后，在DELMIA系統(tǒng)的MA(Manufacturing Assembly)中根據(jù)三維產(chǎn)品模型在三維數(shù)字化環(huán)境下進行全機、部組件工藝分離面的劃分，結(jié)合PBOM結(jié)構(gòu)樹確定各工藝裝配部件、組合件需要裝配的組件及零件項目，構(gòu)建工藝部件、組件模型結(jié)構(gòu)。在MA中進行工藝分離面劃分如圖5所示。
圖5 MA中進行工藝分離面劃分
2.4 全機或部件裝配工藝仿真
針對工藝分離面劃分結(jié)果在DPM中進行全機及部件級工藝仿真，驗證工藝分離面劃分的合理性，并進行優(yōu)化。
2.5 部件裝配方案的設(shè)計
在工藝分離面劃分優(yōu)化的基礎(chǔ)上，在DPE的PROCESS結(jié)構(gòu)樹上對各工藝部件進行裝配流程設(shè)計，劃分下一級組件裝配單元，確定在各組件裝配的零組件項目，構(gòu)建頂層MBOM結(jié)構(gòu)樹，關(guān)聯(lián)來自工藝部件的組件裝配工藝模型。確定裝配工藝基準和裝配定位方法，并規(guī)劃各組件之間的裝配流程。
2.6 部、組件裝配AO的確定
在部、組件劃分的基礎(chǔ)上，依據(jù)分配到部、組件項目的裝配工藝模型在DPE的PROCESS結(jié)構(gòu)樹上進一步進行部、組件裝配過程設(shè)計，確定各部、組件所屬零組件的裝配順序，規(guī)劃完成裝配的AO項目，編制AO號，關(guān)聯(lián)每本AO需要裝配的零組件項目。
2.7 工裝訂貨單的編制及工裝設(shè)計
工藝部門依據(jù)工藝設(shè)計內(nèi)容提出裝配工裝、夾具、刀具的訂貨技術(shù)要求。工裝部門根據(jù)訂貨技術(shù)要求，設(shè)計裝配型架、地面設(shè)備、專用工、刀、量具的三維數(shù)模。
2.8 工裝數(shù)據(jù)的導(dǎo)入
將來自于企業(yè)協(xié)同平臺的工裝等資源三維模型數(shù)據(jù)分別以CATIA V5模型和格式導(dǎo)入DELMIA系統(tǒng)，建立資源結(jié)構(gòu)樹，并分別關(guān)聯(lián)到PROCESS工藝設(shè)計結(jié)構(gòu)樹上的部組件裝配項目上。
2.9 詳細工藝設(shè)計
在三維數(shù)字化環(huán)境下確定該裝配工藝過程零組件、標(biāo)準件、成品等裝配順序，明確裝配工藝方法、裝配步驟，進行AO下工步的詳細設(shè)計，完成本裝配過程的工步規(guī)劃設(shè)計，并將產(chǎn)品零組件和工步關(guān)聯(lián)。選定該裝配過程所需要的工裝、夾具、工具、輔助材料等一系列的制造資源，并將工裝與工位關(guān)聯(lián)。依據(jù)產(chǎn)品連接定義分配該過程所需要的標(biāo)準件，形成用于指導(dǎo)生產(chǎn)的AO裝配信息。
2.10 部、組件裝配仿真
產(chǎn)品及資源三維模型在工步上關(guān)聯(lián)后，依據(jù)AO內(nèi)容及設(shè)計好的裝配工藝流程，在DPM中通過對每個零件、成品和組件的移動、定位、夾緊等操作進行產(chǎn)品與產(chǎn)品、產(chǎn)品與工裝的干涉檢查，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)存在干涉情況時報警，并顯示出干涉區(qū)域和干涉量，以幫助工藝設(shè)計人員查找和分析干涉原因。同時通過對產(chǎn)品裝配和拆卸過程進行三維動態(tài)仿真，可以驗證每個零件按工藝設(shè)計的裝配順序是否能無阻礙的裝配上去，以發(fā)現(xiàn)工藝設(shè)計過程中裝配順序設(shè)計的合理性。對于開敞性、可視性、可達性、可操作性較差的部位可以將標(biāo)準人體的三維模型放人虛擬裝配環(huán)境中進行人機工程仿真，模擬操作者的操作過程以便發(fā)現(xiàn)操作空間大小是否滿足裝配需要，操作者身體或肢體能否到達裝配位置、是否看得見等問題。仿真結(jié)果通過仿真報告提交產(chǎn)品設(shè)計、工裝設(shè)計等部門進行優(yōu)化。
2.11 三維裝配指令編制
通過部、組件裝配仿寞，對產(chǎn)品、工裝、AO內(nèi)容及裝配順序等進行優(yōu)化后，依據(jù)優(yōu)化后的工藝設(shè)計結(jié)果進入DELMIA的WKC(Work Instruction Composer)中進行各工步三維可視化視圖設(shè)計，將每個工步所要表達的工藝信息通過三維輕量化視圖表達，包括標(biāo)準件信息、裝配尺寸標(biāo)注、制孔要求、定位要求、工裝使用要求，其形式如圖6所示。
圖6 WKC中三維可視化文件編制
3 現(xiàn)場可視化技術(shù)應(yīng)用
3.1 現(xiàn)場可視化文件輸出、管理
由于采用MBD技術(shù)以后，生產(chǎn)現(xiàn)場不再發(fā)放二維圖紙，為了滿足裝配生產(chǎn)需要，中航工業(yè)陜飛采取了利用裝配仿真視頻、AO和三維工步視圖指導(dǎo)現(xiàn)場裝配作業(yè)的解決方案，具體方法是將在DPE中完成的部組件工藝規(guī)劃、設(shè)計內(nèi)容提取到CAPP中的AO模板中，包括AO內(nèi)容頁、輔材配套表、標(biāo)準件配套表、零件配套表等文檔信息，同時輸出DPM中部組件的仿真視頻和WKC中的三維工步視圖，通過Windchill協(xié)同制造平臺進行審簽發(fā)放和管理。
3.2 現(xiàn)場可視化應(yīng)用
通過裝配現(xiàn)場可視化技術(shù)，使MBD技術(shù)在車間“落地”，它是將產(chǎn)品的裝配仿真驗證文件、三維工作指令以及工藝設(shè)計文件等工藝信息傳遞導(dǎo)入到企業(yè)的MES系統(tǒng)，發(fā)送到車間現(xiàn)場，操作人員通避現(xiàn)場觸摸屏，在MES系統(tǒng)里查詢產(chǎn)品工藝裝配信息，可以直接查看三維裝配指令及相關(guān)三維仿真，以更直觀的方式了解產(chǎn)品的裝配屬性，理解產(chǎn)品的裝配工藝和工藝流程，從而提高裝配工作效率和準確性。
MBD技術(shù)現(xiàn)場具體應(yīng)用過程是，首先運行MES系統(tǒng)，通過查詢工位設(shè)備號，確認某個部件的裝配工位，查看AO文件名稱、文件號以及裝配該部件的工藝裝備，然后輸入負責(zé)該部件裝配工作的操作者證件號，進入該產(chǎn)品的具體生產(chǎn)信息界面，對應(yīng)AO名稱和文件號，查看產(chǎn)品的裝配仿真驗證動畫，直觀地全面了解產(chǎn)品的裝配流程，查看三維工作指令，獲取產(chǎn)品的定位、裝配尺寸等裝配信息，查看AO文件，獲取產(chǎn)品的裝配零件及詳細工作內(nèi)容，最終完成產(chǎn)品的裝配，如圖7所示。
圖7 現(xiàn)場可視化
4 結(jié)論
通過基于MBD的三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計及現(xiàn)場可視化技術(shù)應(yīng)用研究及實施，打通了基于MBD的產(chǎn)品設(shè)計與工藝設(shè)計及現(xiàn)場可視化裝配的技術(shù)路線。從實施情況看三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計及現(xiàn)場可視化系統(tǒng)在數(shù)字化制造中有以下優(yōu)點：
(1)實現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、工裝設(shè)計的并行工程，縮短了產(chǎn)品研制周期，減少了開發(fā)成本。
(2)通過裝配過程三維仿真驗證，及時發(fā)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、工裝設(shè)計存在的問題，有效地保證了產(chǎn)品裝配的質(zhì)量。
(3)通過現(xiàn)場可視化系統(tǒng)的應(yīng)用，三維裝配仿真通過三維數(shù)據(jù)直觀地顯現(xiàn)了裝配過程，使裝配操作者更容易理解裝配工藝，減少了裝配過程中的反復(fù)和人為差錯。
(4)使工藝研制更便捷、更直觀，特別在新產(chǎn)品研制中，通過三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計使得工藝方案的制定、技術(shù)決策更準確、便捷。
(5)通過多個系統(tǒng)的集成，使設(shè)計、工藝、生產(chǎn)的信息可以更方便被調(diào)用，數(shù)據(jù)流通更加暢通。
(6)為企業(yè)提供了承上啟下的工藝設(shè)計平臺，便于在此基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新開發(fā)，為企業(yè)的質(zhì)量管理、生產(chǎn)管理等系統(tǒng)提供上游工藝信息。
應(yīng)用中的不足之處：
(1)目前人機仿真操作比較繁瑣。
(2)裝配仿真時模型作為剛性件處理，無法模擬仿真零組件變形后的裝配情況，主要反映在某些鈑金零件的仿真以及部組件自重引起的變形調(diào)整的仿真。
(3)目前采用的現(xiàn)場可視化方案雖然解決了MBD技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用，但在現(xiàn)場應(yīng)用中由于可視化終端設(shè)備相對固定，操作者在飛機內(nèi)部或距離終端設(shè)備較遠的部位操作時不方便，還需研究開發(fā)便攜式可視化終端設(shè)備及其數(shù)據(jù)管理方式。
5 結(jié)束語
基于MBD的三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計及現(xiàn)場可視化技術(shù)是現(xiàn)代航空數(shù)字化制造中的一門新興學(xué)科，該項技術(shù)的應(yīng)用將引發(fā)飛機裝配的歷史性變革，將在技術(shù)和經(jīng)濟方面取得巨大的效益，為企業(yè)提升企業(yè)的核心競爭力奠定堅實的基礎(chǔ)。
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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