基于三維數據的工藝設計及管理

王學典++岑青山

以某專用車公司的設計流程為例，在現有 PDM系統的基礎上通過二次開發，以設計輸出的三維模型為基礎，實現工藝流程控制，工藝路線及卡片編制，工藝數據及資源管理，為同行業產品的工藝設計及管理提供借鑒。

一、引言

隨著企業信息化的持續發展，越來越多的離散制造型企業從二維設計模式過渡到全三維設計模式。三維設計的參數化、可視化和分析驗證等功能大幅提高了企業的設計效率、研發及創新能力。

但是，由于原有的工藝管理應用工具是基于二維設計的基礎上實現的，無法享受到三維設計帶來的便利性，數據缺乏關聯性。大多數企業的工藝解決方案是工藝人員以設計人員輸出的設計數據為依據，生成所需要的工藝步驟及路線。由此造成設計與工藝脫節，設計數據不符合工藝要求，設計數據根據工藝要求更改的時間滯后；三維設計數據與工藝數據不能實現參數聯動和同步更新等問題。

本文以某專用車公司為例，介紹如何通過 SolidWorksEPDM系統及工藝模塊的開發，實現產品設計及工藝流程控制，工藝路線卡片編制，真正實現三維環境下的設計與工藝參數關聯及動態變化更新。

圖 5兩種不同結構形式的蝶板動水力矩對比

二、設計與工藝關聯實現原理

基于產品的設計流程，一般的審核流程會經過設計、校對、工藝、審核及批準等步驟，最終完成后產品發布用于生產。因此，基于設計、工藝一體化的過程，可以考慮在工藝審核過程中完成工藝編制及工藝審批，最終實現設計與工藝關聯的目標。

具體的實現原理如圖 1所示，通過 SolidWorksEnterprise PDM系統 ，實現三維設計數據的電子審批流管理，產品在設計 -校對 -審核 -批準的審批流程基礎上，增加工藝會審過程，實現工藝信息的編制及審批。

不同企業的工藝編制方法有所不同，在圖 1所示的流程中，產品工藝的編制分為兩部分，首先由綜合工藝員編制產品的工藝路線，然后由工藝員編制各工藝路線的工序方法。具體如下。

當數據處于“綜合工藝會簽中（試制）”的狀態時，由綜合工藝員確定產品設計是否符合工藝要求，不符合則退回設計人員重新修改，符合則制訂產品的工藝路線（如下料、機加、焊接和裝配等），然后流轉到下一流程狀態“工藝會簽中（試制）”，由各個工藝員對其中的工藝路線，包括產品展開尺寸、所用原材料規格、加工方法、所用設備和耗費工時等進行編輯。編制完成確認無誤后，流轉到下一個流程狀態“綜合工藝最終會簽（試制）”，由綜合工藝員檢查工藝編制的完整性，做最終的審核判斷。

以上過程所涉及的工藝路線，我們可以定義好對應的代碼，如表所示，在工藝編制過程中直接使用。為體現一體化設計的優勢，在工藝模塊中滿足以下要求。

（1）集成在 SolidWorks的 CAD工作界面上，可以隨意查看三維數據的同時進行工藝編制，對于三維數據沒有權限做修改。

（2）通過 PDM的用戶組權限，確定是否具有修改編輯權限。當數據處于“綜合工藝會簽中（試制）”狀態時，用戶處在綜合工藝員組，滿足這兩個權限，才可以編輯生成對應的工藝路線；當數據處于“工藝會簽中（試制）”狀態時，用戶處在工藝員組，滿足這兩個權限，才可以編輯生成對應的工序加工方法。

（3）后臺使用的數據庫，支持調用材料庫、設計庫等信息數據。

（4）根據需求可以導出各類工藝數據信息。

三、工藝編制

綜合工藝員在 SolidWorks中打開需要審核的三維數據，然后調用加載到界面上的工藝路線模塊，如圖 2所示。此時，綜合工藝員可以調用 SolidWorks命令，隨意旋轉或放大縮小產品模型，了解詳細的產品特性，進行工藝路線的編輯生成，如圖 3所示。

工藝路線編輯完成后，產品數據經流程審批，轉換到“工藝會簽中（試制） ”狀態下，并同時通過PDM系統發出通知，要求工藝員進行工序方法的編制。此時，綜合工藝員或其他用戶查看工藝路線時，處理灰色不可編輯狀態，如圖4所示。

下料工藝員登陸系統，接到通知，要求進行新產品工序方法的編制，此時，下料工藝員打開產品，進行工序編制，輸入該工序所需工時，選擇需要的加工設備，同時雙擊打開模夾具編輯按鈕，在彈出的模夾具清單中選擇對應的工裝夾具及輔助設備。接著，下料工藝員確定加工工位，計算并輸入下料尺寸，調用原材料庫導入原材料規格并輸入工序要求，完成工序方法的編制過程，如圖 5所示。

工藝員根據產品的需要，利用配置功能，同時建立基于三維設計數據的工藝卡，實現參數化驅動關聯管理，如圖 6所示。

其他機加工工藝員、裝配工藝員等可同時調用工藝路線模塊進行編制，相互之間獨立操作，不受影響。最終完成工序方法的編制，提交流程審批進入“綜合工藝員最終會簽（試制）”環節，最后，經綜合工藝員重新檢查校對后，完成所有工藝路線的編制。

制造加工部門人員通過PDM系統，在產品的數據卡信息中，可以很直觀方便地了解到產品的最終工藝信息，如圖7所示。

四、工藝資源管理

工藝資源管理實現的很重要一點是在后臺建立基準庫，包括工藝路線庫、材料庫、工藝庫、原材料庫、設備庫和模夾具庫。無論是設計人員還是工藝人員，都有了統一的基準庫。基準庫實現權限控制，管理員可增加或刪除庫信息，其他人員僅有調用使用的權限。

利用基準庫之間的關聯性，實現工序、設備和模夾具之間的對應，選擇不同的工序時，系統自動選出與之對應的設備和模夾具，以減少使用人員操作的復雜性。工藝路線的后臺管理系統如圖 8所示。

五、報表輸出

以后臺數據庫系統為基礎，所有的工藝信息都做為屬性信息記錄在產品數據中。因此，結合 PDM的功能，可實現各類報表信息的匯集輸出，如圖 9所示。工藝模塊可實現以下功能。

（1）支持在PDM系統內點擊零部件，調出輸出界面，做特定需求輸出。

（2）支持在 PDM系統內點擊零部件，直接輸出工藝清單。

（3）支持通過工藝審批流程自動輸出工藝清單到PDM系統固定文件夾內。

六、應用行業及優勢

該工藝方案適用于設計工藝一體化的產品，也就是設計 BOM的產品樹結構層次符合生產工藝的 BOM加工制造的要求。因此，設計師在產品設計階段就需要考慮產品裝配組合的層級關系，從設計階段實現 EBOM和 MBOM的一致性。該工藝方案體現的優勢總結如下。

（1）工藝數據管理：建立關聯到 SolidWorks模型的零部件工藝數據的管理界面。該工藝數據和 SolidWorks文件關聯，實現工藝數據（包含工時、材料定額、工藝路線、工序工位數據、加工設備及工裝夾器具）導入、創建、修改和導出等管理功能。

（2）工藝數據庫管理：建立企業級 MSSQL形式的工藝基礎數據庫，包括：工藝路線庫、設備庫和材料庫等。提供模型的工藝屬性輸入界面，工藝屬性創建后可進行導出、修改以及進行自動輸出工藝清單，工藝屬性的管理需要設置權限，增刪改只有對應的負責人才可以操作，工藝數據可以匯總成報表進行輸出。

（3）工藝清單自動輸出：工藝數據和模型進行自動關聯，當裝配體及其子件更改時可自動輸出更新后的工藝清單，輸出的格式為 Excel，輸出后可以進行版本和權限管理。

（4）建立數據向下游系統傳輸：建立基于 MSSQL的中間庫，實現 EPDM系統內的數據向中間庫的傳輸。通過中間庫實現與將來部署的 ERP系統對接，實現 BOM數據的傳輸，以及PDM系統內對ERP數據的物料信息的查詢。

通過在SolidWorks EPDM基礎上開發定制工藝模塊，構建企業產品工藝編制及管理平臺。實現以信息化手段，規范工藝信息的創建、發布和更改流程，最終形成工藝數據輸出，管理、共享和協同的計算機管理系統。 IM