基于MBD模型的三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)開發(fā)與研究

吳團(tuán)偉 蘇學(xué)明 張曉帆

摘 要：通過對目前國內(nèi)外的三維裝配工藝設(shè)計方法與系統(tǒng)進(jìn)行了深入分析和研究。探索并建立基于模型的工藝規(guī)劃系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)基于模型的工藝設(shè)計。即在MBD模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝規(guī)劃和設(shè)計，使工藝規(guī)劃與三維模型在特征級別上實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)基于模型的三維裝配工藝設(shè)計。

關(guān)鍵詞：MBD模型；數(shù)字化制造；三維裝配工藝設(shè)計

1 引言

進(jìn)入21世紀(jì)，三維數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)在國際航空制造業(yè)的飛機(jī)新產(chǎn)品研制中發(fā)展迅猛，我國航空制造業(yè)在飛機(jī)研制過程中雖然部分環(huán)節(jié)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化手段，但在生產(chǎn)現(xiàn)場依然以二維模型和工程圖紙作為主要生產(chǎn)依據(jù)，國內(nèi)飛機(jī)制造企業(yè)的AO基本都是二維文檔，操作人員需要根據(jù)工藝設(shè)計人員編發(fā)的文件及二維工程圖紙在大腦中再次構(gòu)建三維裝配空間，理解裝配順序和要求，這樣容易產(chǎn)生理解的二異性，造成裝配錯誤，缺少典型示教的三維動態(tài)裝配過程，也不便于操作者使用及理解，在這樣的情況下，符合航空制造業(yè)特殊需求的適用于生產(chǎn)現(xiàn)場的三維裝配指令顯得尤為重要。

2 三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)

根據(jù)航空制造業(yè)的現(xiàn)狀和發(fā)展預(yù)測，三維工藝設(shè)計系統(tǒng)與產(chǎn)品設(shè)計平臺LCA、企業(yè)PDM系統(tǒng)、MES系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成關(guān)系為：從LCA系統(tǒng)接收產(chǎn)品設(shè)計模型；在三維工藝設(shè)計系統(tǒng)創(chuàng)建工藝模型，進(jìn)行BOM重構(gòu)及變更管理；利用企業(yè)已有的PDM系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)型（技術(shù)狀態(tài)）管理與發(fā)布；MES系統(tǒng)只接收最終有效的三維可視化工藝指導(dǎo)信息。工藝設(shè)計系統(tǒng)與其他系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成關(guān)系。

基于模型的三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)實(shí)施后應(yīng)能提供先進(jìn)、方便、快捷的設(shè)計手段和支撐工具，提高裝配工藝設(shè)計效率和質(zhì)量。實(shí)現(xiàn)對工藝資源、工藝知識的利用，集成企業(yè)的基礎(chǔ)工藝數(shù)據(jù)庫、制造資源數(shù)據(jù)庫，進(jìn)一步促進(jìn)工藝編制的標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，為裝配工藝設(shè)計提供良好的支撐，優(yōu)化工藝設(shè)計體系。

根據(jù)業(yè)務(wù)對系統(tǒng)的需求，基于模型的工藝設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)具備工藝指令編制、流程管理、數(shù)據(jù)輕量化、報表管理、人員權(quán)限管理及等功能。為實(shí)現(xiàn)這些功能，所需的關(guān)鍵技術(shù)包括管路件拆包重構(gòu)技術(shù)、PPR Hub技術(shù)以及流程引擎技術(shù)等。

（1）三維裝配指令編制

三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)提供工藝指令編制功能，具體應(yīng)包括PVR（Product- View- Result）快照生成、PPR文檔生成以及三維裝配指令編制等三個方面。

在工藝指令編制過程中，工藝人員通過選擇MBOM結(jié)構(gòu)樹上的節(jié)點(diǎn)，可生成所選節(jié)點(diǎn)的PVR快照，PVR快照包含節(jié)點(diǎn)下的所有產(chǎn)品的鏈接關(guān)系。此外，工藝人員選擇相應(yīng)的裝配工藝（AO）節(jié)點(diǎn)，系統(tǒng)能根據(jù)MBOM結(jié)構(gòu)創(chuàng)建PPR模型，并將PVR快照作為產(chǎn)品節(jié)點(diǎn)添加到PPR模型中，PPR模型與MBOM關(guān)聯(lián)并保持更新。

工藝人員可以根據(jù)裝配工藝要求、工廠的技術(shù)水平、生產(chǎn)能力、訂貨需求等，確定裝配工藝方法和順序。在編制工藝指令的過程中，工藝人員首先在PPR文檔中添加工序，

填寫工序名稱、編號、狀態(tài)表、有效架次和工藝指令種類等信息。然后，在工序中新建工步，填寫工步序號、操作說明。在編輯工步時，工藝設(shè)計系統(tǒng)可從工藝知識庫中獲取工藝設(shè)計的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并自動生成工步說明，還可以捕獲當(dāng)前所選對象，自動提取零件圖號、名稱等信息，并將其添加到工步說明中。

（2）流程管理

產(chǎn)品的開發(fā)過程中，數(shù)據(jù)狀態(tài)變化伴隨著相應(yīng)的審簽過程。不同零部件和對象在不同階段的審簽過程不盡相同，為了適應(yīng)產(chǎn)品研發(fā)過程，滿足審簽需求，并能夠準(zhǔn)確無誤地按照設(shè)定的流程將數(shù)據(jù)傳遞到每個相關(guān)人員，流程管理中的主要功能包括：

① 流程管理：在設(shè)計環(huán)境中創(chuàng)建、提交、修改、刪除、駁回、批準(zhǔn)、查詢流程，完成流程屬性的定義。可以按類別（如人員、產(chǎn)品、項目、狀態(tài)等）進(jìn)行流程的過濾查詢。

② 流程路徑管理：提供專門的模塊完成流程路徑管理。流程路徑根據(jù)業(yè)務(wù)制訂，不同業(yè)務(wù)可以對應(yīng)不同部門的不同角色。流程路徑管理包括創(chuàng)建、更改、刪除。

③ 關(guān)聯(lián)關(guān)系管理：流程可以與業(yè)務(wù)需要的對象進(jìn)行關(guān)聯(lián)，包括流程與產(chǎn)品實(shí)例的關(guān)聯(lián)；流程與人員的關(guān)聯(lián)；流程與項目的關(guān)聯(lián)；流程與文檔的關(guān)聯(lián)。此外，還可以根據(jù)流程關(guān)聯(lián)的信息進(jìn)行查詢、定位、加載、查看關(guān)聯(lián)的對象。

④ 可視化的審簽：在流程審簽過程中，除了提供流程必須的信息外，還能在流程審簽時，打開可視化的三維裝配指令進(jìn)行查看，審簽流程與工藝指令能關(guān)聯(lián)顯示。

（3）數(shù)據(jù)輕量化

三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)將保存在VPM中的三維裝配指令，按照架次和裝配單元，過濾和抽取其模型文檔和工藝內(nèi)容，將其轉(zhuǎn)換成經(jīng)過輕量化處理且能在Web瀏覽器中查看的工藝指令，進(jìn)而滿足生產(chǎn)現(xiàn)場的輕量化查看需求。三維裝配指令包含工藝操作內(nèi)容、三維零件工裝模型、零部件配套、工藝裝備以及裝配動畫等。輕量化的模型與工藝指令關(guān)聯(lián)，能根據(jù)VPM中數(shù)據(jù)的狀態(tài)實(shí)時更新和發(fā)布。

（4）報表管理

三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)階段的不同，應(yīng)能夠提供各種類型的報表，滿足不同業(yè)務(wù)部門和科研階段的業(yè)務(wù)需求，其中包括提供產(chǎn)品的EBOM報表、PBOM報表、MBOM報表、工序零件報表、標(biāo)準(zhǔn)件報表及工裝與工具報表等。應(yīng)能夠提供圖形化的統(tǒng)計顯示功能，對統(tǒng)計信息進(jìn)行對比分析，并根據(jù)需要對報表內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和配置。

3 結(jié)論

文中介紹了三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)軟件，展示了軟件的四個模塊：三維裝配指令編制模塊、流程管理模塊、數(shù)據(jù)輕量化模塊和報表管理模塊，并描述了裝配指令編制內(nèi)容及要求。本軟件是根據(jù)項目實(shí)際需求開發(fā)，針對特定產(chǎn)品的裝配生產(chǎn)，在應(yīng)用方面尚需要進(jìn)一步的完善。

總體來說，三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)能夠代替裝配中使用的二維圖樣和紙質(zhì)工藝資料，可以比較直觀有效地在現(xiàn)場指導(dǎo)工人進(jìn)行裝配操作，對提高裝配效率有重要的意義。

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