基于Cortona 3D的三維工藝系統(tǒng)在修理行業(yè)中的應(yīng)用

吳安新 張兆輝 許楠

國(guó)營(yíng)蕪湖機(jī)械廠 安徽 蕪湖 241007

引言

相比于設(shè)計(jì)、制造行業(yè)，修理行業(yè)始終處于整個(gè)行業(yè)中的末端，相應(yīng)的維修圖樣、修理要求等文件均依托于設(shè)計(jì)、制造行業(yè)。而近年來(lái)，研制單位已普遍采用三維繪圖軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)，相比二維設(shè)計(jì)，三維設(shè)計(jì)不僅提高了設(shè)計(jì)繪圖效率，更能直觀反映出產(chǎn)品構(gòu)造、裝配關(guān)系，提前發(fā)現(xiàn)裝配干涉等問(wèn)題，對(duì)于設(shè)計(jì)開發(fā)而言可以說(shuō)是質(zhì)的飛躍[1]。作為修理行業(yè)，如果想繼續(xù)承擔(dān)相關(guān)產(chǎn)品的修理任務(wù)，就勢(shì)必要有一套工藝系統(tǒng)可以承接研制單位的三維設(shè)計(jì)文件，并能有效轉(zhuǎn)換為適用于自身的三維工藝文件。本文主要介紹基于Cortona 3D軟件的三維工藝系統(tǒng)。

1 三維工藝軟件簡(jiǎn)介

1.1 IETM結(jié)構(gòu)化工藝編輯器

IETM，中文名為交互式電子技術(shù)手冊(cè)，作為結(jié)構(gòu)化工藝編輯器，其依據(jù)S1000D標(biāo)準(zhǔn)要求，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)化技術(shù)工藝文件的設(shè)計(jì)、變更以及出版瀏覽的功能。可與PLM系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝資源、數(shù)據(jù)模塊等結(jié)構(gòu)化信息的便捷引用和匯總。系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)二維圖樣、三維數(shù)模、音頻視頻等多媒體素材的閱覽支持，并有良好的擴(kuò)展接口，方便對(duì)其他需求進(jìn)行擴(kuò)展使用。可實(shí)現(xiàn)與MES系統(tǒng)的集成，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)實(shí)例工卡在電腦端及移動(dòng)終端上的內(nèi)容瀏覽和數(shù)據(jù)填報(bào)功能。

1.2 Cortona 3D三維編輯軟件

Cortona 3D（以下簡(jiǎn)稱C3D），是基于3D模型的交互式技術(shù)文檔創(chuàng)建系統(tǒng)，基于Cortona 3D系統(tǒng)可以快速編制操作手冊(cè)、培訓(xùn)手冊(cè)等三維技術(shù)文檔。Cortona 3D軟件可以對(duì)基于其他三維設(shè)計(jì)軟件創(chuàng)建的數(shù)模文件進(jìn)行輕量化轉(zhuǎn)換，同時(shí)可對(duì)轉(zhuǎn)換后的文件進(jìn)行三維標(biāo)注、制作圖解零部件目錄、編制動(dòng)畫等。

1.3 PLM工藝管理系統(tǒng)

PLM，產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)，是貫穿產(chǎn)品從需求收集、概念設(shè)定、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造、產(chǎn)品上市、產(chǎn)品報(bào)廢等全生命周期過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)三維結(jié)構(gòu)化工藝、三維素材等文件的創(chuàng)建、存儲(chǔ)、審批、作廢等的管理。

2 三維工藝系統(tǒng)架構(gòu)

三維工藝系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 三維工藝系統(tǒng)架構(gòu)

PLM系統(tǒng)是產(chǎn)品技術(shù)工藝文件的管理平臺(tái)，將在PLM系統(tǒng)中創(chuàng)建的結(jié)構(gòu)化工藝文件發(fā)送至IETM系統(tǒng)編輯，在編輯器中進(jìn)行工藝文件的結(jié)構(gòu)化編制，同時(shí)可將通過(guò)C3D軟件制作好的三維素材通過(guò)本地上傳或從素材庫(kù)中引用的方式引入編輯器中，工藝文件編制后，會(huì)將編輯的內(nèi)容以XML的形式存儲(chǔ)在PLM中，同時(shí)將編輯過(guò)程中上傳的三維素材存儲(chǔ)到PLM系統(tǒng)素材庫(kù)中，后續(xù)使用該素材時(shí)，可直接從素材庫(kù)中引用[2]。

審批后的三維工藝文件通過(guò)主數(shù)據(jù)平臺(tái)推送至修理MES系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)例化，生成電子工作卡，執(zhí)行時(shí)通過(guò)IETM系統(tǒng)進(jìn)行操作結(jié)果的線上填報(bào)及三維素材的瀏覽，支持在電腦及平板等終端中執(zhí)行。完成工卡填報(bào)任務(wù)后，執(zhí)行數(shù)據(jù)會(huì)自動(dòng)保存至MES中，再經(jīng)主數(shù)據(jù)平臺(tái)將執(zhí)行后的工作卡回傳至PLM系統(tǒng)中進(jìn)行記錄歸檔。

3 三維素材的制作

3.1 三維素材類型的選取原則

三維素材形式的選擇需要根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度、裝配流程難易程度等因素進(jìn)行合理選擇。一般性原則為：對(duì)于裝配結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、裝配空間相對(duì)開敞空間疊加不多、無(wú)嚴(yán)格的裝配順序的產(chǎn)品或部位，建議使用三維標(biāo)注；對(duì)于裝配結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、有嚴(yán)格裝配順序的產(chǎn)品或部位，建議采用三維動(dòng)畫；對(duì)于裝配結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜、產(chǎn)品零部件較多且存在較多疊加層次的產(chǎn)品或部位，建議采用圖解零部件目錄。

3.2 三維動(dòng)畫

三維動(dòng)畫主要應(yīng)用C3D軟件中的快速手冊(cè)（RM）模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品動(dòng)畫（通過(guò)使用移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、高亮、隱藏/顯示、視角變換、透明度等動(dòng)作指令實(shí)現(xiàn)）的編輯，以便于展示產(chǎn)品的裝配順序或執(zhí)行步驟。

圖2為三維動(dòng)畫編輯窗口，編輯時(shí)選取需要?jiǎng)幼鞯牟考ɑ蚪M合件，在左上側(cè)窗口中可預(yù)先定義，以便快速選取），創(chuàng)建動(dòng)作指令，在彈出的窗口中（見圖3）選擇動(dòng)作指令進(jìn)行動(dòng)作編輯，通過(guò)設(shè)置關(guān)鍵幀動(dòng)畫（Key-frame Animation）及動(dòng)作對(duì)應(yīng)的時(shí)間軸持續(xù)時(shí)間以達(dá)到指定動(dòng)畫的效果設(shè)置。在右下側(cè)的procedureStep窗口中，對(duì)選取的動(dòng)作步驟定義動(dòng)作指定標(biāo)識(shí)碼（圖示中id欄為S1000），當(dāng)動(dòng)畫中有多個(gè)動(dòng)畫步驟時(shí)，分別設(shè)置指令唯一的動(dòng)作標(biāo)識(shí)碼，后面在工藝編輯器中通過(guò)該標(biāo)識(shí)碼調(diào)取對(duì)應(yīng)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫動(dòng)作隨文字的聯(lián)動(dòng)[3]。

圖3 動(dòng)作指令選擇窗口

編輯好的動(dòng)畫可發(fā)布成在瀏覽器中查看的WRL文件，該文件可插入至結(jié)構(gòu)化工藝編輯器中。

3.3 三維標(biāo)注

三維標(biāo)注是在三維動(dòng)畫編輯界面中，利用了Dimension功能對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行零部件圖號(hào)/名稱、結(jié)構(gòu)尺寸、裝配關(guān)系、技術(shù)指標(biāo)等信息的三維標(biāo)注，不過(guò)并沒有設(shè)置動(dòng)畫動(dòng)作指令，動(dòng)畫時(shí)長(zhǎng)為零，其本質(zhì)上還是三維動(dòng)畫。

圖4為三維標(biāo)注界面，通過(guò)標(biāo)注功能對(duì)選定零部件進(jìn)行圖號(hào)/名稱、技術(shù)指標(biāo)等信息的標(biāo)注，在Callout Parameters彈窗中進(jìn)行展示樣式、文本信息、展示空間坐標(biāo)等設(shè)置。三維標(biāo)注的發(fā)布文件與三維動(dòng)畫相同。

圖4 三維標(biāo)注編輯界面

3.4 圖解零部件目錄

圖解零部件目錄主要應(yīng)用C3D軟件中的快速目錄（RC）模塊對(duì)產(chǎn)品零部件的爆炸圖展示，通過(guò)合理的爆炸分解構(gòu)圖，以便于展示產(chǎn)品的部件構(gòu)成及裝配關(guān)系。

在編輯界面中，通過(guò)Activate創(chuàng)建爆炸效果，同時(shí)根據(jù)系統(tǒng)模板，制作零件明細(xì)表，再應(yīng)用Edit Links with Items功能，將三維模型與對(duì)應(yīng)的明細(xì)表進(jìn)行關(guān)聯(lián)。選取對(duì)應(yīng)的零件，設(shè)置HotspotsID熱點(diǎn)標(biāo)識(shí)碼，以便后面在工藝編輯器中用以實(shí)現(xiàn)與工藝中零件明細(xì)表的關(guān)聯(lián)。

編輯好的素材可發(fā)布成瀏覽器中查看的CGM文件，該文件可插入至結(jié)構(gòu)化工藝編輯器中。

4 三維工藝的編制

以IETM作為三維工藝編輯器，可對(duì)工藝編制涉及的各類要素進(jìn)行結(jié)構(gòu)化定義，同時(shí)可根據(jù)修理企業(yè)特點(diǎn)對(duì)其內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化定制，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝內(nèi)容、工藝資源、素材的結(jié)構(gòu)化引用與編輯[4]。

在編輯器中將三維動(dòng)畫素材插入至選擇的節(jié)點(diǎn)，根據(jù)動(dòng)畫內(nèi)容編輯對(duì)應(yīng)的多媒體操作步驟，在右側(cè)屬性窗口中的“調(diào)用”屬性欄中輸入三維動(dòng)畫編制時(shí)設(shè)定的動(dòng)作步驟指定標(biāo)識(shí)碼，完成步驟內(nèi)容與動(dòng)畫步驟的聯(lián)動(dòng)關(guān)聯(lián)設(shè)置，見圖5。

圖5 工藝編輯器中三維動(dòng)畫與步驟聯(lián)動(dòng)設(shè)置

圖解零部件目錄的關(guān)聯(lián)設(shè)置與三維動(dòng)畫類似，不同的是，在編輯器中選中的對(duì)象是零件明細(xì)表中零件條目，通過(guò)設(shè)定“調(diào)用”屬性指令來(lái)完成與圖解零部件目錄素材中相應(yīng)零件的關(guān)聯(lián)。

三維標(biāo)注素材在工藝編輯器中的引用與三維動(dòng)畫相同，因其無(wú)動(dòng)畫步驟，故無(wú)須動(dòng)作調(diào)用設(shè)置。

5 三維工藝的執(zhí)行

圖6 三維動(dòng)畫執(zhí)行界面

按照三維工藝系統(tǒng)架構(gòu)規(guī)劃，在生產(chǎn)MES系統(tǒng)中進(jìn)行三維工藝實(shí)例化，生成電子工作卡。由于生產(chǎn)執(zhí)行時(shí)涉及多種場(chǎng)景，為方便操作人員使用，電子工卡在支持電腦端及無(wú)線終端執(zhí)行。執(zhí)行時(shí)，在生產(chǎn)MES系統(tǒng)中進(jìn)行電子工卡的派工、交檢、報(bào)工等任務(wù)操作，通過(guò)嵌入的IETM系統(tǒng)讀取工卡內(nèi)容，進(jìn)行執(zhí)行內(nèi)容的預(yù)覽及結(jié)果的填報(bào)。

圖6為三維動(dòng)畫執(zhí)行界面，當(dāng)點(diǎn)擊動(dòng)畫步驟文字時(shí)，會(huì)將界面一分為二，在右側(cè)展示對(duì)應(yīng)的動(dòng)畫，可通過(guò)暫停鍵停止播放，此時(shí)通過(guò)鼠標(biāo)或觸屏滑動(dòng)可對(duì)動(dòng)畫中素材進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、放大/縮小等操作，更直觀的展示零件裝配結(jié)構(gòu)及裝配關(guān)系。

圖解零部件素材的工藝執(zhí)行界面與三維動(dòng)畫執(zhí)行界面類似，通過(guò)點(diǎn)擊零件明細(xì)表中的條目，界面一分為二，右側(cè)窗口中展示對(duì)應(yīng)的圖解零部件素材，同時(shí)被選中的零件會(huì)高亮顯示，點(diǎn)擊圖解零部件素材中的零件時(shí)，左側(cè)零件明細(xì)表中相應(yīng)零件同樣也會(huì)高亮顯示。

6 結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字化已然成為全球各領(lǐng)域發(fā)展大勢(shì)所趨，修理行業(yè)作為行業(yè)的末端，能夠?qū)⑸嫌蔚脑O(shè)計(jì)數(shù)據(jù)通過(guò)適合的方式轉(zhuǎn)化為適用于自身特點(diǎn)形式的文件，無(wú)論對(duì)企業(yè)的生存能力還是生產(chǎn)效率或是修理質(zhì)量，都將有較大程度的提升。基于Cortona 3D的三維工藝應(yīng)用提供了一種解決思路，但這僅僅只是一個(gè)開始，隨著科技的快速發(fā)展及數(shù)字化修理與MBD概念的廣泛推廣應(yīng)用，適用于修理行業(yè)的三維工藝系統(tǒng)將會(huì)頻頻迸發(fā)。