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當前大部分企業的工藝評審業務主要還是沿用傳統CAD查看方式，工藝人員根據個人經驗、參照以往項目情況進行工藝可行性評價，根據樣機裝配試驗和生產工藝結合實際生產現場驗證產品。這種模式造成工藝開發驗證手段滯后。尤其是新設計零件和工裝。往往無法建立虛擬現實情況驗證。只能通過樣車實物確認，導致產品投產時存在許多工藝缺陷；工藝評審的質量取決于工程師的個人經驗，沒有建立有效的共享知識平臺，也無法使工藝規劃規范化和標準化，不能有效地積累工藝經驗和知識。因此部分企業通過引入并建立數字化制造工程系統(DMES)，旨在實現工藝評審由傳統方式向數字化工作方式的轉型，提高工藝驗證質量；實現產品設計、工藝評審及工藝開發的同步工程，縮短項目開發周期。降低產品開發成本。
1 數字化制造工程系統介紹
數字化制造工程系統(Digital Manufacturing Engineefing System，DMES)是根據企業的PDM 體系(Teamcenter)建立的設計、制造一體化開發和管理的系統平臺，以產品數據、工藝數據、工廠數據和資源數據為依據，在數字化環境內，進行產品工藝可行性評審、制造工藝規劃和工藝仿真。通過此系統，提高同步工程(SE)分析和工藝設計準確性；提高工藝文件編制效率；實現工藝經驗積累、有效重用，最終實現設計面向制造。
1.1 DMES軟件平臺
該DMES系統采用西門子Teamcenter軟件，它是基于企業現有的產品數據管理(PDM)系統，通過擴展Teamcenter Manufacturing(TCM)模塊，以其成熟的數據管理技術為基礎，將產品數據管理功能擴展到工藝數據管理，將產品、過程、設備和資源的管理相互關聯，從而保證數據的一致性、高效性和重用性。集成的數據結構保證了快速、準確而安全地存取制造信息，同時對制造工藝進行可視化分析和優化。數字制造解決方案的最終目標是確保用戶能夠對制造工藝進行創建、驗證和管理。如圖1所示。
圖1 DMES系統軟件構架
1.2 DMFS數據基礎
數字化制造工程系統基于以3PR結構為核心的制造數據，提供了一個單一的制造數據管理與應用環境，并以此支持各種業務功能。通過3PR數據結構將制造數據關聯起來，所有與制造相關的數據信息如：產品數據、資源數據、工廠布局和工藝流程等都存儲在“制造數據主干”中，在統一的3D環境中進行工藝規劃和驗證，實現組織內部及組織之間的協同工作。
1.3 制造資源庫的建立
建立制造資源庫，將現有制造資源進行統一的分類管理并添加搜索類屬性，在工藝評審過程中供工藝人員隨時定位調用所需的工裝、工具，驗證制造可行性。
建立典型工藝庫，將成熟的和可以重復借鑒利用的典型工藝，利用分類管理工具建立典型工藝庫，為后續標準工藝的建立打下基礎，如圖2所示。
圖2 DMES制造資源庫
1.4 虛擬仿真驗證功能
DMES系統利用Tecnomatix 工藝仿真軟件，使用Teamcenter軟件平臺的集成，基于3PR結構的制造所需主要數據元素，在虛擬環境下進行模擬仿真，如圖3所示。
圖3 DMES虛擬仿真功能
2 基于DMES的工藝虛擬評審體系
在DMES系統開發過程中，整理規范工藝評審流程，初步構建整車制造工藝虛擬評審體系，在產品研發階段部分實現數字化驗證，提升設計質量，減少正式數據發布后的設計變更。
(1)制定整車制造工藝虛擬評審規范（共7個流程）：
(2)梳理總裝工藝檢查清單及標準（共97個檢查項及相關標準）：
(3)梳理車身工藝檢查清單及標準（共96個檢查項及相關標準）；
(4)編制DMES用戶手冊及虛擬驗證操作手冊（共5冊）。
在DMES系統中建立結構化工藝評審模飯，將對應各部位的檢查清單，以數據集的方式附在相應的工藝節點下，由于檢查清單為Excel格式，清單內可對各檢查項的評審標準作圖示說明，使工藝人員清楚了解評審業務內容以及相關評審標準，如圖4所示。
圖4 結構化工藝評審模板
3 DMES系統在車身工藝評審中的應用
3.1 車身工藝評審應用
車身工藝評審模板根據生產現場搭建的工藝結構，將各部位檢查清單及標準附在相應工藝節點下，在需要調用工藝評審模板時，可在Teamcenter的制造工藝規劃器中選擇新建“來自模板的工藝”，將工藝評審模板“克隆”為新車型用的工藝評審結構，此時可將產品DMU數據及工廠資源數據分配至相應工藝節點，通過VisMockup軟件對產品工藝性進行靜態分析，減少使用CATIA軟件加載數據時間，同時兼具尺寸測量、斷面分析、干涉檢查、運動校核等功能。對于焊鉗選型、焊鉗可達性分析、機器人可達性分析等動態焊接仿真功能，可由Tecnomatix軟件完成，如圖5所示。
圖5 車身工藝評審結構示意圖
3.2 車身工藝數據模型
車身工藝評審業務以結構化的工藝數據為基礎，分別將產品關聯至工藝、資源聯至工廠，再將工藝結構與工廠結構相關聯，使產品設計、工藝評審、工藝開發、工廠規劃形成并行的開發過程。DMES系統根據制造工藝，訂制了工廠、線體、工位的工藝及工廠數據模型，如圖6所示。
圖6 車身工藝數據模型
3.3 車身工藝仿真工作流程
通過VisMockup查看器，對白車身數據進行工藝分析，檢查數據是否滿足制造工藝要求。為提高評審工作效率，對于結構簡單和平順焊接部位，進行靜態分析即可；對于產品結構復雜部位，靜態分析不足以判斷焊接可行性，可根據焊接部位尺寸，在制造資源庫中初步選取尺寸適合的焊鉗（制造資源庫中焊鉗等工具已注明關鍵尺寸信息，直接輸入尺寸搜索即可），指派至工藝資源，將工藝結構發送至Tecnomatix進行焊鉗自動選型，選型條件可設置干涉、焊鉗開閉狀態、進槍角度等，選出滿足要求的焊鉗。
圖7 車身工藝仿真工作流程
目前部分企業焊點數據為CATIA制作的圓形焊點圖，工藝人員需要將焊點圓心坐標提取出來，導入至DMES系統，并在Tecnomatix軟件中將焊點投影至關聯零件，才能進行焊接仿真，建立焊接仿真路徑，通過添加、調整路徑中間點，得到完整的仿真過程，如圖7所示。
4 DMES系統在總裝工藝評審中的應用
4.1 總裝工藝評審應用
總裝工藝評審模板是根據產品功能區域劃分的工藝結構，在各部位工藝節點下附加了相應部位的檢查清單及標準，以“克隆”的方式將總裝工藝評審模板重用于新車型的工藝評審布局，通過VisMockup軟件產品DMU數據處理工藝性靜態分析，模擬生產線的流程，使用Tecnomatix軟件來完成裝配過程驗證及人機工程驗證，如圖8所示。
圖8 總裝工藝評審結構示意圖
4.2 總裝工藝數據模型
總裝工藝評審業務，以評審工藝結構為基礎，將產品關聯至評審工藝節點下，針對總裝工藝多車型、多配置混線生產，且大部分為人工操作的特點，將總裝工藝重點放在零部件的裝配次序確認；同時與車身工藝相同，組織一套根據生產現場搭建的工藝結構、工廠結構，以此數據基礎進行資源和布局優化、生產線平衡及人機工程仿真。DMES系統針對總裝工藝開發特點除訂制了工廠、線體、工位的工藝及工廠數據模型外，同時訂制了工藝內工藝類型( MEPrProcess)。
此工藝類型主要用于總裝工位內零件級工藝，為后續的總裝工藝開發組織工藝數據，可在評審工藝結構下進行創建組織，完成后復制到總裝工藝結構下，根據線平衡分析在不同工位間進行調整，如圖9所示。
圖9 評審結構與工藝結構
4.3 總裝工藝仿真工作內容
總裝工藝不同于其他工藝，涉及零件數量較多、工藝難易度跨度較大，而且也不必對所有過程均采用動態仿真分析。為減少工藝分析的工作量，在滿足項目開發周期前提下，應根據工藝類別對分析內容進行合理分類和過濾，采用適合的驗證手段，提高工作效率，同時將工藝風險降低到最小。因此在評審業務過程中，應總結以往開發經驗，梳理合理的工藝驗證清單并加以完善。
(1)裝配工藝虛擬驗證清單。根據產品設計而梳理出來的裝配過程復雜并且空間限制的工藝。
(2)人機工程虛擬驗證清單。依據工廠特點并結合產品情況，梳理出來的有潛在人機工程問題的工藝。
(3)高關注度工藝清單。在工藝開發過程中易疏忽或高風險的工藝。
5 總結
隨著近年來汽車行業的飛速發展，國內汽車企業愈來愈重視數字化制造技術的應用，企業數字化制造工程系統的引入，也正預示著制造工藝手段由傳統開發模式轉向先進的數字化模式的開端。企業在系統搭建應用過程中，要不斷學習先進企業的實踐經驗，結合自身情況，建立起一套適合于自身數字化制造業務流程與規范。
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本文標題：數字化制造工程系統在工藝評審中的應用
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