近年來，制造行業發展迅速，競爭愈演愈烈，要求生產企業充分利用先進、成熟的技術和手段，在產品開發和設計階段就控制成本、提高質量、縮短產品開發與技術準備周期。二維CAD和二維CAPP已經很難滿足企業的發展需要。
三維CAD以其三維造型、曲面設計、參數化驅動徹底改變了設計人員的設計習慣，使設計過程與最終產品緊密相關，大幅度的提高了設計速度和設計質量，產品設計逐漸由二維CAD轉向三維CAD，在航空、航天、汽車、船舶、電子行業三維CAD的應用已非常普遍。
同時，工藝設計也逐步由二維向三維轉換。在裝配工藝設計方面，將傳統的裝配工藝中所體現的內容以虛擬仿真的形式表達出來，進行裝配模擬和檢驗，使裝配設計過程進入全新的境界，三維裝配工藝規劃軟件得到企業的青睞。但企業單獨使用三維裝配工藝規劃軟件面臨一系列問題：工藝數據分散在工藝人員的機器上，沒有集中統一管理；不能利用CAD系統生成的產品設計數據，產品數據資源重用性差；將裝配過程錄制成視頻文件發放到車間，裝配人員只能看到動畫效果，無法看到具體操作要求。
基于開目工藝管理系統的三維裝配工藝設計系統能夠解決這些問題，它具有以下幾項功能：1）在開目工藝管理系統中基于產品的BOM和設計資源進行裝配工藝設計，與產品設計數據緊密集成；2）基于三維輕量化模型構建裝配工藝設計仿真環境，對裝配工藝過程進行分析、設計，實現裝配過程的裝配順序仿真、裝配干涉檢查、產品和制造資源仿真；3）工藝數據由開目工藝管理系統統一管理；4）工藝數據（工藝文件、視頻文件、MBOM報表、零組件配套表）發放到車間，指導現場操作人員，實現可視化裝配。
1 系統的體系架構
基于開目工藝管理系統的三維裝配工藝設計系統包括開目工藝管理系統、三維裝配工藝設計系統（KM3DCAPP-A系統）、三維CAD與工藝管理系統集成以及車間應用四大部分，其體系架構如圖1所示。
圖1 系統體系架構
CAD設計數據導入到工藝管理系統中，生成設計BOM，工藝管理系統獲取零部件的三維模型文件以及零部件屬性信息（如代號、名稱等）；
在工藝管理系統中，根據裝配的工藝性原則，調整設計BOM為工藝BOM，經簽審后進行裝配工藝設計；
對產品模型進行輕量化，生成的輕量化文件保存在工藝管理系統中；
KM3DCAPP-A系統從工藝管理系統中獲取工藝BOM、零部件屬性信息、三維模型文件及輕量化文件，進行裝配工藝設計，生成工藝文件；
在工藝管理系統中進行工藝文件的匯總和簽審。審簽后，工藝數據為發布狀態，如果要修改需走變更流程；
完成的工藝數據發放到車間電子終端，以三維動畫形式模擬裝配過程，同時顯示裝入件明細、工裝明細和工序內容，指導裝配人員操作。
2 三維裝配工藝設計模式
2.1 產品模型導入到工藝管理系統中
開目工藝管理系統實現了與六種主流三維CAD（PRO/E，UG，CATIA，SolidWorks，SolidEdge，Inventor）的集成，包括：導入產品模型生成產品結構樹、提取零部件屬性信息、零部件的三維模型文件放在零部件對象的文卷中，可對模型文件進行瀏覽。
產品模型導入后生成的產品結構樹如圖2所示。
圖2 產品模型導入后生成產品結構樹
2.2 設計BOM調整為工藝BOM
在開目工藝管理系統中，將設計BOM調整為滿足裝配工藝要求的工藝BOM，添加虛擬件、焊合件等，調整完成后就可以創建裝配工藝文件，進行裝配工藝規劃了。
2.3 創建三維裝配工藝對象
工藝人員根據分派給自己的工藝設計任務，在工藝BOM樹的產品或部件節點下創建三維裝配工藝對象，系統自動產生三維裝配工藝文卷（XML文卷）。
2.4 對產品模型進行輕量化
在工藝管理系統中對產品模型進行輕量化操作，系統根據三維模型自動產生輕量化模型，零部件的輕量化模型文件也放在零部件對象的文卷中。
2.5 三維裝配工藝設計過程
工藝人員編輯三維裝配工藝文卷（XML文卷），自動進入KM3DCAPP-A系統，該系統從工藝管理中獲取工藝BOM、零部件屬性信息、三維模型文件及輕量化文件，生成裝配結構樹，在可視化裝配環境中進行裝配過程定義。圖3為裝配結構樹。
圖3 裝配結構樹
2.5.1 裝配過程規劃
通過裝配過程定義及管理功能，規劃裝配的每一道裝配工序或檢測工序（也稱“裝配步驟”），指定每一道工序裝配的零部件清單（也稱“裝配對象”），定義工序的各個工步（也稱“裝配活動”），按照拆卸的方式，為裝配對象定義直線、旋轉、螺旋、平動、牽引、徑向六種運動，并支持典型運動（如導線穿引、扳手、螺絲刀運動等）。
在拆卸產品的過程中，可以使用如扳手、螺絲刀等工藝裝備，并定義使用工藝裝備拆卸產品零部件的詳細細節。
用戶可以指定工序的工序名稱、內容，通過自定義屬性定義裝配的各種信息，包括裝配方法、注意事項、檢驗方法等等，產生完善的裝配數據信息。圖4為定義裝配步驟和活動示意圖。
圖4 定義裝配步驟和活動
2.5.2 調整裝配活動順序及時間
為了更加真實的仿真裝配的實際過程，輔助計算裝配過程各工序的實際時間，系統提供了調整裝配活動順序及時間功能，該功能將步驟中的每一個活動視為一個任務，以甘特圖的形式展示給用戶，用戶可以調整每個活動的開始時間，結束時間，定義各活動的先后關聯順序，達到模擬并行裝配場景的目的，并輔助用戶進行裝配節拍計算。
2.5.3 裝配仿真
完成了一個產品的完整裝配過程定義后，用戶可以通過裝配仿真功能，仿真裝配的實際效果，用可視化的方式，通過裝配工藝性評價功能，檢驗裝配過程的合理性。
2.5.4 三維工藝裝備管理
裝配過程仿真，不僅可以模擬產品的零部件如何被裝配的完整過程，還能夠模擬如何借助工藝裝備進行裝配的過程。首先，用戶需要在開目企業資源管理器中，建立一些在產品裝配過程中需要用到的三維工藝裝備模型庫（包括：工具、夾具、量具等），然后在可視化裝配活動定義過程中，引入這些工藝裝備，安裝工藝裝備，定義裝備的活動（使用工藝裝備拆卸產品零部件），最后拆除工藝裝備，這樣系統就能夠模仿使用工藝裝備裝配產品零部件的完整過程了。
2.5.5 裝配工藝評價
裝配仿真的過程中，用戶可以通過系統提供的動態干涉檢查功能，檢查產品設計、裝配工藝規劃的合理性，幫助用戶在產品生命周期早期，發現產品設計缺陷及裝配工藝設計缺陷，縮短設計周期，提高產品質量。
2.6 三維裝配工藝設計數據組織形式
裝配工藝設計完成后，可以轉變為工藝卡片上的內容，還可以通過開目工藝編輯平臺進行一定的編輯，系統會為每道工序產生一張圖片，自動插入工序卡的工藝簡圖區，以輔助工藝人員操作。因此，在工藝管理系統中，需要對這些數據形式進行統一的管理，把這些數據統一保留在裝配工藝對象中，不同的數據形式以文卷的方式存放在對象中，由工藝管理系統負責它們的聯系。如下圖所示。這種數據組織形式，為今后工藝數據發放到車間工位提供條件，在工藝管理系統中通過權限控制將數據發放到指定工位。圖5工藝管理系統對工藝數據的管理方式。
圖5 工藝管理系統對工藝數據的管理方式
2.7 三維裝配工藝文件的簽審
三維裝配工藝文件的簽審流程一般包括編制、審核、批準步驟。工藝文件編制完成后，提交到審核步驟，審核人對裝配工藝對象進行審核，在流程中簽字確認。審核后提交到批準步驟，同樣對裝配工藝對象進行批準。
2.8 三維裝配工藝文件的匯總
通過工藝管理系統的匯總功能，可以對多個工藝文件進行各種工藝數據的匯總，如工藝路線的匯總、裝入件明細匯總、工裝匯總等等。
3 車間信息發布與應用
由于工藝管理系統中完整的記錄了三維裝配工藝數據，因此，在車間發布時，可以以圖文一體化的形式把工藝數據展現在車間終端，包括瀏覽三維模型、二維圖紙，瀏覽工藝文件、裝配仿真等。
在車間終端應用模塊，工藝數據展示界面如下圖所示，上面為功能按鈕，下面左邊顯示裝配結構樹，右邊為瀏覽區域。當需要進行裝配仿真瀏覽時，可瀏覽裝配工藝文件中各工序對應的裝配動畫和工序相關信息（包括本道工序的裝入件明細、工裝明細和工序內容），在瀏覽過程中可對模型進行放大、縮小和旋轉操作，裝配人員可以從不同的角度查看安裝過程。圖6為三維裝配工藝瀏覽。
圖6 三維裝配工藝瀏覽
4 結束語
基于開目工藝管理系統的三維裝配工藝設計系統，為企業數字化的各類應用環節提供了完整的設計、工藝、制造信息，蘊含著強大的生命力。目前該系統已在航空、航天、船舶、電子行業得到應用，對提升企業工藝創新能力、縮短產品研制周期、提高市場應變能力起到了積極作用。
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本文標題：基于開目工藝管理系統的三維裝配工藝設計
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