電機三維可視化裝配信息系統(tǒng)解決方案和應用

夏雪芳，何芳霞

(上海電氣集團上海電機廠有限公司，上海 200240)

0 引言

電機是制造業(yè)和各行各業(yè)普遍使用的重要裝備。研究和應用電機的數(shù)字化設計仿真與工藝分析、數(shù)字化生產(chǎn)工藝優(yōu)化管理和信息集成平臺等支撐技術——電機產(chǎn)品三維可視化裝配信息系統(tǒng)，可以提升產(chǎn)品競爭能力和企業(yè)經(jīng)濟效益。

1 電機三維可視化裝配信息系統(tǒng)目標分析

為實現(xiàn)電機三維可視化裝配、工藝知識、工藝設計簽審等有序規(guī)范管理，以及與公司現(xiàn)有系統(tǒng)集成，電機三維可視化裝配信息系統(tǒng)需要達到以下幾點目標和要求:

1)開發(fā)電機產(chǎn)品的三維可視化裝配工藝規(guī)劃，如應用三維可視化裝配過程定義及管理、裝配仿真等進行工藝文件生成;

2)實現(xiàn)電機產(chǎn)品工藝知識管理;

3)實現(xiàn)電機產(chǎn)品工藝設計過程管理，如簽審流程管理、電子圖紙流轉、新產(chǎn)品開發(fā)過程管理和項目進度管理;

4)實現(xiàn)電機產(chǎn)品工藝設計與產(chǎn)品設計、制造及業(yè)務管理的集成。

2 電機三維可視化裝配信息系統(tǒng)解決方案

圍繞電機三維可視化裝配信息系統(tǒng)的目標，系統(tǒng)解決方案可分為以下四個部分。

2.1 開發(fā)電機產(chǎn)品的三維可視化裝配工藝規(guī)劃

電機三維可視化裝配功能通過三維裝配模型轉換和引入、裝配過程定義及管理、三維裝配工具選擇、裝配過程仿真和工藝簡圖及工藝文件的生成等幾個步驟來完成。

1)三維裝配模型轉換和引入

三維裝配工藝轉換器是一個獨立的模塊，使用該程序將三維模型文件轉換為一組顯示數(shù)據(jù)文件*.HSF、模型數(shù)據(jù)文件*.SAB、模型屬性數(shù)據(jù)文件*.attr和表達產(chǎn)品裝配結構的*.XML文件，以方便在裝配仿真過程定義的不同場合實時選擇和卸載，加快系統(tǒng)性能。

2)裝配過程定義及管理

規(guī)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”)，為裝配對象定義直線、旋轉、螺旋、平動、牽引、徑向等多種運動方向，并支持典型運動(如導線穿引、扳手、螺絲刀運動等)。圖3所示為某三維裝配步驟定義截圖。

圖3 某裝配定義界面

3)三維裝配工具的選擇，通過系統(tǒng)開發(fā)菜單完成。

鋼纖維混凝土的組成它包含了兩種部分，即纖維性材料、顆粒性材料混合而成的，在實踐過程中，鋼纖維混凝土中包含了鋼纖維，使得整體材料的就結構具備抗沖擊、抗折、抗疲勞等特點，與傳統(tǒng)的混泥土相比質量強度由于傳統(tǒng)混凝土材料，正是如此，在道路橋梁施工中該材料得到了廣泛的應用。

4)裝配過程的仿真

通過裝配仿真技術，用戶能夠逐道工序，逐個工步仿真產(chǎn)品的裝配過程及拆卸過程，同時支持將仿真過程錄制成AVI影像文件，供第三方軟件進行剪輯及音效合成，生成多媒體裝配過程影像制品;車間現(xiàn)場能夠點播某個裝配工序，或者工序內(nèi)的某個工步，達到指導裝配工人進行現(xiàn)場復雜裝配操作的目的。

裝配過程定義完成后，可以通過仿真播放功能進行裝配和拆卸的仿真播放。仿真播放過程中，還可以錄像，錄像生成錄像片段后，通過播放工具進行播放。

5)工藝簡圖及工藝文件的生成

完成以上定義和設置后，即可進行工藝簡圖和工藝文件的生成，圖4所示為某工藝簡圖。

圖4 某工藝文件簡圖

2.2 電機產(chǎn)品三維可視化工藝知識管理

工藝知識管理包括:通過建立和應用工藝知識數(shù)據(jù)庫，來編制和規(guī)范工藝文件;根據(jù)零件特征，篩選出相似的工藝規(guī)則，提供改編工藝;建立參數(shù)化的工藝路線和工藝內(nèi)容，簡約工藝設計;建立工藝材料知識庫，根據(jù)工藝要求、加工設備和工裝匹配，檢索出適用的工藝材料，提供選料用料。

1)建立和使用工藝知識數(shù)據(jù)庫。在電機可視化裝配信息系統(tǒng)中，電機所有的工藝知識和文檔信息都按工藝文檔對象來分類。

2)面向生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝路徑規(guī)劃

對工藝路徑重組，通過對零件特征識別和定義，判斷工藝規(guī)則的相似性，抽取和篩選工藝規(guī)程實例，實現(xiàn)對工藝過程的修正。將相似性工藝規(guī)程整合到一起，實現(xiàn)一道工序完成多個相同工步操作，從而縮短工序編制時間。通過對工藝路線的自動匯總及檢查功能，能發(fā)現(xiàn)編制的工藝卡片是否過于繁瑣，跳轉的工藝過程是否較多。對于這樣的相關工藝過程卡，反饋給相關工藝人員調整，從而縮短工序執(zhí)行時間。

3)參數(shù)化工藝設計

參數(shù)化包括工藝路線的參數(shù)化和工藝內(nèi)容的參數(shù)化。工藝路線的參數(shù)化表現(xiàn)為工藝路線可以變化。CAPP中可利用條件分支進行合并，根據(jù)實際參數(shù)自動跳轉。工藝內(nèi)容的參數(shù)化表現(xiàn)為工序內(nèi)容的表述，可以點擊選擇對應的工藝內(nèi)容，通過工序名稱和工序內(nèi)容的對應關系，在輸入工序名稱字段后找到對應的幾種常見的工序內(nèi)容，選擇最合適的表述內(nèi)容，這樣就可以有效的規(guī)范工序內(nèi)容。

2.3 電機三維可視化裝配工藝設計過程管理

電機產(chǎn)品工藝設計過程管理主要包括以下4個方面:1)建立電子化的工藝文檔編制流程、工藝文檔修改流程，對文檔的流轉過程進行網(wǎng)絡化管理和控制。2)用電子手段遞交、簽審工藝圖文檔，并與PDM集成。3)電機新產(chǎn)品開發(fā)過程管理。包括決策階段、計劃階段、樣機試制、改進設計、工藝驗證和工裝驗證、批量生產(chǎn)。4)在電機產(chǎn)品設計項目中，將整個設計項目劃分不同階段，確定階段里程碑、子任務、相應的資源和進度計劃;設計過程各子任務的完成情況實時反饋在信息化集成平臺中，自動獲得項目進度的實際數(shù)據(jù)。

2.4 電機三維可視化裝配與產(chǎn)品設計、制造及業(yè)務管理的集成

此集成平臺不僅要管理產(chǎn)品的工藝數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)，還要管理設計數(shù)據(jù)以及設計圖紙、仿真圖像和分析數(shù)據(jù)，并實現(xiàn)與公司現(xiàn)有系統(tǒng) CAD/CAM/CAPP/ERP等系統(tǒng)的信息集成與共享。

1)計劃員將PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中工藝會簽的相關零部件結構，導入到CAPP中，以便工藝任務分派及后續(xù)數(shù)據(jù)匯總，工藝管理系統(tǒng)中總是顯示最新的零部件版本。

2)與下游制造和管理系統(tǒng)ERP的集成

ERP接口包括:工藝路線數(shù)據(jù)表、工序信息表、材料明細表。

接口方式:以機規(guī)為單位，輸出數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)表，用數(shù)據(jù)庫作業(yè)的方式自動定時處理;

3)材料定額數(shù)據(jù)與ERP的集成

建立材料定額數(shù)據(jù)庫視圖，ERP系統(tǒng)直接讀取。

4)設計、工藝和制造管理的集成過程

系統(tǒng)分步從PDM、CAPP和ERP獲取產(chǎn)品制造工程數(shù)據(jù)。此類數(shù)據(jù)涉及三方面的業(yè)務:①技術部提供的產(chǎn)品及零部件設計明細表。技術部通過CAD產(chǎn)品設計，生成產(chǎn)品及下屬每個物料的編碼(圖號與材料代碼)和產(chǎn)品設計結構(標準BOM)，歸入PDM數(shù)據(jù)庫。②設定物料主記錄。技術、制造、采購、物流、財務等部門給產(chǎn)品及其下屬每個物料設置包括計劃提前期在內(nèi)的57種管理參數(shù)。③工藝會簽。工藝員確定每個物料的獲取方式(采購、制造或外協(xié))，并和各分廠工時定額員一起輸入制造件的工藝數(shù)據(jù)。

采取了以下集成方案:①完善產(chǎn)品工藝系統(tǒng)CAPP，使產(chǎn)品設計PDM系統(tǒng)和工藝增加的毛坯件在CAPP中生成符合SAP要求的完整的BOM結構。②統(tǒng)一企業(yè)技術標準和SAP要求，開發(fā)接口導入程序，將PDM產(chǎn)生的新物料代碼和BOM導入自行開發(fā)的ERP基礎信息系統(tǒng)中。③建立由標準室牽頭、包括設計、工藝、制造、采購、物流、分廠、財務維護人員組成的數(shù)據(jù)維護小組。數(shù)據(jù)小組接到設計的新產(chǎn)品機規(guī)，即發(fā)起物料主數(shù)據(jù)維護流程，將PDM中新增的產(chǎn)品物料代碼、BOM和工藝路線等導入ERP，接著在ERP中分步維護物料主記錄，然后導入SAP。采取這樣的制造工程數(shù)據(jù)維護模式，保證了制造數(shù)據(jù)源源不斷地及時輸入SAP，也保證了系統(tǒng)中制造工程數(shù)據(jù)的準確性、完整性和時效性。

圖5所示為電機三維可視化裝配與與產(chǎn)品設計、制造及業(yè)務管理的集成流程圖。

3 實施應用

電機三維可視化裝配信息系統(tǒng)在公司技術部進行了實施應用，收到了較好的效果。以公司某重點產(chǎn)品為例，圖6和圖7為該產(chǎn)品的三維可視化裝配過程仿真過程截圖。

圖6 裝配過程仿真

圖7 裝配過程仿真

4 結語

從公司的實際應用表明，建立的電機三維可視化裝配信息系統(tǒng)達到了預期的目標，在系統(tǒng)中實現(xiàn)了電機產(chǎn)品三維可視化裝配工藝規(guī)劃、工藝知識管理、工藝設計過程管理和與產(chǎn)品設計、制造及業(yè)務管理的集成。為公司工藝三維可視化、精細化管理進步提供了有力的信息系統(tǒng)支撐。