裝備制造業(yè)三維作業(yè)指導(dǎo)應(yīng)用研究

彭 濤，邱 華，胡華強(qiáng)，何其昌

(1.三一集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410010)(2.SJTU-SANY數(shù)字化工廠技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，上海 200240)

裝備制造業(yè)三維作業(yè)指導(dǎo)應(yīng)用研究

彭 濤1,2，邱 華1,2，胡華強(qiáng)1,2，何其昌2

(1.三一集團(tuán)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410010)(2.SJTU-SANY數(shù)字化工廠技術(shù)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室，上海 200240)

分析了裝配工藝指導(dǎo)現(xiàn)存的問題，介紹了三一集團(tuán)三維裝配工藝指導(dǎo)的具體實(shí)施方案。通過三維產(chǎn)品裝配資源建模、交互式裝配工藝規(guī)劃、三維裝配工藝文件生成與遠(yuǎn)程發(fā)布等應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)數(shù)模向工藝、制造環(huán)節(jié)的傳遞，強(qiáng)化信息化手段對(duì)裝配操作信息的有效管理。

裝備制造；三維作業(yè)指導(dǎo)；應(yīng)用研究

1 裝備作業(yè)指導(dǎo)發(fā)展趨勢(shì)

裝備制造業(yè)中產(chǎn)品裝配所需工時(shí)占總工時(shí)的40%～60%，裝配工藝對(duì)產(chǎn)品及時(shí)交付起著至關(guān)重要的作用。目前很多企業(yè)工藝和制造環(huán)節(jié)依然沿用傳統(tǒng)的二維圖紙和技術(shù)文檔，這種圖片加文字的信息傳遞方式，很難高效準(zhǔn)確地傳遞工藝知識(shí)來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)操作，成為當(dāng)前裝備制造業(yè)客戶化定制發(fā)展的瓶頸之一[1]。更好的解決方法就是基于產(chǎn)品三維模型，將產(chǎn)品核心信息直接傳遞給產(chǎn)品全生命周期中的各個(gè)環(huán)節(jié)，讓三維模型發(fā)揮更多的作用[2]。國(guó)外部分先進(jìn)裝備制造企業(yè)已開始挖掘產(chǎn)品模型的價(jià)值，如卡特彼勒的礦車裝配線，已將三維模型用于裝配操作查詢與指導(dǎo)，如圖1所示。

圖1 卡特彼勒裝配線三維作業(yè)指導(dǎo)

2 三維作業(yè)指導(dǎo)應(yīng)用

三一集團(tuán)基于對(duì)三維模型巨大應(yīng)用價(jià)值的認(rèn)識(shí)，針對(duì)工藝人員采用Excel輔以圖片編制裝配作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀，提出實(shí)現(xiàn)裝配作業(yè)指導(dǎo)三維化的目標(biāo),變革工藝人員的工作模式，對(duì)產(chǎn)品三維模型進(jìn)行輕量化處理和工藝信息封裝，提高作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制手段和效果[3]。通過定制開發(fā)三維作業(yè)指導(dǎo)編輯工具Sany3DAD，結(jié)合達(dá)索系統(tǒng)的3DVIA Composer軟件進(jìn)行三維裝配作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編制，將“三維化”文件包發(fā)布到SanyMES系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)裝配作業(yè)指導(dǎo)的三維化。三維作業(yè)指導(dǎo)編制發(fā)布流程如圖2所示。

圖2 三維作業(yè)指導(dǎo)編制發(fā)布流程

2.1工藝資源庫(kù)的建立與維護(hù)

工藝資源庫(kù)是三維作業(yè)指導(dǎo)編制時(shí)的素材庫(kù)，采用分類樹狀結(jié)構(gòu)管理，如圖3所示，包括裝配工藝設(shè)計(jì)所需的設(shè)備、工具、工裝、量具、檢具等三維輕量化模型及相應(yīng)的屬性信息。設(shè)備類主要是機(jī)床，包括物理、狀態(tài)等基本屬性以及設(shè)備標(biāo)識(shí)、設(shè)備規(guī)格等信息，檢測(cè)輔助設(shè)備包括外圓跳動(dòng)儀、銷孔跳動(dòng)儀、探傷儀、卡尺等。此外根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目的不同，輔助設(shè)備類派生出量具類、粗糙度測(cè)量?jī)x類、傳感器類等。在制作各種產(chǎn)品三維裝配作業(yè)指導(dǎo)的過程中，同步沉淀工藝知識(shí)，豐富工藝資源庫(kù)，使之成為企業(yè)永久的財(cái)富。

2.2交互式三維裝配工藝規(guī)劃

將產(chǎn)品三維模型導(dǎo)入3DVIA Composer軟件，在產(chǎn)品模型爆炸圖中，根據(jù)裝配流程批量指定和拾取當(dāng)前工序所需的裝配零件；設(shè)計(jì)可視化裝配基本步驟，配置設(shè)備與工夾具，規(guī)劃裝配路徑，進(jìn)行動(dòng)態(tài)間隙與干涉檢查；確認(rèn)裝配序列與路徑可行后，用圖標(biāo)或文字對(duì)零件與過程作動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)，所有裝配操作中的關(guān)鍵控制點(diǎn)與質(zhì)量要求作為協(xié)同角色添加到三維場(chǎng)景中，其中包括各種工具設(shè)備的操作使用；最后生成3DVIA播放文件，將裝配過程動(dòng)畫存入服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)[5]。工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)界面如圖4 所示。

圖3 工裝設(shè)備庫(kù)模型

圖4 工藝規(guī)劃設(shè)計(jì)界面

2.3三維作業(yè)指導(dǎo)文件在MES發(fā)布

開發(fā)了Sany3DAD三維作業(yè)指導(dǎo)管理軟件，在三維作業(yè)指導(dǎo)動(dòng)畫制作和車間MES發(fā)布兩個(gè)環(huán)節(jié)之間搭建起橋梁。該軟件將三維裝配動(dòng)畫、高清晰裝配圖片關(guān)聯(lián)到原二維Excel作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，集成輸出為.g3f格式的文件。工藝工程師在Sany3DAD三維作業(yè)指導(dǎo)管理軟件中完成.g3f格式的三維作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)文件打包之后，按工位IP地址分配到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)相應(yīng)的MES終端機(jī)上，如圖5所示，裝配工人在MES終端通過點(diǎn)擊關(guān)聯(lián)區(qū)域，查看相應(yīng)工位的裝配動(dòng)畫。

3 結(jié)束語(yǔ)

產(chǎn)品模型是裝備制造企業(yè)的財(cái)富，涵蓋了產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的全部信息，其生命價(jià)值應(yīng)當(dāng)體現(xiàn)在企業(yè)產(chǎn)品全生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié)。三一集團(tuán)通過對(duì)三維作業(yè)指導(dǎo)的應(yīng)用探索，創(chuàng)建了全新的無(wú)紙化、三維化、動(dòng)態(tài)化的作業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編制及下發(fā)系統(tǒng)，不僅改進(jìn)了工藝人員工作方式，提升了車間現(xiàn)場(chǎng)裝配指導(dǎo)的效率，也帶動(dòng)了產(chǎn)品三維模型在產(chǎn)品全周期的應(yīng)用。

圖5 終端工藝展示界面

[1] 劉檢華.軍工數(shù)字化裝配技術(shù)[J].國(guó)防制造技術(shù),2011,8(4):5-7.

[2] 戴晴華,易迪升,田文勝,等.虛擬制造技術(shù)及其在工程機(jī)械中的應(yīng)用[J].中國(guó)工程機(jī)械學(xué)報(bào), 2010,8(2): 184-189.

[3] 田文勝,譚一炯.基于DELMIA的三維裝配作業(yè)指導(dǎo)書生成方法研究[J].中國(guó)制造業(yè)信息化, 2012,41(11):44-46.

[4] Wu Yunfeng, Zhang Yin, Shen Junwu,et al. The virtual reality applied in construction machinery industry [C]. Virtual,Augmented and Mixed Reality:Systems and Applications.Berlin Heidelberg:Springer-verlag,2013:340-349.

[5] 蔡虎.基于3DVIA的虛擬裝配工藝實(shí)施方案研究[J].航空制造技術(shù),2012(6):80-83.

TheApplicationof3DModelWorkInstructionsinEquipmentManufacturingIndustry

PENG Tao1,2,QIU Hua1,2,HU Huaqiang1,2,HE Qichang2

(1.Sany Group Co., Ltd., Hunan Changsha,410010,China)(2. SJTU-SANY Joint Laboratory of Digital Factory Technology, Shanghai,200240,China)

It analyzes the existing problems of assembly process guidance, introduces relevant practice guide of the assembly process application in Sany Group. With the application of 3D product assembly resource modeling, interactive assembly process planning, 3D assembly process documents generating and issuing remotely, it achieved 3D product design model transmission to the process and manufacturing sectors, and strengthens the management effective of assembly information through information technology.

Equipment Manufacturing; 3D Model Instructions; Application Research

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.02.017

2013-10-10

國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2012BAF12B20)

彭濤(1979—)，男，湖北仙桃人，三一集團(tuán)有限公司工程師,博士，主要研究方向?yàn)樘摂M現(xiàn)實(shí)、數(shù)字化制造、數(shù)字化營(yíng)銷等。

TH164；TV642

A

2095-509X(2014)02-0074-03