基于MBD的引信裝配工藝信息建模及管理系統(tǒng)設(shè)計*

竇景麗，郝永平

（沈陽理工大學(xué)CAD/CAM技術(shù)研究與開發(fā)中心，沈陽 110159）

基于MBD的引信裝配工藝信息建模及管理系統(tǒng)設(shè)計*

竇景麗，郝永平

（沈陽理工大學(xué)CAD/CAM技術(shù)研究與開發(fā)中心，沈陽 110159）

為了改善引信裝配效率，實(shí)現(xiàn)企業(yè)信息化無紙化作業(yè)。通過對引信裝配過程的研究，文章引入模塊化設(shè)計思想，提出了裝配MBD模型的概念，分析了裝配MBD模型中信息構(gòu)成，并借助管理系統(tǒng)將已定義的工藝信息傳遞出去，從而指導(dǎo)生產(chǎn)現(xiàn)場。在UG8.0三維環(huán)境下，應(yīng)用UG_OPEN API功能模塊，以VC++為工具開發(fā)裝配工藝信息模型，采用Java語言對管理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了裝配工藝信息在管理系統(tǒng)中的合理表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了車間數(shù)字化管理。最后以某型號引信進(jìn)行了實(shí)例驗證。

MBD；引信裝配；工藝建模；管理系統(tǒng)

0 引言

隨著市場需求的多樣化以及數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)的不斷發(fā)展，促使制造企業(yè)運(yùn)用信息化手段改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)經(jīng)營管理方式?；谀Ｐ偷亩x（MBD）技術(shù)是將原來定義在二維圖紙上的幾何形狀信息、尺寸、公差信息和工藝信息等產(chǎn)品信息，集成定義在三維實(shí)體模型中［1］。MBD技術(shù)的研究逐漸深入，其應(yīng)用價值越顯突出，成為了各行業(yè)數(shù)字化設(shè)計制造的必然趨勢。以波音787為代表，在其研制過程中全面采用了MBD技術(shù)，將三維模型作為設(shè)計制造裝配過程依據(jù)，實(shí)現(xiàn)了無紙化作業(yè)。應(yīng)用此項技術(shù)，在管理和效率方面取得巨大成效［2］。鑒于國外MBD技術(shù)的成功應(yīng)用以及取得的成績，國內(nèi)研究也不斷開展，中航工業(yè)成飛公司在梟龍飛機(jī)和ARJ21飛機(jī)機(jī)頭的制造過程中應(yīng)用了全數(shù)字量傳遞的協(xié)調(diào)工作法。在縮短生產(chǎn)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、提高企業(yè)競爭力等方面，MBD技術(shù)成為一種重要手段，同時，MBD技術(shù)不斷向其他領(lǐng)域拓展，在大型裝配制造業(yè)中，南車集團(tuán)、北車集團(tuán)等在高速列車的設(shè)計生產(chǎn)中，也正在全面推行MBD全三維數(shù)字化工作［3-5］。

選用引信的裝配過程作為研究對象，相應(yīng)生產(chǎn)制造企業(yè)作為應(yīng)用環(huán)境，通過UG/open API對UG進(jìn)行二次開發(fā)［6］，充分利用VC++6.0中MFC開發(fā)研究MBD技術(shù)應(yīng)用的方法，不僅可以保證引信裝配質(zhì)量，降低廢品率和消耗，提高企業(yè)的信息化水平，同時也加快了我國兵器行業(yè)的三維化進(jìn)程。

1 引信裝配工藝MBD模型

1.1 引信裝配概述

引信裝配是整個引信制造過程中的最后一個階段，包括裝配、調(diào)整、檢驗和試驗等內(nèi)容。裝配是對產(chǎn)品設(shè)計和零件加工質(zhì)量的一次總檢驗，通過裝配最后保證引信的質(zhì)量要求［7］。

引信的具體工藝設(shè)計是根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合企業(yè)實(shí)際，分析裝配基準(zhǔn)和定位方法，確定最優(yōu)裝配方案及組織形式。確定整體工藝流程，各工序工位內(nèi)容、操作技術(shù)要求等信息。劃分裝配單元即得到裝配過程所需的各個裝配件，最后，確定裝配所需的設(shè)備、工具、工裝、工作場地、裝配相關(guān)作業(yè)人員等，在此過程中要確保物料資源供給，裝配質(zhì)量跟蹤。在工藝設(shè)計各個環(huán)節(jié)，會產(chǎn)生很多工藝信息，對裝配信息進(jìn)行總結(jié)如圖1所示。

圖1 引信裝配工藝設(shè)計及信息

1.2 裝配M BD模型

結(jié)合裝配信息，參考國際和國內(nèi)等相關(guān)MBD標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)引信裝配過程中工藝過程，建立裝配MBD模型如圖2所示。

圖2 引信裝配MBD模型

（1）裝配設(shè)計模型

裝配設(shè)計模型是設(shè)計者所具體構(gòu)建的三維實(shí)體模型。設(shè)計者將原來定義在二維圖紙上的幾何形狀信息、尺寸公差信息以及工藝信息等信息完整定義并集成到三維實(shí)體中，更加直觀體現(xiàn)裝配各階段所需的信息。利用MBD技術(shù)定義總裝配體、子裝配單元，不在依托二維裝配圖和零件圖，使用三維模型對裝配過程進(jìn)行設(shè)計。

（2）裝配工藝模型

①裝配單元信息建模主要體現(xiàn)產(chǎn)品及各個零部件信息，主要有產(chǎn)品名稱、編號、零件名稱、零件編號、材料、標(biāo)準(zhǔn)化、數(shù)量、比例、重量等等。產(chǎn)品的裝配過程，就是按照裝配工藝的順序從組件到合裝的過程，利用UG創(chuàng)建零件的三維模型，將零件裝配成部組件，再一步步裝配成產(chǎn)品的過程。

②裝配工藝整體結(jié)構(gòu)建模主要體現(xiàn)裝配單元間的隸屬關(guān)系以及裝配順序，它確定了每個部分的歸屬問題，即某一個零件歸哪一級的哪個部件，通過樹狀目錄的形式展現(xiàn)出零部件隸屬關(guān)系，結(jié)合子裝配確定裝配順序［8］。

③工藝過程建模主要是對裝配基準(zhǔn)、尺寸公差標(biāo)注［9］、工藝屬性、工裝設(shè)備等信息的體現(xiàn)，也是MBD技術(shù)應(yīng)用的重要部分，MBD技術(shù)的特征是設(shè)計信息和工藝信息融合一體化，它將PMI及非幾何信息（技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理信息等）融為一體，使技術(shù)人員清晰使用MBD模型獲取所需的信息，部分定義在模型中的信息將體現(xiàn)在裝配車間管理系統(tǒng)被表格化的卡片中。

工序模型工步模型。結(jié)合經(jīng)驗從產(chǎn)品總裝配體模型到裝配單元模型再到零件模型的逆向裝配工序，規(guī)劃裝配順序，劃分裝配單元，每個裝配單元形成一個工序模型，根據(jù)工序模型的定義，在相應(yīng)零件模型中完成工步模型的定義。具體關(guān)系如圖3所示。

圖3 工序工步模型關(guān)系圖

MBD設(shè)計人員與工藝技術(shù)員進(jìn)行信息交流，根據(jù)引信裝配具體過程，編制好操作對話框，并將所填寫的信息與產(chǎn)品、零部件屬性相關(guān)聯(lián)，從而形成了工序信息集、工步信息集、工裝信息集、工藝結(jié)構(gòu)信息集等，并保存在數(shù)據(jù)庫中，這些MBD裝配工藝數(shù)據(jù)集信息與裝配車間管理系統(tǒng)緊密聯(lián)系［10］。工藝技術(shù)員登錄裝配車間管理系統(tǒng)相應(yīng)頁面，將MBD模型中得到的裝配信息以及根據(jù)需要填寫的表格信息，完成裝配工藝過程卡、裝配工序卡等編制，提高了工藝設(shè)計效率。具體過程如圖4所示。

圖4 基于MBD裝配模型與管理系統(tǒng)關(guān)系

2 裝配車間管理系統(tǒng)工藝子系統(tǒng)

2.1 總體功能設(shè)計

裝配車間根據(jù)下達(dá)的計劃，按照裝配要求對零部件進(jìn)行裝配，最終形成所需產(chǎn)品。在產(chǎn)品的裝配過程中，由于產(chǎn)品的復(fù)雜性，需要多個部門人員共同完成，在這個過程中，如果信息能夠及時到達(dá)與分享，極大的提高了效率［11］。但實(shí)際上其數(shù)據(jù)信息交互仍然比較落后，裝配作業(yè)管理比較混亂，管理人員不能快速掌握裝配情況，尤其是對裝配工藝的管理，數(shù)字化程度低。裝配車間管理系統(tǒng)是集成的人機(jī)交互系統(tǒng)，根據(jù)裝配工藝信息管理模塊目標(biāo)及要求，其功能應(yīng)有：產(chǎn)品屬性信息輸入、裝配零部件明細(xì)表生成、裝配工藝過程卡生成、裝配工序卡生成、裝配工裝明細(xì)生成?？偣δ苋鐖D5所示。

圖5 管理系統(tǒng)工藝模塊功能設(shè)計

2.2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)功能需要創(chuàng)建模塊，并且每個模塊下還有對應(yīng)子模塊，結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6 管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

（1）產(chǎn)品屬性信息輸入

產(chǎn)品屬性信息是進(jìn)行裝配工藝編制的產(chǎn)品、裝配體、裝配零件等的標(biāo)識信息，如產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品代號、部組件名稱、部組件代號等，主要屬性信息從MBD模型中提取，產(chǎn)品的其他附屬信息則由手工輸入，如：運(yùn)貨批次、產(chǎn)品描述等。

（2）裝配明細(xì)表

裝配明細(xì)表的生成，利用裝配上下層（父項和子項）裝配單元之間的關(guān)系，按照裝配順序用裝配序號標(biāo)識各層的裝配體，錄入該裝配單元相應(yīng)零部件信息，獲得裝配單元下各個模型，得到是否為標(biāo)準(zhǔn)件、外購件等相關(guān)信息，形成裝配零部件明細(xì)表。

（3）裝配工藝過程卡

裝配工藝過程卡是對一個裝配單元裝配過程的描述，由若干裝配工序組成。通過對模型工序信息檢索將在三維模型中定義好的工序信息顯示在裝配工藝過程卡片中，技術(shù)人員根據(jù)需要填寫卡片中相關(guān)信息，最終完成。

（4）裝配工序卡

裝配工序卡是描述該工序的作業(yè)內(nèi)容和要求，以及具體作業(yè)方法，由若干個工步組成。工序卡的生成是調(diào)用工步信息、工裝等信息完成，即確定了各工步使用的設(shè)備、工裝、輔助材料等工藝信息。

（5）裝配工裝

裝配工裝是工藝過程中所需要的各種刀具、工具、模具、檢具、輔助工具等的總稱。主要體現(xiàn)在實(shí)際裝配過程中對工裝具體使用情況，是不可缺少的重要物質(zhì)手段［12］。

3 應(yīng)用實(shí)例

采用上述方法，以UG8.0對某型號引信參數(shù)化建模，通過UG/OPEN API結(jié)合VC++的MFC進(jìn)行系統(tǒng)的二次開發(fā)，以SQL Serve作為數(shù)據(jù)庫平臺，通過ADO（ActiveX Data Object）訪問接口檢索信息。管理系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮腏ava語言進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，同樣以SQL Serve作為數(shù)據(jù)庫平臺，不僅有利于信息的交互，也實(shí)現(xiàn)了信息的集合。

某型號引信結(jié)構(gòu)由36個零件組成，如圖7所示。

圖7 某型號引信三維結(jié)構(gòu)圖

實(shí)現(xiàn)過程如下：

（1）將產(chǎn)品導(dǎo)入系統(tǒng)，建立設(shè)計模型。

（2）按照圖4建模流程，根據(jù)引信具體結(jié)構(gòu)，劃分裝配部件，建立引信的裝配MBD模型。將引信初步劃分為裝配上體部件、裝配下體部件、上下體結(jié)合部件。進(jìn)一步劃分可得到擊針部件、慣性機(jī)構(gòu)部件、離心銷保險機(jī)構(gòu)部件、火帽螺部件、隔離裝置部件、傳爆管部件以及引信上下體外殼等。

（3）以裝配上體部件為例，在裝配體信息界面錄入產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品編號等信息。選擇裝配樹上的裝配體，在裝配件信息錄入界面輸入零件序號、零件名稱、材料、比例等，信息提取可以通過UG/Open API函數(shù)實(shí)現(xiàn)。如圖8所示。

圖8 裝配信息錄入

（4）技術(shù)員進(jìn)入系統(tǒng)管理界面，選擇“工藝信息添加”下“裝配零部件明細(xì)添加”菜單進(jìn)入頁面，選擇產(chǎn)品名稱、部組件名稱后點(diǎn)擊添加按鈕，系統(tǒng)自動提取出選種產(chǎn)品的零部件信息，如圖9所示。提交成功后經(jīng)過領(lǐng)導(dǎo)審批合格，裝配工人即可查看裝配零部件明細(xì)信息。

圖9 裝配件明細(xì)表

4 結(jié)束語

本文針對引信產(chǎn)品裝配工藝過程，綜合了基于模型定義技術(shù)，建立裝配MBD模型，應(yīng)用VC++6.0對UG二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了信息模型定義，減少了二維圖紙依賴，充分利用了三維模型，采用管理系統(tǒng)整合顯示信息，縮短了裝配周期，提高了生產(chǎn)效率，由此實(shí)現(xiàn)了企業(yè)制造過程信息化、網(wǎng)絡(luò)化。

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（編輯 趙蓉）

MBD-Based Fuse Assembly Process Modeling and Management Information System Implementation

DOU Jing-li，HAO Yong-ping
（R&D Center of CAD/CAM Technology，Shenyang Ligong University，Shenyang 100159，China）

In order to improve the efficiency of the fuse assembly，implement enterprise informationization and paperless operation.Through research of the fuse assembly process，this paper introduces the modular design thought，puts forward the concept of assembly MBD model，analyses the composition assembly in the MBD model information.The process has been defined to pass out information through the management system to guide the production site.In UG8.0 environment，the application UG_OPEN API function modules to VC++for the development of information modeling tool assembly process.Using Object-oriented Java language management system design and development，to achieve a reasonable expression in the assembly process information management system，to realize digital management workshop.Finally it verified in a certain type of fuse.

MBD；fuse assembly；process modeling；management system

TH132；TG506

A

1001-2265（2015）04-0152-04 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.04.041

2014-07-30；

2014-08-05

國家863計劃項目（2009AA04Z167）；國家自然科學(xué)基金（50975183）；遼寧省優(yōu)秀人才支持計劃（2012LJQ019）

竇景麗（1988—），女，河北保定人，沈陽理工大學(xué)碩士研究生，研究方向數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化設(shè)計與制造技術(shù)，（E-mail）doujingli21@163. com。