基于DMU的三維裝配工藝規(guī)劃與仿真技術(shù)體系結(jié)構(gòu)研究

鄭植元

摘 要：對三維裝配工藝規(guī)劃的必要性和意義，DMU及其在產(chǎn)品生命周期中的應(yīng)用進(jìn)行分析。在此基礎(chǔ)上，對基于DMU的三維裝配工藝規(guī)劃與仿真技術(shù)應(yīng)用模式及體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：DMU；三維裝配工藝規(guī)劃；仿真技術(shù)體系

中圖分類號：TP391.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）23-0057-02

1 基于DMU的三維裝配工藝規(guī)劃與仿真技術(shù)的必要性

現(xiàn)有的裝配工藝工作仍然采用傳統(tǒng)的基于二維工程圖的工藝設(shè)計方法，存在很多問題，主要表現(xiàn)在：

（1）數(shù)據(jù)的“斷層”。目前我國航空制造企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計已經(jīng)基本采用了商品化的三維CAD系統(tǒng)，但工藝規(guī)劃階段仍然采用傳統(tǒng)的二維圖紙方式，導(dǎo)致工藝設(shè)計周期長，現(xiàn)場工人閱讀質(zhì)量能力需求高，不直觀。（2）三維工藝規(guī)劃模式的“缺失”。目前CAPP技術(shù)尚不能滿足產(chǎn)品研制模式的變化，工作模式缺失，工作流程和技術(shù)路線不明確，企業(yè)迫切需要三維環(huán)境下數(shù)字化工藝規(guī)劃模式，形成航空制造企業(yè)基于DMU的三維工藝設(shè)計與仿真工作模式和工作流程。（3）裝配工藝規(guī)劃結(jié)果工藝更改頻繁，可指導(dǎo)性差。傳統(tǒng)的二維裝配工藝質(zhì)量對工人閱讀圖紙的能力要求高，導(dǎo)致不同的工人對圖紙的理解不同，影響航空產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。并且在裝配過程中，由于二維工藝指令難以理解，導(dǎo)致裝配返工，影響工作效率。

三維裝配工藝規(guī)劃與仿真能夠克服二維裝配工藝設(shè)計存在的問題，其特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）直接的三維數(shù)據(jù)傳遞。目前，設(shè)計部門已經(jīng)基于MBD技術(shù)進(jìn)行三維產(chǎn)品的設(shè)計，將產(chǎn)品制造信息定義在三維產(chǎn)品模型當(dāng)中，工藝設(shè)計人員可以直接依據(jù)產(chǎn)品設(shè)計MBD模型進(jìn)行裝配工藝的設(shè)計工作。（2）裝配工藝規(guī)劃的三維化。三維產(chǎn)品模型直接被用于工藝設(shè)計階段，在工藝發(fā)布階段，可以直接在三維環(huán)境下瀏覽產(chǎn)品的三維模型，查看產(chǎn)品的裝配結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系，并進(jìn)行裝配順序的規(guī)劃，裝配工藝路線的確定，裝配資源的規(guī)劃。

2 基于DMU的三維裝配工藝規(guī)劃與仿真應(yīng)用模式

2.1 DMU在工藝準(zhǔn)備過程中的應(yīng)用

（1）產(chǎn)品、資源模型建立。需要對企業(yè)內(nèi)的資源進(jìn)行建模，包括環(huán)境模型（包括廠房、工作臺等）、虛擬人體模型、設(shè)備模型、工裝模型和工具模型。（2）輕量化三維資源模型。在制造資源庫的建立過程中，要對制造資源庫進(jìn)行分類，以便于輕量化模型的查找與應(yīng)用。（3）基于DMU的裝配工藝規(guī)劃。在輕量化模型的支持下，型號主管人員、工藝主管人員在可視化環(huán)境下進(jìn)行PBOM的劃分、工藝分工、任務(wù)分配等裝配工藝規(guī)劃工作，工藝設(shè)計人員在可視化環(huán)境下進(jìn)行飛機(jī)部件工藝分里面劃分、裝配資源的確定、裝配工藝流程確定工作。（4）基于輕量化DMU的裝配工藝仿真。工藝設(shè)計完畢之后，確定了用于裝配工藝仿真的裝配環(huán)境、虛擬人、設(shè)備、工裝、工具等信息?；谳p量化DMU模型，對裝配過程的合理性、工具可達(dá)性等進(jìn)行仿真驗證并將工藝仿真結(jié)果反饋給工藝設(shè)計，以對裝配工藝設(shè)計結(jié)果進(jìn)行優(yōu)化。

2.2 基于DMU的三維裝配工藝規(guī)劃與仿真技術(shù)應(yīng)用模式

（1）工藝DMU模型。設(shè)計部門的設(shè)計人員在CAD系統(tǒng)中完成產(chǎn)品的設(shè)計，通過CAD系統(tǒng)與PDM系統(tǒng)的集成接口，將全格式的三維產(chǎn)品模型轉(zhuǎn)化為輕量化模型存儲在PDM系統(tǒng)當(dāng)中，PDM系統(tǒng)能夠?qū)AD系統(tǒng)的EBOM結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品的基本屬性信息進(jìn)行結(jié)構(gòu)化存儲，設(shè)計人員在PDM系統(tǒng)當(dāng)中對設(shè)計EBOM進(jìn)行修改完善之后，正式發(fā)放EBOM。（2）PBOM生成。EBOM正式發(fā)放之后，企業(yè)級工藝部門的型號主管人員根據(jù)獲取到的EBOM以及輕量化產(chǎn)品模型，在PDM系統(tǒng)中，合理地利用產(chǎn)品的設(shè)計分離面以及工藝分離面，在EBOM的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改、配置，通過結(jié)構(gòu)與層次的調(diào)整，加入工藝虛擬件，形成PBOM。（3）工藝分工。PBOM生成之后，企業(yè)級工藝部門的型號主管人員在PDM系統(tǒng)中，根據(jù)各裝配車間的裝配資源情況以及各裝配車間的當(dāng)前任務(wù)量，以產(chǎn)品的PBOM為基礎(chǔ)，為PBOM的每個部組件選擇裝配車間，確定各部件的裝配車間以及產(chǎn)品的總裝車間，完成工藝分工。（4）任務(wù)分配。車間級工藝部門的主管工藝人員根據(jù)獲取到的工藝分工信息，在PDM系統(tǒng)中，根據(jù)實際情況進(jìn)行裝配單元的分解，將本部門承擔(dān)的任務(wù)進(jìn)一步分解為更小的裝配單元，并指定具體的工藝設(shè)計人員進(jìn)行裝配工藝的編制工作，完成任務(wù)分配。（5）裝配工藝設(shè)計。工藝設(shè)計人員接收到任務(wù)之后，通過裝配工藝設(shè)計與仿真系統(tǒng)和PDM系統(tǒng)的集成接口，將三維輕量化DMU模型導(dǎo)入到裝配工藝設(shè)計與仿真系統(tǒng)，進(jìn)行裝配工藝的設(shè)計。與此同時，在裝配工藝設(shè)計過程中，若需要進(jìn)行工裝設(shè)計，在PDM系統(tǒng)中發(fā)起工裝設(shè)計申請。（6）裝配工藝仿真。工藝設(shè)計人員等待工裝設(shè)計完成之后，將裝配資源輕量化模型導(dǎo)入到裝配環(huán)境當(dāng)中，進(jìn)行裝配工藝仿真，對裝配工藝設(shè)計的結(jié)果進(jìn)行仿真驗證，及時發(fā)現(xiàn)裝配工藝設(shè)計存在的問題，并對裝配工藝進(jìn)行優(yōu)化。在裝配工藝仿真過程中輸出裝配工藝文件生成所需要的各種素材。（7）三維裝配工藝文件輸出。裝配工藝設(shè)計與仿真完成之后，進(jìn)行三維工藝視圖編制、工步信息編輯等。根據(jù)定制的企業(yè)工藝文件模板，裝配工藝設(shè)計人員將裝配工藝信息輸出到模板中，生成三維裝配質(zhì)量（AO），通過協(xié)同平臺發(fā)放到MES系統(tǒng)，指導(dǎo)現(xiàn)場操作工人通過電子看板進(jìn)行現(xiàn)場裝配。（8）裝配工藝信息管理。裝配工藝設(shè)計與仿真完成之后，工藝設(shè)計人員通過裝配工藝設(shè)計與仿真系統(tǒng)的集成接口，將更改后的裝配BOM信息，裝配工藝信息，以及最后生成的裝配工藝文件，結(jié)構(gòu)化到PDM系統(tǒng)當(dāng)中，進(jìn)行統(tǒng)一的工藝數(shù)據(jù)管理。（9）裝配工藝執(zhí)行。裝配工藝正式發(fā)放之后，主管工藝人員給現(xiàn)場操作人員開放工藝瀏覽權(quán)限，現(xiàn)場操作人員通過現(xiàn)場電子看板，瀏覽裝配工藝信息以及三維裝配工藝文件。制造執(zhí)行系統(tǒng)通過PDM系統(tǒng)獲取裝配工藝信息以及三維裝配工藝文件。

3 基于DMU的三維裝配工藝規(guī)劃與仿真體系結(jié)構(gòu)

3.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層用于存取、維護(hù)和管理裝配工藝設(shè)計過程中裝配工藝參數(shù)，以及輕量化模型等，是裝配工藝設(shè)計與仿真的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)層主要包括兩部分?jǐn)?shù)據(jù)，一部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲在數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，另一部分?jǐn)?shù)據(jù)通過文件服務(wù)器來進(jìn)行管理。

3.2 基礎(chǔ)構(gòu)件層

基礎(chǔ)構(gòu)件層是系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)構(gòu)件層的基礎(chǔ)，主要為應(yīng)用服務(wù)構(gòu)件層提供底層支撐，包括系統(tǒng)集成構(gòu)件、裝配資源操作構(gòu)件、工藝數(shù)據(jù)操作構(gòu)件、工作流構(gòu)件、輕量化瀏覽構(gòu)件、運動導(dǎo)航構(gòu)件、干涉檢查構(gòu)件、輕量化仿真構(gòu)件、Web瀏覽構(gòu)件等。

3.3 服務(wù)構(gòu)件層

服務(wù)構(gòu)件層是裝配工藝設(shè)計與仿真技術(shù)的應(yīng)用核心，主要包括裝配工藝設(shè)計、裝配工藝仿真、三維裝配工藝輸出以及現(xiàn)場工藝可視化。

3.4 航空制造行業(yè)應(yīng)用構(gòu)件層

航空制造與傳統(tǒng)的行業(yè)的制造相比，產(chǎn)品工藝更改頻繁、強(qiáng)調(diào)完善的版本管理，這就需要一套完善的工藝管理與控制體系，對工藝版次、文件更改與審批、信息交換等環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格的控制，以保證數(shù)據(jù)的一致性、安全性，并保持?jǐn)?shù)據(jù)流轉(zhuǎn)的暢通性。

3.5 系統(tǒng)集成應(yīng)用界面層

系統(tǒng)集成接口能夠?qū)崿F(xiàn)與其他系統(tǒng)的集成，包括PDM系統(tǒng)、MES系統(tǒng)等。三維裝配工藝設(shè)計與仿真體系能夠從PDM系統(tǒng)獲取輕量化DMU數(shù)據(jù)，工藝人員進(jìn)行基于DMU的三維裝配工藝頂層規(guī)劃與仿真，工藝詳細(xì)規(guī)劃后，可以將結(jié)果傳遞給PDM系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，MES系統(tǒng)直接從PDM系統(tǒng)中獲取裝配工藝信息。

4 結(jié)語

本文通過分析航空產(chǎn)品工藝準(zhǔn)備過程，以及輕量化DMU在工藝準(zhǔn)備過程中的應(yīng)用，研究了基于輕量化DMU的三維裝配工藝規(guī)劃與仿真系統(tǒng)應(yīng)用模式。

參考文獻(xiàn)

[1]高玉琴，何云峰，于俊清.改進(jìn)的基于AABB包圍盒的碰撞檢測算法[J].計算機(jī)工程與設(shè)計， 2007，28（16）：3815-3817.

[2]王鵬，劉旭敏，關(guān)永.基于OBB層次包圍盒的碰撞檢測算法改進(jìn)[J].計算機(jī)工程與設(shè)計， 2009，30（13）：3196-3198.endprint