電子裝備三維工藝數(shù)據(jù)發(fā)放技術(shù)研究

程五四，張紅旗，周紅橋，陳興玉

(1.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

(2.合肥市雷達(dá)機(jī)電裝備先進(jìn)設(shè)計(jì)工程技術(shù)研究中心，安徽 合肥 230088)

(3.中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十八研究所國(guó)家級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)中心，安徽 合肥 230088)

(4.安徽省技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新基地，安徽 合肥 230088)

三維工藝是目前電子行業(yè)的研究熱點(diǎn)，旨在以三維模型為載體實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)和傳遞，消除大量三維轉(zhuǎn)二維環(huán)節(jié)，打通設(shè)計(jì)—工藝—制造全流程數(shù)字信息鏈路，顯著縮短產(chǎn)品研制周期。傳統(tǒng)二維制造模式逐漸被制造業(yè)舍棄，取而代之的是全三維的制造模式[1]。三維工藝技術(shù)是數(shù)字化技術(shù)的延伸，是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品制造過程數(shù)字化的手段，涉及到多種信息系統(tǒng)，如產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)、企業(yè)資源計(jì)劃(ERP)和制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)等[2]。南京晨光集團(tuán)有限責(zé)任公司的焦光明等人，開展了基于Pro/E的線纜裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)了線纜快速建模、裝配并生成裝配動(dòng)畫，輸出三維電子工藝卡片，進(jìn)行裝配車間的現(xiàn)場(chǎng)示教。南京電子技術(shù)研究所的吳欣開展了一體化三維工藝設(shè)計(jì)在復(fù)雜電子裝備中的應(yīng)用研究，以三維裝配工藝技術(shù)為例，將三維裝配工藝文件整合到工藝管理平臺(tái)上，便于PDM、ERP或MES系統(tǒng)的調(diào)用；建立了有效的數(shù)字量傳遞機(jī)制，將產(chǎn)品幾何信息和非幾何屬性信息(如裝配順序說明或動(dòng)畫裝配產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等信息)傳遞到操作者手中，使之能夠準(zhǔn)確、迅速地查閱裝配過程中需要的信息。

目前，電子行業(yè)的企業(yè)在應(yīng)用三維工藝設(shè)計(jì)技術(shù)時(shí)，工具軟件繁多，產(chǎn)生的工藝數(shù)據(jù)、發(fā)布至下游的技術(shù)和手段也不盡相同，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)發(fā)放應(yīng)用存在不足，合理的發(fā)放形式和經(jīng)驗(yàn)無(wú)法共享。與二維工程圖相比，以三維工藝模型為主的工藝數(shù)據(jù)之間存在非常高的依存度、結(jié)構(gòu)性和關(guān)聯(lián)性，如何將三維工藝數(shù)據(jù)與已有業(yè)務(wù)流程和信息系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)三維工藝數(shù)據(jù)的有效集成，達(dá)到三維工藝數(shù)據(jù)到車間現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)貫通，是亟待解決的問題。

1 發(fā)放技術(shù)研究

1.1 發(fā)放模式

1)發(fā)放流程。

三維工藝發(fā)放系統(tǒng)將根據(jù)用戶需求選擇發(fā)送輕量化模型或者原三維模型到車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。按需發(fā)放加工制造、數(shù)控編程和數(shù)字化檢測(cè)等環(huán)節(jié)所需的信息，確認(rèn)發(fā)放內(nèi)容、版本、發(fā)放形式和接收對(duì)象等信息。發(fā)放前應(yīng)按照規(guī)定履行審批手續(xù)，經(jīng)審批同意后方可發(fā)放。設(shè)置不同的發(fā)放權(quán)限和使用權(quán)限，確認(rèn)工藝數(shù)據(jù)的有效性，發(fā)放后的任何變動(dòng)都需按規(guī)定辦理更改手續(xù)，并進(jìn)行重新三維工藝設(shè)計(jì)，生成新版本的三維工藝數(shù)據(jù)。重新發(fā)放時(shí)，應(yīng)確認(rèn)發(fā)放的版本，并提出申請(qǐng)，經(jīng)批準(zhǔn)后方可再次發(fā)放新版本數(shù)據(jù)，對(duì)重新發(fā)放的狀態(tài)進(jìn)行記錄，并通知相關(guān)用戶，保證用戶及時(shí)更新版本數(shù)據(jù)。支持對(duì)數(shù)據(jù)發(fā)放過程的管理和查詢，包括發(fā)放時(shí)間、成功狀態(tài)等信息。采用離線發(fā)放和紙介質(zhì)發(fā)放產(chǎn)生的信息載體，進(jìn)行統(tǒng)一受控管理，保證發(fā)放信息完整，無(wú)冗余，無(wú)與下游相關(guān)用戶無(wú)關(guān)的信息。三維工藝數(shù)據(jù)發(fā)放模式及流程如圖1所示。

圖1 三維工藝數(shù)據(jù)發(fā)放模式及流程

2)發(fā)放管理。

考慮到模型三維化、信息結(jié)構(gòu)化和數(shù)據(jù)同源化的要求，針對(duì)三維模型的不同應(yīng)用需求，需確認(rèn)發(fā)放能被解析應(yīng)用的合適模型。如圖2所示，能夠按照零件工藝、部件工藝、整機(jī)工藝等產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層級(jí)發(fā)放，也能夠按照機(jī)加工藝、鈑金工藝、機(jī)械裝配工藝、電子裝聯(lián)工藝等專業(yè)類型發(fā)放。通過工藝物料清單(PBOM)結(jié)構(gòu)發(fā)放，默認(rèn)情況下，父級(jí)結(jié)構(gòu)一旦發(fā)放，子級(jí)結(jié)構(gòu)也應(yīng)關(guān)聯(lián)發(fā)放，并保證發(fā)放數(shù)據(jù)的可繼承性和一致性。通過系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)工藝路線、物料數(shù)據(jù)、材料定額和工時(shí)定額等信息的無(wú)縫傳遞。

圖2 三維工藝數(shù)據(jù)管理

1.2 發(fā)放內(nèi)容

工藝數(shù)據(jù)發(fā)放內(nèi)容應(yīng)包括工藝總方案、PBOM等，常見工藝數(shù)據(jù)的發(fā)放包含(但不限于)以下內(nèi)容：1)機(jī)加工藝數(shù)據(jù)發(fā)放，包括工藝路線、機(jī)加工藝模型、機(jī)加工序模型、數(shù)控加工系統(tǒng)模型、工裝模型、數(shù)控程序、技術(shù)要求和管理技術(shù)信息等；2)鈑金工藝數(shù)據(jù)發(fā)放，包括工藝路線、鈑金展開模型、鈑金工藝模型、鈑金工序模型、鈑金工步模型、模具模型、技術(shù)要求和管理技術(shù)信息等；3)機(jī)械裝配工藝數(shù)據(jù)發(fā)放，包括BOM信息、工藝路線、裝配工藝模型、裝配工序模型、裝配仿真動(dòng)畫、零部件明細(xì)表、工裝模型、技術(shù)要求和管理技術(shù)信息等；4)電子裝聯(lián)工藝數(shù)據(jù)發(fā)放，包括BOM信息，工藝路線、接線表，元器件明細(xì)表、電子裝聯(lián)工藝模型、技術(shù)要求等；5)三維布線工藝數(shù)據(jù)發(fā)放，包括工藝路線、布線模型、裝配順序、布線路徑、固定控制點(diǎn)、特殊線纜保護(hù)措施、線纜狀態(tài)參數(shù)(轉(zhuǎn)彎半徑、綁扎間距、線纜間距)等。

1.3 發(fā)放要求

1)模型三維化。

發(fā)放的工藝數(shù)據(jù)繼承三維模型及模型上的保存視圖、標(biāo)注、分解狀態(tài)、動(dòng)畫以及簡(jiǎn)化狀態(tài)、尺寸公差、剖切面等內(nèi)容，在工藝文件發(fā)放審簽過程中和制造車間現(xiàn)場(chǎng)支持對(duì)三維模型的旋轉(zhuǎn)、縮放、剖切顯示、測(cè)量、多視圖顯示等交互操作，與工藝規(guī)程中工序、工步節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)，并被數(shù)控加工設(shè)備、數(shù)字化檢測(cè)設(shè)備直接調(diào)用。針對(duì)數(shù)字化檢測(cè)需求，發(fā)放數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)可解析使用的三維模型，包括用于工序檢測(cè)的三維工序模型，用于產(chǎn)品檢測(cè)的設(shè)計(jì)模型等。三維模型一般采用輕量化的格式進(jìn)行存儲(chǔ)，如圖3所示。針對(duì)數(shù)控編程要求，發(fā)放計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)系統(tǒng)支持的三維模型，包括數(shù)控加工工序的三維工序模型、產(chǎn)品的設(shè)計(jì)模型等。

圖3 輕量化三維模型的存儲(chǔ)

2)信息結(jié)構(gòu)化。

對(duì)發(fā)放的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)和組織，即以工藝路線為核心，將工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)組織，如工藝節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)狀態(tài)的輕量化模型文件信息等；發(fā)放的工藝數(shù)據(jù)包含完整的結(jié)構(gòu)化工藝信息，形成結(jié)構(gòu)化文件格式，能夠被其他系統(tǒng)進(jìn)行解析接收，如PBOM、MBOM構(gòu)建所需的XML文件，提取打印的工藝過程卡等。如圖4所示，基于XML的工藝過程信息集成是將數(shù)據(jù)對(duì)象以樹形結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)，信息之間的關(guān)聯(lián)屬性將在XML樹節(jié)點(diǎn)中得到體現(xiàn)，并形成一個(gè)層層嵌套的樹狀結(jié)構(gòu)來(lái)表達(dá)工藝信息數(shù)據(jù)之間的關(guān)系[3]。以數(shù)據(jù)庫(kù)形式表達(dá)的工藝數(shù)據(jù)，可通過數(shù)據(jù)庫(kù)表、視圖等方式生成制造資源統(tǒng)計(jì)表、定額統(tǒng)計(jì)表等數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)通常用于ERP、PDM等信息系統(tǒng)中，對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，能夠?qū)Πl(fā)放后的工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行信息提取，形成各種自定義報(bào)表文檔，如按照檢驗(yàn)工序提取形成的檢驗(yàn)操作指導(dǎo)書、外購(gòu)件匯總表、關(guān)鍵工序明細(xì)表、專用工藝裝備明細(xì)表、工藝文件目錄表、鑄鍛件匯總表、材料消耗工藝定額表、工藝狀態(tài)表、工藝分工表、熱處理/表面處理/關(guān)重件零件清單和材料統(tǒng)計(jì)表等。

圖4 結(jié)構(gòu)化工藝信息

3)數(shù)據(jù)同源化。

保證數(shù)據(jù)的一致性、同源性和可繼承性，即對(duì)存儲(chǔ)于不同介質(zhì)(不同數(shù)據(jù)庫(kù))的工藝文件，在更改前后要保持一致性，對(duì)工藝資源信息進(jìn)行存儲(chǔ)和同步更新，如圖5所示。信息宜單獨(dú)存放在特定的位置，保證數(shù)據(jù)源頭的唯一性；對(duì)信息的復(fù)制、鏡像操作后形成的數(shù)據(jù)，保證與源數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)映射關(guān)系，能夠及時(shí)更新，并保證三維模型上標(biāo)注的工藝信息與結(jié)構(gòu)化屬性信息之間的一致性。采用不同的發(fā)放形式，均應(yīng)要求發(fā)放信息與所存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)化信息之間的一致性。對(duì)不同系統(tǒng)中的信息交換，應(yīng)設(shè)置訪問權(quán)限和信息同步機(jī)制，保證數(shù)據(jù)版本及內(nèi)容的一致性。

圖5 工藝資源信息存儲(chǔ)及同步

1.4 發(fā)放形式

1)在線發(fā)放。

通過企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)/局域網(wǎng)等渠道在線發(fā)放，實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)瀏覽器的工藝數(shù)據(jù)在線閱讀。隨MES系統(tǒng)下發(fā)的任務(wù)計(jì)劃一起，將數(shù)字化工藝規(guī)程URL鏈接地址推送至生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的接收對(duì)象，包括設(shè)備、工站、工位、人員等。根據(jù)不同的工藝類型和數(shù)據(jù)，展示不同的數(shù)字化工藝規(guī)程，能夠查看交互的三維模型、裝配動(dòng)畫，靜態(tài)電子文件、工藝附件文件(如電路原理圖、數(shù)控程序、操作指導(dǎo)書等)、采用表格或樹狀等形式展示的工藝信息(如工藝規(guī)程、設(shè)備資源、裝配零部件明細(xì)表、工序內(nèi)容、工藝參數(shù)等)等工藝數(shù)據(jù)。工藝規(guī)程中的工序/工步節(jié)點(diǎn)應(yīng)與三維工序/工步模型、結(jié)構(gòu)化屬性信息同步關(guān)聯(lián)，如數(shù)控程序與數(shù)控加工設(shè)備信息、數(shù)控加工工序、工序模型的關(guān)聯(lián)，裝配仿真動(dòng)畫文件與工序節(jié)點(diǎn)、工序模型、保存視圖及簡(jiǎn)化狀態(tài)的關(guān)聯(lián)，并支持查看審簽的狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)版本標(biāo)識(shí)等信息，如圖6所示。通過可視化顯示為加工人員提供完整自檢信息，為檢驗(yàn)人員提供專檢信息。用戶可以瀏覽樹結(jié)構(gòu)中各個(gè)節(jié)點(diǎn)的工序信息、刀量具信息、工裝信息和設(shè)備信息，同時(shí)還支持對(duì)每一道工序的模型進(jìn)行切換、瀏覽和信息提取[4]。

圖6 數(shù)字化工藝規(guī)程及附件

2)離線發(fā)放。

與三維工藝設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)物理隔離，不具備在線閱讀三維工藝數(shù)據(jù)的加工現(xiàn)場(chǎng)可進(jìn)行離線發(fā)放。以完整的離線三維工藝數(shù)據(jù)包的形式呈現(xiàn)，包含全部工藝數(shù)據(jù)信息，如網(wǎng)頁(yè)版數(shù)據(jù)文件。離線三維工藝數(shù)據(jù)格式包含(但不限于)Word、Excel、HTML、3D PDF、exe、XML等，且能夠被第三方工具打開或解析轉(zhuǎn)換。離線三維工藝數(shù)據(jù)包應(yīng)根據(jù)用戶要求，在辦理申請(qǐng)和審批手續(xù)后，通過儲(chǔ)存介質(zhì)和其他網(wǎng)絡(luò)發(fā)放給用戶。采用HTML格式發(fā)放的網(wǎng)頁(yè)版離線三維工藝數(shù)據(jù)包，通過采用三維可視化工藝表示方法，將工藝屬性、工序?qū)傩约肮げ綄傩燥@示在表格中，其他工藝信息以PMI以及顏色區(qū)分的形式定義在模型中，車間人員能夠直觀地了解加工過程和工藝信息，并能交互操作三維模型[5]。

3)紙介質(zhì)發(fā)放。

①數(shù)字化工藝規(guī)程打印輸出。

若數(shù)字化工藝規(guī)程滿足要求，則直接由網(wǎng)頁(yè)打印輸出；若加工工序內(nèi)容復(fù)雜，為了信息的清晰和完整，三維模型可以單獨(dú)打印輸出。工藝文件和工序/工步模型應(yīng)正確對(duì)應(yīng)匹配，并按規(guī)定的目錄、格式和要求進(jìn)行文件整理和編號(hào)。

②結(jié)構(gòu)化信息提取打印。

提取的工藝路線等結(jié)構(gòu)化信息，形成工藝過程卡并打印輸出，工藝附圖則通過三維模型進(jìn)行單獨(dú)打印輸出；對(duì)提取形成的自定義結(jié)構(gòu)化列表進(jìn)行打印輸出，包括檢驗(yàn)操作指導(dǎo)書等。

③三維模型打印輸出。

若能夠獲取三維模型上的最佳視角，且三維模型上的三維標(biāo)注、尺寸特征能夠完全顯示，則基于該視角直接打印輸出。采用多個(gè)視圖表達(dá)工藝信息的三維模型，應(yīng)能繼承三維模型上保存的視圖信息，并按照工序號(hào)+視圖名稱+流水號(hào)進(jìn)行編號(hào)并打印輸出，必要時(shí)，也可以進(jìn)行多個(gè)視圖的拼圖打印。三維模型的渲染模式能夠根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，一般情況下，宜采用消隱的線框模式打印輸出，必要時(shí)，可以采用實(shí)體渲染模式下的彩色打印，且模型區(qū)域背景色宜采用對(duì)比性和可視性強(qiáng)的色系。

2 結(jié)束語(yǔ)

本文通過對(duì)三維工藝數(shù)據(jù)發(fā)放技術(shù)的研究，確立了合理的三維工藝數(shù)據(jù)發(fā)放內(nèi)容、發(fā)放形式和發(fā)放要求。通過開發(fā)三維工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)及發(fā)放系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)三維工藝設(shè)計(jì)結(jié)果的管理以及三維工藝數(shù)據(jù)向下游環(huán)節(jié)的發(fā)放，使車間用戶從三維模型上定義的信息就可以認(rèn)識(shí)和了解產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖、方法和過程，在提高實(shí)際生產(chǎn)效率的同時(shí)也促進(jìn)了三維工藝在實(shí)際工程中的應(yīng)用。