基于超級BOM的自動裝配建模技術(shù)實踐應(yīng)用

陳世平

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 引言

超級BOM是在傳統(tǒng)物料清單(Bill of Material, BOM)的基礎(chǔ)上，利用一個統(tǒng)一的BOM結(jié)構(gòu)樹表達(dá)產(chǎn)品的所有變型，并使用制約條件、互斥條件、關(guān)聯(lián)條件、選項條件等對BOM結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行配置管理，從而實現(xiàn)根據(jù)用戶需求和功能條件等選配出具體的產(chǎn)品型號的BOM管理方法[1～3]。針對電連接器產(chǎn)品系列化程度高、品種規(guī)格齊全、批量小及客戶化定制快速響應(yīng)等特點，采用超級BOM的管理方式可以最大限度降低產(chǎn)品BOM數(shù)據(jù)量和BOM維護(hù)工作量。但超級BOM是由一個龐大的結(jié)構(gòu)樹組成，表達(dá)的是一個產(chǎn)品系列，無法直觀展示具體產(chǎn)品型號的三維模裝效果。

本研究基于西門子產(chǎn)品全生命周期管理平臺TC(Team center)及三維設(shè)計軟件NX(Unigraphics NX),在TC系統(tǒng)中，對系列化電連接器產(chǎn)品進(jìn)行模塊化設(shè)計、超級BOM搭建、變量規(guī)則配置等實現(xiàn)超級BOM的管理方式；同時，使用VS2012作為開發(fā)工具，采用UGOPEN/API、NXOPEN的開發(fā)方式對NX軟件進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)了定義裝配信息、讀取裝配信息及自動裝配建模功能。最終，在TC和NX的無縫集成環(huán)境下，實現(xiàn)根據(jù)產(chǎn)品型號自動選配產(chǎn)品BOM，并快速完成該產(chǎn)品三維裝配建模，呈現(xiàn)具體產(chǎn)品型號的三維模裝效果，從而保障產(chǎn)品BOM數(shù)據(jù)和設(shè)計信息的準(zhǔn)確性，全面提升設(shè)計研發(fā)效率。

2 超級BOM的設(shè)計

2.1 產(chǎn)品模塊化設(shè)計及BOM搭建

模塊化設(shè)計是應(yīng)用超級BOM的前提。本文以GJB599系列電連接器為研究對象，該系列產(chǎn)品結(jié)構(gòu)層次如圖1所示，可分為外殼合件、基座合件、接觸件3大主模塊，以及裝配過程中添加的輔料、產(chǎn)品配套的附件等模塊，各模塊組合在一起便形成一個具體的產(chǎn)品。

在TC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)管理器中按圖1所示，以模塊為單位組織搭建超級BOM結(jié)構(gòu)樹。BOM結(jié)構(gòu)樹根節(jié)點為產(chǎn)品平臺，產(chǎn)品平臺是一個完整的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，包含該系列產(chǎn)品所有可能的零部件。下一節(jié)點表示每個模塊的虛擬組件，圖1中的“外殼合件”就是一個虛擬組件，虛擬組件下包含該模塊所有具體的零部件，如“09號26型F類外殼合件N鍵位”是外殼合件模塊中一個具體部件,“22D插針”是接觸件模塊中的一個具體零件，虛擬組件在選配出具體產(chǎn)品型號后會自動隱藏。在結(jié)構(gòu)樹中依次完成基座合件、接觸件、附件、輔料等模塊的搭建，形成GJB599系列產(chǎn)品的全BOM結(jié)構(gòu)樹。

通過超級BOM的管理方式，可將BOM的數(shù)據(jù)量由選項的乘積變?yōu)檫x項的加和，從而極大減少BOM的數(shù)據(jù)量，同時維護(hù)該系列產(chǎn)品的BOM結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變成維護(hù)各模塊下具體的部件，如果接觸件增加一種規(guī)格，僅需在接觸件模塊下添加設(shè)計好的接觸件，并定義選配規(guī)則即可。

圖1 GJB599系列電連接器BOM結(jié)構(gòu)樹

2.2 變量配置

當(dāng)BOM本體結(jié)構(gòu)中的零部件的某個屬性具有多個選項時，可以將該屬性視為變量，按照該變量取值不同來確定具體的BOM本體結(jié)構(gòu)，稱為變量配置[4]。變量配置的結(jié)果是賦予每個模塊下具體零部件的選配規(guī)則，從而實現(xiàn)根據(jù)產(chǎn)品型號選配及過濾超級BOM結(jié)構(gòu)樹，得到具體的產(chǎn)品BOM，如圖2所示。

圖2 變量選配過濾示意圖

選項是描述產(chǎn)品基本特征的單元，通過選項的組合可以完整定義一個具體的產(chǎn)品，GJB599電連接器的選項包括殼體型別、表面處理、殼體號、孔位排列、接觸件類別、鍵位和標(biāo)識8類，各選項均有可選擇的值。如殼體型別選項對應(yīng)的值有“20-墻式方形法蘭盤插座”、“26-直式插頭”等；表面處理選項對應(yīng)的值有“F-化學(xué)鍍鎳”、“K”不銹鋼鈍化等；殼體號選項對應(yīng)的值有“A-09號”、“B-11號”等9種規(guī)格；孔位排列選項對應(yīng)的值有“35”、“98”排列等。不同的選項值組合起來可以唯一確定具體的零組件，選項值的組合就是變量條件，例如，基座合件模塊中的“9-35P基座合件”的變量條件為“殼體號=A-09號 and 孔位排列=35and 接觸件類別=P-壓接式插針”，該變量條件完整的描述了09-35P基座合件的所有特性。將所有的變量條件添加完畢，主管設(shè)計就可以通過超級BOM選配出具體的產(chǎn)品BOM。

3 自動裝配建模

3.1 自動裝配建模開發(fā)思路

自動裝配建模的開發(fā)思路如圖3所示。自動裝配原理是讀取三維模型中預(yù)先定義的裝配關(guān)系，并實現(xiàn)該裝配關(guān)系。因此，自動裝配建模開發(fā)由裝配關(guān)系定義、讀取及實現(xiàn)裝配關(guān)系兩部分內(nèi)容組成。

正確的裝配關(guān)系定義是自動裝配建模成功的關(guān)鍵，裝配關(guān)系定義需要分別定義工具零件和目標(biāo)零件，工具零件是裝配過程中的基體零件，需要在工具零件中選取或添加約束對象，約束對象可以是坐標(biāo)系、圓弧、平面或中心軸，然后定義約束類型，約束類型有對齊、接觸、同軸、同心等，最后指定目標(biāo)零件及約束目標(biāo)對象。目標(biāo)零件是工具零件約束的目標(biāo)對象，首先，需要對目標(biāo)零件進(jìn)行標(biāo)識，即賦予目標(biāo)零件一個可以識別的屬性值，然后在目標(biāo)零件中選取或添加約束對象，約束對象可以是坐標(biāo)系、圓弧、平面或中心軸，并標(biāo)識該對象。

預(yù)先定義好的零部件添加到NX軟件中，使用自動裝配工具，首先搜索工作部件中的工具零件和目標(biāo)零件，并讀取工具零件中的約束對象和目標(biāo)零件中的約束對象，然后根據(jù)約束類型完成裝配約束。當(dāng)工具零件和目標(biāo)零件具有多個數(shù)量時，系統(tǒng)將自動對工具零件和目標(biāo)零件進(jìn)行編號，實現(xiàn)一對一約束，防止裝配錯亂。

圖3 自動裝配建模開發(fā)流程圖

3.2 裝配關(guān)系的定義

裝配關(guān)系定義是針對系列化電連接器中有裝配關(guān)系的零件模板預(yù)先設(shè)定約束關(guān)系，其他系列化零件均由該模板文件重用生成，可以自動繼承定義好的約束關(guān)系。GJB599系列電連接器產(chǎn)品采用模塊化設(shè)計，主要由外殼合件、基座合件、接觸件3個模塊組成，如圖4所示。對產(chǎn)品裝配關(guān)系進(jìn)行分析可知，要完成裝配關(guān)系的全定義，只需將基座合件中的上基座和外殼合件中的外殼、接觸件和基座合件中的撐簧圈進(jìn)行約束即可。因此零件模板選擇外殼、上基座、撐簧圈和接觸件，其中工具零件是外殼和撐簧圈，目標(biāo)零件是上基座和接觸件。

圖4 GJB599系列電連接器模塊劃分示意

外殼作為工具零件，需要和基座合件中的上基座進(jìn)行約束，約束對象選擇在合適位置新建一個坐標(biāo)系，約束類型選擇“對齊”約束，工具部件標(biāo)識值為“基座”，目標(biāo)對象名稱為“基座坐標(biāo)系”，如圖5所示。上基座作為目標(biāo)零件，約束對象同樣選擇在合適位置建立一個坐標(biāo)系，用于和外殼中建立的坐標(biāo)系進(jìn)行“對

圖5 工具零件裝配關(guān)系定義

圖6 目標(biāo)零件裝配關(guān)系定義

齊”約束，然后在上基座屬性中添加“基座”屬性對工具部件進(jìn)行標(biāo)識，并對約束對象坐標(biāo)系命名為“基座坐標(biāo)系”，如圖6所示。撐簧圈和接觸件的裝配關(guān)系定義按照上述方法進(jìn)行。

3.3 基于超級BOM的自動裝配建模應(yīng)用場景

在TC系統(tǒng)中，根據(jù)產(chǎn)品型號配置變量條件，如變量條件為“殼體型別=26、表面處理=F、殼體號=B孔位排列=35、接觸件類別=P、鍵位=N、標(biāo)識=無”，應(yīng)用后便可過濾超級BOM生成對應(yīng)產(chǎn)品型號的訂單BOM ，如圖7所示。

將選配后具體產(chǎn)品型號的BOM加載到NX軟件中，運行“自動約束”命令，即可提取工作部件中所有定義好的裝配關(guān)系，運行后即可一鍵完成產(chǎn)品所有的裝配過程，得到具體型號產(chǎn)品的三維裝配模型。

圖7 超級BOM選配

圖8 自動裝配過程

5 總結(jié)

電連接器產(chǎn)品具有系列化、多品種、小批量、客戶化定制程度高等特點，在TC系統(tǒng)中通過超級BOM的管理方式，可以提高產(chǎn)品模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化水平，減少BOM數(shù)據(jù)量和BOM維護(hù)工作量。同時，對NX軟件進(jìn)行二次開發(fā)，實現(xiàn)了定義裝配信息、讀取裝配信息及自動裝配建模功能，一次創(chuàng)建，多次、多點重復(fù)利用，提高了裝配建模效率。最終，在TC和NX的無縫集成環(huán)境下，實現(xiàn)根據(jù)產(chǎn)品型號自動選配產(chǎn)品BOM，并快速完成該產(chǎn)品三維裝配建模，呈現(xiàn)具體產(chǎn)品型號的三維模裝效果，從而保障產(chǎn)品BOM數(shù)據(jù)和設(shè)計信息的準(zhǔn)確性，全面提升設(shè)計研發(fā)效率。