三维工艺装配指令在生产现场的应用

三维工艺装配指令在生产现场的应用

辛仕维

发泰（天津）科技有限公司天津300410

摘要：近年来，我国在产品设计和管理运营方面的信息化建设已经具有一定的水平，但在生产制造方面的信息化建设仍然比较落后，主要是由于产品设计数字化与工艺和生产数字化发展不平衡所致。传统的产品工艺规程对生产过程支持度低以及自动化装备与管理信息系统的集成度差等问题，已经成为制约先进生产模式发展、影响生产效率的瓶颈问题。本文分析了三维工艺装配指令在生产现场的应用。

关键词：三维工艺装配；生产现场；应用

为了尽快缩短我国航空制造业与国外先进水平的差距，需要在我国新一代商用大客机产品研发中采用三维装配指令指导生产现场的实际装配。

一、定义

随着三维产品设计技术的发展和广泛应用，传统的工艺设计已经很难满足现代航空制造业的发展。为了使三维设计产品能很好地与产品生产制造进行无缝连接，必须要在产品生产制造过程中直接使用三维设计产品模型，并在此基础上进行工艺设计、工装设计、工艺仿真以及工艺发布。在这一系列过程中，一个核心的概念即是三维工艺全信息模型。所谓三维工艺全信息模型，是在三维设计模型上直接进行工艺设计和工艺规划，将传统的工艺卡片信息集成到三维模型中，摒弃传统的二维图样加工工艺卡片的设计和发布方式，使三维模型成为三维设计与工艺设计进行无缝连接的桥梁。

二、三维数字化装配工艺设计

三维数字化装配工艺设计是通过对产品结构进行分析，在企业现有制造能力(设备、工艺技术能力、人力资源等)及产量要求的基础上，进行组件划分，制定装配流程，确定装配方案，并选择各装配环节所需要的制造资源，具体结构特征按企业需求进行工艺模板定制。

1.PBOM数据导入。将来自协同平台的XML格式的PBOM导入DELMIA的DPE中，PBOM中的零组件信息（工艺路线、批架次、工组件等）会通过程序自动关联CGR模型、CATIAV5模型、smgxml模型3种格式的数据。并导入产品模型的坐标位置信息。在DPE中构建全机或部件的PBOM结构树。

2.部件装配方案的设计。在工艺分离面划分优化的基础上，在DPE的PROCESS结构树上对各工艺部件进行装配流程设计，划分下一级组件装配单元，确定在各组件装配的零组件项目，构建顶层MBOM结构树，关联来自工艺部件的组件装配工艺模型。确定装配工艺基准和装配定位方法，并规划各组件之间的装配流程。

3.部、组件装配AO的确定。在部、组件划分的基础上，依据分配到部、组件项目的装配工艺模型在DPE的PROCESS结构树上进一步进行部、组件装配过程设计，确定各部、组件所属零组件的装配顺序，规划完成装配的AO项目，编制AO号，关联每本AO需要装配的零组件项目。

4.工装订货单的编制及工装设计。工艺部门依据工艺设计内容提出装配工装、夹具、刀具的订货技术要求。工装部门根据订货技术要求，设计装配型架、地面设备、专用工、刀、量具的三维数模。

5.详细工艺设计。在三维数字化环境下确定该装配工艺过程零组件、标准件、成品等装配顺序，明确装配工艺方法、装配步骤，进行AO下工步的详细设计，完成本装配过程的工步规划设计，并将产品零组件和工步关联。选定该装配过程所需要的工装、夹具、工具、辅助材料等一系列的制造资源，并将工装与工位关联。依据产品连接定义分配该过程所需要的标准件，形成用于指导生产的AO装配信息。

6.部、组件装配仿真。产品及资源三维模型在工步上关联后，依据AO内容及设计好的装配工艺流程，在DPM中通过对每个零件、成品和组件的移动、定位、夹紧等操作进行产品与产品、产品与工装的干涉检查，当系统发现存在干涉情况时报警，并显示出干涉区域和干涉量，以帮助工艺设计人员查找和分析干涉原因。同时通过对产品装配和拆卸过程进行三维动态仿真，可以验证每个零件按工艺设计的装配顺序是否能无阻碍的装配上去，以发现工艺设计过程中装配顺序设计的合理性。对于开敞性、可视性、可达性、可操作性较差的部位可以将标准人体的三维模型放入虚拟装配环境中进行人机工程仿真，模拟操作者的操作过程以便发现操作空间大小是否满足装配需要，操作者身体或肢体能否到达装配位置、是否看得见等问题。仿真结果通过仿真报告提交产品设计、工装设计等部门进行优化。

7.三维装配指令编制。通过部、组件装配仿真，对产品、工装、AO内容及装配顺序等进行优化后，依据优化后的工艺设计结果进入DELMIA的WKC中进行各工步三维可视化视图设计，将每个工步所要表达的工艺信息通过三维轻量化视图表达，包括标准件信息、装配尺寸标注、制孔要求、定位要求、工装使用要求。

三、现场技术应用

1.现场文件输出、管理。由于采用MBD技术以后，生产现场不再发放二维图纸，为了满足装配生产需要，中航工业陕飞采取了利用装配仿真视频、AO和三维工步视图指导现场装配作业的解决方案，具体方法是将在DPE中完成的部组件工艺规划、设计内容提取到CAPP中的AO模板中，包括AO内容页、辅材配套表、标准件配套表、零件配套表等文档信息，同时输出DPM中部组件的仿真视频和WKC中的三维工步视图，通过协同制造平台进行审签发放和管理。

2.现场可视化应用。通过装配现场可视化技术，使MBD技术在车间“落地”，它是将产品的装配仿真验证文件、三维工作指令以及工艺设计文件等工艺信息传递导入到企业的MES系统，发送到车间现场，操作人员通过现场触摸屏，在MES系统里查询产品工艺装配信息，可以直接查看三维装配指令及相关三维仿真，以更直观的方式了解产品的装配属性，理解产品的装配工艺和工艺流程，从而提高装配工作效率和准确性。MBD技术现场具体应用过程是，首先运行MES系统，通过查询工位设备号，确认某个部件的装配工位，查看AO文件名称、文件号以及装配该部件的工艺装备，然后输入负责该部件装配工作的操作者证件号，进入该产品的具体生产信息界面，对应AO名称和文件号，查看产品的装配仿真验证动画，直观地全面了解产品的装配流程，查看三维工作指令，获取产品的定位、装配尺寸等装配信息，查看AO文件，获取产品的装配零件及详细工作内容，最终完成产品的装配。

基于MBD的三维数字化装配工艺设计及现场可视化技术是现代航空数字化制造中的一门新兴学科，该项技术的应用将引发飞机装配的历史性变革，将在技术和经济方面取得巨大的效益，为企业提升企业的核心竞争力奠定坚实的基础。

参考文献：

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