基于達(dá)索3D體驗平臺的數(shù)字化制造解決方案探討引言隨著信息技術(shù)的發(fā)展，三維建模、數(shù)字樣機(jī)技術(shù)日益成熟。以三維數(shù)字化為基礎(chǔ)的現(xiàn)代設(shè)計制造技術(shù)正在改變著傳統(tǒng)的產(chǎn)品研制方式，并行設(shè)計制造一體化的模式正在形成。在全球化背景下，企業(yè)競爭加劇，客戶多樣性需求不斷增強(qiáng)，以往“重設(shè)計、輕工藝”的傳統(tǒng)企業(yè)需要逐步建立和完善統(tǒng)一的協(xié)同設(shè)計和管理平臺，應(yīng)對全球化的挑戰(zhàn)。圖1.基于3D體驗的數(shù)字化制造業(yè)務(wù)流程基于3D體驗平臺的數(shù)字化制造業(yè)務(wù)流程可以概括為以下幾個步驟：1)項目啟動，在項目主計劃之下分別創(chuàng)建產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計子計圖1.基于3D體驗的數(shù)字化制造業(yè)務(wù)流程基于3D體驗平臺的數(shù)字化制造業(yè)務(wù)流程可以概括為以下幾個步驟：1)項目啟動，在項目主計劃之下分別創(chuàng)建產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計子計劃；過程解決方案進(jìn)行探討。02基于3D體驗的數(shù)字化制造業(yè)務(wù)流程數(shù)字化制造是圍繞著產(chǎn)品的全生命周期開展的活動，設(shè)計部門開展產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計的同時，工藝部門始終要關(guān)注產(chǎn)品“能否制造”和“如何制造”的問題。如下圖1所示，基于達(dá)索3D體驗協(xié)同平臺的產(chǎn)品研發(fā)的過程中，產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計可以分別創(chuàng)建為獨立的子項目進(jìn)行管理，貫穿在研發(fā)周期的不同階段。2)2)設(shè)計師從3D體驗平臺接收到任務(wù)后開始相關(guān)設(shè)計，當(dāng)設(shè)計達(dá)到一定成熟度，可為下游工藝和性能分析提供依據(jù)時，將設(shè)計數(shù)據(jù)預(yù)發(fā)放，工藝人員、分析工程師可以在協(xié)同平臺上瀏覽設(shè)計數(shù)據(jù)；3)工藝部門根據(jù)設(shè)計預(yù)發(fā)放的數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝評估，包括工藝規(guī)范性檢查、工藝風(fēng)險評估、是否采用新工藝以及工裝初步方案等；在工藝評估過程中如發(fā)現(xiàn)任何問題或者風(fēng)險，工藝工程師可通過協(xié)同平臺與設(shè)計工程師進(jìn)行在線交流，對于需要進(jìn)行跟蹤的問題，可以在協(xié)同平臺中創(chuàng)建、跟蹤、反饋問題及相關(guān)解決方案；4)工藝部門從3D體驗協(xié)同平臺中獲取經(jīng)過設(shè)計評審和工藝會簽后正式發(fā)布的設(shè)計數(shù)據(jù)，包括三維模型和EBOM數(shù)據(jù)，在3D體驗平臺環(huán)境中開展工藝規(guī)劃，根據(jù)EBOM和三維模型創(chuàng)建PBOM，編制系統(tǒng)工藝路線；5)工藝部門根據(jù)產(chǎn)品系統(tǒng)工藝路線，同步創(chuàng)建與之相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)工藝設(shè)計任務(wù)WBS，明確各專業(yè)任務(wù)分工；各專業(yè)工藝主管接到工藝任務(wù)后，進(jìn)一步進(jìn)行工藝分工，將專業(yè)工藝設(shè)計任務(wù)分配到具體的工藝人員進(jìn)行專業(yè)工藝的編制；6)工藝工程師接收到系統(tǒng)分配的任務(wù)，展開與之關(guān)聯(lián)的工藝任務(wù)，進(jìn)行詳細(xì)的工藝設(shè)計，工藝評審，編制工藝文檔并發(fā)放到制造現(xiàn)場；在協(xié)同設(shè)計的過程中，工藝設(shè)計任務(wù)的發(fā)放、審批流程、工程更改策略等根據(jù)實際的業(yè)務(wù)需求可以在3D體驗平臺中集中管理。033D體驗數(shù)字化制造關(guān)鍵技術(shù)3.13D體驗統(tǒng)一的實時協(xié)同平臺達(dá)索3D體驗平臺全面整合了CATIA/DELMIA/ENOVIA 等軟件產(chǎn)品，形成了統(tǒng)一的設(shè)計過程數(shù)據(jù)源、統(tǒng)一的設(shè)計視圖、并行的實時協(xié)同平臺。如圖2所示，分散在不同地域的企業(yè)管理人員、設(shè)計人員、制造人員、服務(wù)人員、供應(yīng)商等不同角色用戶都能夠共享單一數(shù)據(jù)源和并行的協(xié)同設(shè)計環(huán)境。夠共享單一數(shù)據(jù)源和并行的協(xié)同設(shè)計環(huán)境。圖2.3D體驗統(tǒng)一的實時協(xié)同平臺3.23D體驗的PPR模型在3D體驗統(tǒng)一的設(shè)計視圖環(huán)境中，不同的用戶角色和操作都會對應(yīng)管理相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，設(shè)計工程師管理的是反映產(chǎn)品裝配位置關(guān)系和三維幾何特征的數(shù)據(jù)模型“Product（產(chǎn)品）”，也就是裝配和零件的集合；如下圖3所示工藝設(shè)計人員管理的PPR數(shù)據(jù)模型，模型不僅包含“Product（產(chǎn)品）”數(shù)據(jù)節(jié)點，還包含工藝規(guī)劃過程的“Process（工藝）”節(jié)點和制造相關(guān)的“Logical/PhysicalResource（資源）”節(jié)點。3D體驗PPR數(shù)據(jù)模型的組織結(jié)構(gòu)使得工藝工程師能夠和設(shè)計工程師在統(tǒng)一的視圖環(huán)境中構(gòu)建工藝相關(guān)的數(shù)據(jù)節(jié)點，而不會對產(chǎn)品數(shù)據(jù)造成影響，然后再將產(chǎn)品和工藝的節(jié)點進(jìn)行內(nèi)部關(guān)聯(lián)，開展詳細(xì)工藝設(shè)計。PPR數(shù)據(jù)模型中構(gòu)建的所有工藝和資源節(jié)點，如制造裝配（ManufacturingAssembly）、工序操作（LoadingOperation）都作為標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對象，可以在3D體驗平臺中獨立保存、查找和加載。圖圖3.3D體驗的PPR模型3.3基于MBD技術(shù)的全三維設(shè)計-工藝-制造協(xié)同MBD（Model-Based-Definition，基于模型的工程定義）技術(shù)改變了傳統(tǒng)的通過三維模型描述幾何形狀信息，用二維工程圖紙來定義零件尺寸、公差和工藝信息的分步產(chǎn)品數(shù)字化定義方法；MBD技術(shù)將三維模型作為信息的唯一載體，產(chǎn)品的設(shè)計、工藝、制造、檢驗等都將在三維環(huán)境下完成，它的優(yōu)勢可以體現(xiàn)在：a)提供單源產(chǎn)品定義，消除3D和2D圖紙間存在的不一致的潛在風(fēng)險；b)減少下游人員（工藝、制造、市場、服務(wù)等）對模型的理解時間和偏差；c)和CAD工具配合使用可以規(guī)范、自動化數(shù)據(jù)集的輸入，并進(jìn)行公差分析；d)可以在產(chǎn)品開發(fā)流程的早期獲取設(shè)計意圖，極大地支持并行工程。如下圖4所示，MBD技術(shù)在裝配和機(jī)加工藝過程中的應(yīng)用實例：圖4.MBD技術(shù)在裝配和機(jī)加工藝應(yīng)用示例3.43D體驗制造資源庫和工藝模板庫043D體驗數(shù)字化制造解決方案及案例說明Catalog（庫）作為工藝協(xié)同設(shè)計平臺重要的組成部分，除包含標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人庫、人體姿態(tài)庫等常用資源庫之外，還能夠方便創(chuàng)建和管理多種類型對象的庫文件，從而實現(xiàn)知識和經(jīng)驗的積累，加速工藝設(shè)計過程；工藝路線模板和加工特征模板對同一類型或具有相似加工特征的零部件，建立典型工藝路線模板和特征模板，如圖5所示，工藝設(shè)計過程中實現(xiàn)快速調(diào)用；圖5.典型工藝模板如前文所述，工藝部門從3D體驗協(xié)同平臺中獲取到經(jīng)過設(shè)計評審和工藝會簽后正式發(fā)布的三維模型和EBOM數(shù)據(jù)，在3D體驗環(huán)境中開展工藝規(guī)劃和設(shè)計。如下圖6所示，裝配工藝人員首先根據(jù)產(chǎn)品的工藝屬性，在EBOM和三維模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行BOM重構(gòu)：去除虛擬件、增加工藝組件，定義零部件的裝配順序、操作工步的內(nèi)容，分配場地或者工位資源，增加工藝物料等信息，BOM重構(gòu)的過程包含了PBOM、工藝路線和MBOM的形成。對于單個零件，加工工藝路線可能需要包含毛坯材料準(zhǔn)備、熱處理、數(shù)Catalog（庫）作為工藝協(xié)同設(shè)計平臺重要的組成部分，除包含標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器人庫、人體姿態(tài)庫等常用資源庫之外，還能夠方便創(chuàng)建和管理多種類型對象的庫文件，從而實現(xiàn)知識和經(jīng)驗的積累，加速工藝設(shè)計過程；工藝路線模板和加工特征模板對同一類型或具有相似加工特征的零部件，建立典型工藝路線模板和特征模板，如圖5所示，工藝設(shè)計過程中實現(xiàn)快速調(diào)用；圖5.典型工藝模板圖圖6.3D體驗工藝設(shè)計和規(guī)劃解決方案在工藝設(shè)計和規(guī)劃的基礎(chǔ)上，工藝人員繼續(xù)開展工藝仿真、工時分析、線平衡等工作。接下來，本章將對D3體驗數(shù)字化制造裝配工藝流程舉例說明。4.1根據(jù)EBOM和3D數(shù)模進(jìn)行BOM重構(gòu)，創(chuàng)建初始MBOM（或稱之為PBOM）工藝人員在DELMIA窗口中搜索和加載產(chǎn)品的EBOM和3D數(shù)模（NX、Creo等其它3DCAD軟件創(chuàng)建的三維裝配和零件模型可以通過達(dá)索3D體驗數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口直接讀入），根據(jù)零部件工藝屬性創(chuàng)建工藝組/合件，然后通過零件分配工具或手工拖拽的方式將零件分配到對應(yīng)的工藝組件中，如下圖7所示，形成3D可視化裝配工藝結(jié)構(gòu)樹，PPR數(shù)據(jù)模型樹中EBOM和初始MBOM并列。圖圖7.3D體驗初始MBOM創(chuàng)建4.2創(chuàng)建和編輯工藝路線EBOM重構(gòu)形成了初始的MBOM，工藝人員結(jié)合企業(yè)內(nèi)部制造場地（site）和工位資源（station）的分布情況，將制造組件和零部件分別分配到對應(yīng)的場地資源上去；如下圖8所示，將其中的一個裝配組件分配到兩個site上進(jìn)行分裝和總成，形成了產(chǎn)品的裝配工藝路線；對于零件加工工藝路線，可以在工藝分工之后進(jìn)一步細(xì)化，如材料準(zhǔn)備、熱處理、數(shù)控加工等工序步驟。此處的Site是Logical對象，在PPR數(shù)據(jù)模型中代表物理場地和工位。圖8.3D體驗工藝路線編輯4.3分發(fā)和接收工藝任務(wù)產(chǎn)品的裝配工藝路線在3D體驗平臺中定義完成之后，還需要將不同專業(yè)的工作分配到專門的工程師負(fù)責(zé)，并能夠監(jiān)控工藝的進(jìn)展情況；在此可以將DELMIA創(chuàng)建的工藝路線自動轉(zhuǎn)換為項目WBS任務(wù)，同時，工藝任務(wù)和負(fù)責(zé)人等屬性都自動與WBS關(guān)聯(lián)；如下圖9所示，在ENOVIA窗口中可以分發(fā)和監(jiān)控任務(wù)的完成進(jìn)度，當(dāng)用戶登錄接收到通知系統(tǒng)時，可以查看自己的任務(wù)節(jié)點。圖9.3D體驗工藝任務(wù)分發(fā)和管理4.4詳細(xì)工藝設(shè)計和仿真驗證工藝人員接收到任務(wù)，在DELMIA窗口中加載相關(guān)的產(chǎn)品數(shù)模和工序信息，估算工時并完成負(fù)載平衡分析，然后可以調(diào)入工裝和夾具三維數(shù)模，仿真驗證各零部件的裝配路徑，確定產(chǎn)品裝配工藝順序，如下圖10所示。圖10圖10.3D體驗裝配工藝仿真驗證4.5文檔工藝輸出如下圖11所示，針對工序步驟的每一步操作，工藝人員可以在DELMIA窗口添加工序說明、技術(shù)附圖、文檔，現(xiàn)場需要采集的工藝數(shù)據(jù)、交驗要求等信息，通過定制模板格式輸出當(dāng)前步驟的3D作業(yè)指導(dǎo)。對于熱處理和材料準(zhǔn)備等二維工藝卡片，也可以根據(jù)格式要求定制輸出。圖.11D3體驗工藝文檔輸出4.6工藝設(shè)計審批如下圖12所示，3D體驗平臺項目工藝任務(wù)WBS節(jié)點可以關(guān)聯(lián)