基于MBD的引信装配工艺信息建模及管理系统设计*

窦景丽，郝永平

（沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心，沈阳 110159）

基于MBD的引信装配工艺信息建模及管理系统设计*

窦景丽，郝永平

（沈阳理工大学CAD/CAM技术研究与开发中心，沈阳 110159）

为了改善引信装配效率，实现企业信息化无纸化作业。通过对引信装配过程的研究，文章引入模块化设计思想，提出了装配MBD模型的概念，分析了装配MBD模型中信息构成，并借助管理系统将已定义的工艺信息传递出去，从而指导生产现场。在UG8.0三维环境下，应用UG_OPEN API功能模块，以VC++为工具开发装配工艺信息模型，采用Java语言对管理系统进行设计开发，实现了装配工艺信息在管理系统中的合理表达，实现了车间数字化管理。最后以某型号引信进行了实例验证。

MBD；引信装配；工艺建模；管理系统

0 引言

随着市场需求的多样化以及数字化设计制造技术的不断发展，促使制造企业运用信息化手段改变传统的生产经营管理方式。基于模型的定义（MBD）技术是将原来定义在二维图纸上的几何形状信息、尺寸、公差信息和工艺信息等产品信息，集成定义在三维实体模型中［1］。MBD技术的研究逐渐深入，其应用价值越显突出，成为了各行业数字化设计制造的必然趋势。以波音787为代表，在其研制过程中全面采用了MBD技术，将三维模型作为设计制造装配过程依据，实现了无纸化作业。应用此项技术，在管理和效率方面取得巨大成效［2］。鉴于国外MBD技术的成功应用以及取得的成绩，国内研究也不断开展，中航工业成飞公司在枭龙飞机和ARJ21飞机机头的制造过程中应用了全数字量传递的协调工作法。在缩短生产周期、提高产品质量、降低成本、提高企业竞争力等方面，MBD技术成为一种重要手段，同时，MBD技术不断向其他领域拓展，在大型装配制造业中，南车集团、北车集团等在高速列车的设计生产中，也正在全面推行MBD全三维数字化工作［3-5］。

选用引信的装配过程作为研究对象，相应生产制造企业作为应用环境，通过UG/open API对UG进行二次开发［6］，充分利用VC++6.0中MFC开发研究MBD技术应用的方法，不仅可以保证引信装配质量，降低废品率和消耗，提高企业的信息化水平，同时也加快了我国兵器行业的三维化进程。

1 引信装配工艺MBD模型

1.1 引信装配概述

引信装配是整个引信制造过程中的最后一个阶段，包括装配、调整、检验和试验等内容。装配是对产品设计和零件加工质量的一次总检验，通过装配最后保证引信的质量要求［7］。

引信的具体工艺设计是根据产品结构特点，结合企业实际，分析装配基准和定位方法，确定最优装配方案及组织形式。确定整体工艺流程，各工序工位内容、操作技术要求等信息。划分装配单元即得到装配过程所需的各个装配件，最后，确定装配所需的设备、工具、工装、工作场地、装配相关作业人员等，在此过程中要确保物料资源供给，装配质量跟踪。在工艺设计各个环节，会产生很多工艺信息，对装配信息进行总结如图1所示。

图1 引信装配工艺设计及信息

1.2 装配M BD模型

结合装配信息，参考国际和国内等相关MBD标准，依据引信装配过程中工艺过程，建立装配MBD模型如图2所示。

图2 引信装配MBD模型

（1）装配设计模型

装配设计模型是设计者所具体构建的三维实体模型。设计者将原来定义在二维图纸上的几何形状信息、尺寸公差信息以及工艺信息等信息完整定义并集成到三维实体中，更加直观体现装配各阶段所需的信息。利用MBD技术定义总装配体、子装配单元，不在依托二维装配图和零件图，使用三维模型对装配过程进行设计。

（2）装配工艺模型

①装配单元信息建模主要体现产品及各个零部件信息，主要有产品名称、编号、零件名称、零件编号、材料、标准化、数量、比例、重量等等。产品的装配过程，就是按照装配工艺的顺序从组件到合装的过程，利用UG创建零件的三维模型，将零件装配成部组件，再一步步装配成产品的过程。

②装配工艺整体结构建模主要体现装配单元间的隶属关系以及装配顺序，它确定了每个部分的归属问题，即某一个零件归哪一级的哪个部件，通过树状目录的形式展现出零部件隶属关系，结合子装配确定装配顺序［8］。

③工艺过程建模主要是对装配基准、尺寸公差标注［9］、工艺属性、工装设备等信息的体现，也是MBD技术应用的重要部分，MBD技术的特征是设计信息和工艺信息融合一体化，它将PMI及非几何信息（技术标准、管理信息等）融为一体，使技术人员清晰使用MBD模型获取所需的信息，部分定义在模型中的信息将体现在装配车间管理系统被表格化的卡片中。

工序模型工步模型。结合经验从产品总装配体模型到装配单元模型再到零件模型的逆向装配工序，规划装配顺序，划分装配单元，每个装配单元形成一个工序模型，根据工序模型的定义，在相应零件模型中完成工步模型的定义。具体关系如图3所示。

图3 工序工步模型关系图

MBD设计人员与工艺技术员进行信息交流，根据引信装配具体过程，编制好操作对话框，并将所填写的信息与产品、零部件属性相关联，从而形成了工序信息集、工步信息集、工装信息集、工艺结构信息集等，并保存在数据库中，这些MBD装配工艺数据集信息与装配车间管理系统紧密联系［10］。工艺技术员登录装配车间管理系统相应页面，将MBD模型中得到的装配信息以及根据需要填写的表格信息，完成装配工艺过程卡、装配工序卡等编制，提高了工艺设计效率。具体过程如图4所示。

图4 基于MBD装配模型与管理系统关系

2 装配车间管理系统工艺子系统

2.1 总体功能设计

装配车间根据下达的计划，按照装配要求对零部件进行装配，最终形成所需产品。在产品的装配过程中，由于产品的复杂性，需要多个部门人员共同完成，在这个过程中，如果信息能够及时到达与分享，极大的提高了效率［11］。但实际上其数据信息交互仍然比较落后，装配作业管理比较混乱，管理人员不能快速掌握装配情况，尤其是对装配工艺的管理，数字化程度低。装配车间管理系统是集成的人机交互系统，根据装配工艺信息管理模块目标及要求，其功能应有：产品属性信息输入、装配零部件明细表生成、装配工艺过程卡生成、装配工序卡生成、装配工装明细生成。总功能如图5所示。

图5 管理系统工艺模块功能设计

2.2 总体结构设计

根据功能需要创建模块，并且每个模块下还有对应子模块，结构如图6所示。

图6 管理系统结构设计

（1）产品属性信息输入

产品属性信息是进行装配工艺编制的产品、装配体、装配零件等的标识信息，如产品名称、产品代号、部组件名称、部组件代号等，主要属性信息从MBD模型中提取，产品的其他附属信息则由手工输入，如：运货批次、产品描述等。

（2）装配明细表

装配明细表的生成，利用装配上下层（父项和子项）装配单元之间的关系，按照装配顺序用装配序号标识各层的装配体，录入该装配单元相应零部件信息，获得装配单元下各个模型，得到是否为标准件、外购件等相关信息，形成装配零部件明细表。

（3）装配工艺过程卡

装配工艺过程卡是对一个装配单元装配过程的描述，由若干装配工序组成。通过对模型工序信息检索将在三维模型中定义好的工序信息显示在装配工艺过程卡片中，技术人员根据需要填写卡片中相关信息，最终完成。

（4）装配工序卡

装配工序卡是描述该工序的作业内容和要求，以及具体作业方法，由若干个工步组成。工序卡的生成是调用工步信息、工装等信息完成，即确定了各工步使用的设备、工装、辅助材料等工艺信息。

（5）装配工装

装配工装是工艺过程中所需要的各种刀具、工具、模具、检具、辅助工具等的总称。主要体现在实际装配过程中对工装具体使用情况，是不可缺少的重要物质手段［12］。

3 应用实例

采用上述方法，以UG8.0对某型号引信参数化建模，通过UG/OPEN API结合VC++的MFC进行系统的二次开发，以SQL Serve作为数据库平台，通过ADO（ActiveX Data Object）访问接口检索信息。管理系统采用面向对象的Java语言进行设计开发，同样以SQL Serve作为数据库平台，不仅有利于信息的交互，也实现了信息的集合。

某型号引信结构由36个零件组成，如图7所示。

图7 某型号引信三维结构图

实现过程如下：

（1）将产品导入系统，建立设计模型。

（2）按照图4建模流程，根据引信具体结构，划分装配部件，建立引信的装配MBD模型。将引信初步划分为装配上体部件、装配下体部件、上下体结合部件。进一步划分可得到击针部件、惯性机构部件、离心销保险机构部件、火帽螺部件、隔离装置部件、传爆管部件以及引信上下体外壳等。

（3）以装配上体部件为例，在装配体信息界面录入产品名称、产品编号等信息。选择装配树上的装配体，在装配件信息录入界面输入零件序号、零件名称、材料、比例等，信息提取可以通过UG/Open API函数实现。如图8所示。

图8 装配信息录入

（4）技术员进入系统管理界面，选择“工艺信息添加”下“装配零部件明细添加”菜单进入页面，选择产品名称、部组件名称后点击添加按钮，系统自动提取出选种产品的零部件信息，如图9所示。提交成功后经过领导审批合格，装配工人即可查看装配零部件明细信息。

图9 装配件明细表

4 结束语

本文针对引信产品装配工艺过程，综合了基于模型定义技术，建立装配MBD模型，应用VC++6.0对UG二次开发实现了信息模型定义，减少了二维图纸依赖，充分利用了三维模型，采用管理系统整合显示信息，缩短了装配周期，提高了生产效率，由此实现了企业制造过程信息化、网络化。

［1］冯国成，梁艳，于勇，等.基于模型定义的数据组织与系统实现［J］.航空制造技术，2011（9）：62-66，72.

［2］P Selvaraj，P radhakrishnan，M Adithan.An integrated approach to design for manufacturing and assembly based on reduction of product development time and cost［J］.International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2009（42）：13-29.

［3］潘康华，陆江峰，邵兰英.MBD技术的发展历程与展望［J］.机械工业标准与质量，2013（2）：15-17.

［4］胡保华，闻立波，杨根军，等.基于MBD的三维数字化装配工艺设计及现场可视化技术应用［J］.航空制造技术，2011（22）：81-85.

［5］汪伟.MBD推起制造业信息化新浪潮（1）［J］.CAD/CAM制造业信息化.2013（10）：17.

［6］张帅，陈虎，左平基.基于UG二次开发的协同装配平台设计与实现［J］.机械工程师，2012（3）：23-25.

［7］于庆魁.引信制造工艺学［M］.北京：国防工业出版社，1982.

［8］崔小龙，刘新华，宋国民.基于子装配的装配序列规划方法研究［J］.组合机床与自动化加工技术，2012（5）：78-81，85.

［9］胡祥涛，程五四，陈兴玉，等.基于MBD的产品信息全三维标注方法［J］.华中科技大学学报（自然科学版），2012，40（s2）：60-63.

［10］王峻峰，鲁明上，李世其，等.产品装配MBD数据集及其应用研究［J］.制造业自动化，2013，35（1）：78-82.

［11］赵海峰，李雀屏，王建荣，等.面向企业制造过程的信息集成研究与实现［J］.计算机工程与应用，2008，44（12）：78-80.

［12］陈宗舜.机械制造装配工艺设计与装配CAPP［M］.北京：机械工业出版社，2006.

（编辑 赵蓉）

MBD-Based Fuse Assembly Process Modeling and Management Information System Implementation

DOU Jing-li，HAO Yong-ping
（R&D Center of CAD/CAM Technology，Shenyang Ligong University，Shenyang 100159，China）

In order to improve the efficiency of the fuse assembly，implement enterprise informationization and paperless operation.Through research of the fuse assembly process，this paper introduces the modular design thought，puts forward the concept of assembly MBD model，analyses the composition assembly in the MBD model information.The process has been defined to pass out information through the management system to guide the production site.In UG8.0 environment，the application UG_OPEN API function modules to VC++for the development of information modeling tool assembly process.Using Object-oriented Java language management system design and development，to achieve a reasonable expression in the assembly process information management system，to realize digital management workshop.Finally it verified in a certain type of fuse.

MBD；fuse assembly；process modeling；management system

TH132；TG506

A

1001-2265（2015）04-0152-04 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.04.041

2014-07-30；

2014-08-05

国家863计划项目（2009AA04Z167）；国家自然科学基金（50975183）；辽宁省优秀人才支持计划（2012LJQ019）

窦景丽（1988—），女，河北保定人，沈阳理工大学硕士研究生，研究方向数字化网络化设计与制造技术，（E-mail）doujingli21@163. com。