基于MBD模型的三维装配工艺设计系统开发与研究

吴团伟 苏学明 张晓帆

摘 要：通过对目前国内外的三维装配工艺设计方法与系统进行了深入分析和研究。探索并建立基于模型的工艺规划系统，实现基于模型的工艺设计。即在MBD模型的基础上进行工艺规划和设计，使工艺规划与三维模型在特征级别上实现关联，实现基于模型的三维装配工艺设计。

关键词：MBD模型；数字化制造；三维装配工艺设计

1 引言

进入21世纪，三维数字化设计制造技术在国际航空制造业的飞机新产品研制中发展迅猛，我国航空制造业在飞机研制过程中虽然部分环节已经实现数字化手段，但在生产现场依然以二维模型和工程图纸作为主要生产依据，国内飞机制造企业的AO基本都是二维文档，操作人员需要根据工艺设计人员编发的文件及二维工程图纸在大脑中再次构建三维装配空间，理解装配顺序和要求，这樣容易产生理解的二异性，造成装配错误，缺少典型示教的三维动态装配过程，也不便于操作者使用及理解，在这样的情况下，符合航空制造业特殊需求的适用于生产现场的三维装配指令显得尤为重要。

2 三维装配工艺设计系统

根据航空制造业的现状和发展预测，三维工艺设计系统与产品设计平台LCA、企业PDM系统、MES系统之间的数据集成关系为：从LCA系统接收产品设计模型；在三维工艺设计系统创建工艺模型，进行BOM重构及变更管理；利用企业已有的PDM系统进行构型（技术状态）管理与发布；MES系统只接收最终有效的三维可视化工艺指导信息。工艺设计系统与其他系统之间的数据集成关系。

基于模型的三维装配工艺设计系统实施后应能提供先进、方便、快捷的设计手段和支撑工具，提高装配工艺设计效率和质量。实现对工艺资源、工艺知识的利用，集成企业的基础工艺数据库、制造资源数据库，进一步促进工艺编制的标准化和规范化，为装配工艺设计提供良好的支撑，优化工艺设计体系。

根据业务对系统的需求，基于模型的工艺设计系统应具备工艺指令编制、流程管理、数据轻量化、报表管理、人员权限管理及等功能。为实现这些功能，所需的关键技术包括管路件拆包重构技术、PPR Hub技术以及流程引擎技术等。

（1）三维装配指令编制

三维装配工艺设计系统应提供工艺指令编制功能，具体应包括PVR（Product- View- Result）快照生成、PPR文档生成以及三维装配指令编制等三个方面。

在工艺指令编制过程中，工艺人员通过选择MBOM结构树上的节点，可生成所选节点的PVR快照，PVR快照包含节点下的所有产品的链接关系。此外，工艺人员选择相应的装配工艺（AO）节点，系统能根据MBOM结构创建PPR模型，并将PVR快照作为产品节点添加到PPR模型中，PPR模型与MBOM关联并保持更新。

工艺人员可以根据装配工艺要求、工厂的技术水平、生产能力、订货需求等，确定装配工艺方法和顺序。在编制工艺指令的过程中，工艺人员首先在PPR文档中添加工序，

填写工序名称、编号、状态表、有效架次和工艺指令种类等信息。然后，在工序中新建工步，填写工步序号、操作说明。在编辑工步时，工艺设计系统可从工艺知识库中获取工艺设计的经验数据，并自动生成工步说明，还可以捕获当前所选对象，自动提取零件图号、名称等信息，并将其添加到工步说明中。

（2）流程管理

产品的开发过程中，数据状态变化伴随着相应的审签过程。不同零部件和对象在不同阶段的审签过程不尽相同，为了适应产品研发过程，满足审签需求，并能够准确无误地按照设定的流程将数据传递到每个相关人员，流程管理中的主要功能包括：

① 流程管理：在设计环境中创建、提交、修改、删除、驳回、批准、查询流程，完成流程属性的定义。可以按类别（如人员、产品、项目、状态等）进行流程的过滤查询。

② 流程路径管理：提供专门的模块完成流程路径管理。流程路径根据业务制订，不同业务可以对应不同部门的不同角色。流程路径管理包括创建、更改、删除。

③ 关联关系管理：流程可以与业务需要的对象进行关联，包括流程与产品实例的关联；流程与人员的关联；流程与项目的关联；流程与文档的关联。此外，还可以根据流程关联的信息进行查询、定位、加载、查看关联的对象。

④ 可视化的审签：在流程审签过程中，除了提供流程必须的信息外，还能在流程审签时，打开可视化的三维装配指令进行查看，审签流程与工艺指令能关联显示。

（3）数据轻量化

三维装配工艺设计系统将保存在VPM中的三维装配指令，按照架次和装配单元，过滤和抽取其模型文档和工艺内容，将其转换成经过轻量化处理且能在Web浏览器中查看的工艺指令，进而满足生产现场的轻量化查看需求。三维装配指令包含工艺操作内容、三维零件工装模型、零部件配套、工艺装备以及装配动画等。轻量化的模型与工艺指令关联，能根据VPM中数据的状态实时更新和发布。

（4）报表管理

三维装配工艺设计系统根据生产阶段的不同，应能够提供各种类型的报表，满足不同业务部门和科研阶段的业务需求，其中包括提供产品的EBOM报表、PBOM报表、MBOM报表、工序零件报表、标准件报表及工装与工具报表等。应能够提供图形化的统计显示功能，对统计信息进行对比分析，并根据需要对报表内容进行调整和配置。

3 结论

文中介绍了三维装配工艺设计系统软件，展示了软件的四个模块：三维装配指令编制模块、流程管理模块、数据轻量化模块和报表管理模块，并描述了装配指令编制内容及要求。本软件是根据项目实际需求开发，针对特定产品的装配生产，在应用方面尚需要进一步的完善。

总体来说，三维装配工艺设计系统能够代替装配中使用的二维图样和纸质工艺资料，可以比较直观有效地在现场指导工人进行装配操作，对提高装配效率有重要的意义。

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