夏雪芳，何芳霞

(上海電氣集團(tuán)上海電機(jī)廠有限公司，上海 200240)

0 引言

電機(jī)是制造業(yè)和各行各業(yè)普遍使用的重要裝備。研究和應(yīng)用電機(jī)的數(shù)字化設(shè)計(jì)仿真與工藝分析、數(shù)字化生產(chǎn)工藝優(yōu)化管理和信息集成平臺(tái)等支撐技術(shù)——電機(jī)產(chǎn)品三維可視化裝配信息系統(tǒng)，可以提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力和企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 電機(jī)三維可視化裝配信息系統(tǒng)目標(biāo)分析

為實(shí)現(xiàn)電機(jī)三維可視化裝配、工藝知識(shí)、工藝設(shè)計(jì)簽審等有序規(guī)范管理，以及與公司現(xiàn)有系統(tǒng)集成，電機(jī)三維可視化裝配信息系統(tǒng)需要達(dá)到以下幾點(diǎn)目標(biāo)和要求:

1)開發(fā)電機(jī)產(chǎn)品的三維可視化裝配工藝規(guī)劃，如應(yīng)用三維可視化裝配過(guò)程定義及管理、裝配仿真等進(jìn)行工藝文件生成;

2)實(shí)現(xiàn)電機(jī)產(chǎn)品工藝知識(shí)管理;

3)實(shí)現(xiàn)電機(jī)產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)過(guò)程管理，如簽審流程管理、電子圖紙流轉(zhuǎn)、新產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程管理和項(xiàng)目進(jìn)度管理;

4)實(shí)現(xiàn)電機(jī)產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造及業(yè)務(wù)管理的集成。

2 電機(jī)三維可視化裝配信息系統(tǒng)解決方案

圍繞電機(jī)三維可視化裝配信息系統(tǒng)的目標(biāo)，系統(tǒng)解決方案可分為以下四個(gè)部分。

2.1 開發(fā)電機(jī)產(chǎn)品的三維可視化裝配工藝規(guī)劃

電機(jī)三維可視化裝配功能通過(guò)三維裝配模型轉(zhuǎn)換和引入、裝配過(guò)程定義及管理、三維裝配工具選擇、裝配過(guò)程仿真和工藝簡(jiǎn)圖及工藝文件的生成等幾個(gè)步驟來(lái)完成。

1)三維裝配模型轉(zhuǎn)換和引入

三維裝配工藝轉(zhuǎn)換器是一個(gè)獨(dú)立的模塊，使用該程序?qū)⑷S模型文件轉(zhuǎn)換為一組顯示數(shù)據(jù)文件*.HSF、模型數(shù)據(jù)文件*.SAB、模型屬性數(shù)據(jù)文件*.attr和表達(dá)產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)的*.XML文件，以方便在裝配仿真過(guò)程定義的不同場(chǎng)合實(shí)時(shí)選擇和卸載，加快系統(tǒng)性能。

2)裝配過(guò)程定義及管理

規(guī)劃裝配的每一道裝配工序或檢測(cè)工序(也稱“裝配步驟”)，指定每一道工序裝配的零部件清單(也稱“裝配對(duì)象”)，定義工序的各個(gè)工步(也稱“裝配活動(dòng)”)，為裝配對(duì)象定義直線、旋轉(zhuǎn)、螺旋、平動(dòng)、牽引、徑向等多種運(yùn)動(dòng)方向，并支持典型運(yùn)動(dòng)(如導(dǎo)線穿引、扳手、螺絲刀運(yùn)動(dòng)等)。圖3所示為某三維裝配步驟定義截圖。

圖3 某裝配定義界面

3)三維裝配工具的選擇，通過(guò)系統(tǒng)開發(fā)菜單完成。

鋼纖維混凝土的組成它包含了兩種部分，即纖維性材料、顆粒性材料混合而成的，在實(shí)踐過(guò)程中，鋼纖維混凝土中包含了鋼纖維，使得整體材料的就結(jié)構(gòu)具備抗沖擊、抗折、抗疲勞等特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的混泥土相比質(zhì)量強(qiáng)度由于傳統(tǒng)混凝土材料，正是如此，在道路橋梁施工中該材料得到了廣泛的應(yīng)用。

4)裝配過(guò)程的仿真

通過(guò)裝配仿真技術(shù)，用戶能夠逐道工序，逐個(gè)工步仿真產(chǎn)品的裝配過(guò)程及拆卸過(guò)程，同時(shí)支持將仿真過(guò)程錄制成AVI影像文件，供第三方軟件進(jìn)行剪輯及音效合成，生成多媒體裝配過(guò)程影像制品;車間現(xiàn)場(chǎng)能夠點(diǎn)播某個(gè)裝配工序，或者工序內(nèi)的某個(gè)工步，達(dá)到指導(dǎo)裝配工人進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜裝配操作的目的。

裝配過(guò)程定義完成后，可以通過(guò)仿真播放功能進(jìn)行裝配和拆卸的仿真播放。仿真播放過(guò)程中，還可以錄像，錄像生成錄像片段后，通過(guò)播放工具進(jìn)行播放。

5)工藝簡(jiǎn)圖及工藝文件的生成

完成以上定義和設(shè)置后，即可進(jìn)行工藝簡(jiǎn)圖和工藝文件的生成，圖4所示為某工藝簡(jiǎn)圖。

圖4 某工藝文件簡(jiǎn)圖

2.2 電機(jī)產(chǎn)品三維可視化工藝知識(shí)管理

工藝知識(shí)管理包括:通過(guò)建立和應(yīng)用工藝知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，來(lái)編制和規(guī)范工藝文件;根據(jù)零件特征，篩選出相似的工藝規(guī)則，提供改編工藝;建立參數(shù)化的工藝路線和工藝內(nèi)容，簡(jiǎn)約工藝設(shè)計(jì);建立工藝材料知識(shí)庫(kù)，根據(jù)工藝要求、加工設(shè)備和工裝匹配，檢索出適用的工藝材料，提供選料用料。

1)建立和使用工藝知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。在電機(jī)可視化裝配信息系統(tǒng)中，電機(jī)所有的工藝知識(shí)和文檔信息都按工藝文檔對(duì)象來(lái)分類。

2)面向生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的工藝路徑規(guī)劃

對(duì)工藝路徑重組，通過(guò)對(duì)零件特征識(shí)別和定義，判斷工藝規(guī)則的相似性，抽取和篩選工藝規(guī)程實(shí)例，實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝過(guò)程的修正。將相似性工藝規(guī)程整合到一起，實(shí)現(xiàn)一道工序完成多個(gè)相同工步操作，從而縮短工序編制時(shí)間。通過(guò)對(duì)工藝路線的自動(dòng)匯總及檢查功能，能發(fā)現(xiàn)編制的工藝卡片是否過(guò)于繁瑣，跳轉(zhuǎn)的工藝過(guò)程是否較多。對(duì)于這樣的相關(guān)工藝過(guò)程卡，反饋給相關(guān)工藝人員調(diào)整，從而縮短工序執(zhí)行時(shí)間。

3)參數(shù)化工藝設(shè)計(jì)

參數(shù)化包括工藝路線的參數(shù)化和工藝內(nèi)容的參數(shù)化。工藝路線的參數(shù)化表現(xiàn)為工藝路線可以變化。CAPP中可利用條件分支進(jìn)行合并，根據(jù)實(shí)際參數(shù)自動(dòng)跳轉(zhuǎn)。工藝內(nèi)容的參數(shù)化表現(xiàn)為工序內(nèi)容的表述，可以點(diǎn)擊選擇對(duì)應(yīng)的工藝內(nèi)容，通過(guò)工序名稱和工序內(nèi)容的對(duì)應(yīng)關(guān)系，在輸入工序名稱字段后找到對(duì)應(yīng)的幾種常見(jiàn)的工序內(nèi)容，選擇最合適的表述內(nèi)容，這樣就可以有效的規(guī)范工序內(nèi)容。

2.3 電機(jī)三維可視化裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程管理

電機(jī)產(chǎn)品工藝設(shè)計(jì)過(guò)程管理主要包括以下4個(gè)方面:1)建立電子化的工藝文檔編制流程、工藝文檔修改流程，對(duì)文檔的流轉(zhuǎn)過(guò)程進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化管理和控制。2)用電子手段遞交、簽審工藝圖文檔，并與PDM集成。3)電機(jī)新產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程管理。包括決策階段、計(jì)劃階段、樣機(jī)試制、改進(jìn)設(shè)計(jì)、工藝驗(yàn)證和工裝驗(yàn)證、批量生產(chǎn)。4)在電機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，將整個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目劃分不同階段，確定階段里程碑、子任務(wù)、相應(yīng)的資源和進(jìn)度計(jì)劃;設(shè)計(jì)過(guò)程各子任務(wù)的完成情況實(shí)時(shí)反饋在信息化集成平臺(tái)中，自動(dòng)獲得項(xiàng)目進(jìn)度的實(shí)際數(shù)據(jù)。

2.4 電機(jī)三維可視化裝配與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造及業(yè)務(wù)管理的集成

此集成平臺(tái)不僅要管理產(chǎn)品的工藝數(shù)據(jù)、制造數(shù)據(jù)，還要管理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)以及設(shè)計(jì)圖紙、仿真圖像和分析數(shù)據(jù)，并實(shí)現(xiàn)與公司現(xiàn)有系統(tǒng) CAD/CAM/CAPP/ERP等系統(tǒng)的信息集成與共享。

1)計(jì)劃員將PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中工藝會(huì)簽的相關(guān)零部件結(jié)構(gòu)，導(dǎo)入到CAPP中，以便工藝任務(wù)分派及后續(xù)數(shù)據(jù)匯總，工藝管理系統(tǒng)中總是顯示最新的零部件版本。

2)與下游制造和管理系統(tǒng)ERP的集成

ERP接口包括:工藝路線數(shù)據(jù)表、工序信息表、材料明細(xì)表。

接口方式:以機(jī)規(guī)為單位，輸出數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)表，用數(shù)據(jù)庫(kù)作業(yè)的方式自動(dòng)定時(shí)處理;

3)材料定額數(shù)據(jù)與ERP的集成

建立材料定額數(shù)據(jù)庫(kù)視圖，ERP系統(tǒng)直接讀取。

4)設(shè)計(jì)、工藝和制造管理的集成過(guò)程

系統(tǒng)分步從PDM、CAPP和ERP獲取產(chǎn)品制造工程數(shù)據(jù)。此類數(shù)據(jù)涉及三方面的業(yè)務(wù):①技術(shù)部提供的產(chǎn)品及零部件設(shè)計(jì)明細(xì)表。技術(shù)部通過(guò)CAD產(chǎn)品設(shè)計(jì)，生成產(chǎn)品及下屬每個(gè)物料的編碼(圖號(hào)與材料代碼)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)(標(biāo)準(zhǔn)BOM)，歸入PDM數(shù)據(jù)庫(kù)。②設(shè)定物料主記錄。技術(shù)、制造、采購(gòu)、物流、財(cái)務(wù)等部門給產(chǎn)品及其下屬每個(gè)物料設(shè)置包括計(jì)劃提前期在內(nèi)的57種管理參數(shù)。③工藝會(huì)簽。工藝員確定每個(gè)物料的獲取方式(采購(gòu)、制造或外協(xié))，并和各分廠工時(shí)定額員一起輸入制造件的工藝數(shù)據(jù)。

采取了以下集成方案:①完善產(chǎn)品工藝系統(tǒng)CAPP，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)PDM系統(tǒng)和工藝增加的毛坯件在CAPP中生成符合SAP要求的完整的BOM結(jié)構(gòu)。②統(tǒng)一企業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和SAP要求，開發(fā)接口導(dǎo)入程序，將PDM產(chǎn)生的新物料代碼和BOM導(dǎo)入自行開發(fā)的ERP基礎(chǔ)信息系統(tǒng)中。③建立由標(biāo)準(zhǔn)室牽頭、包括設(shè)計(jì)、工藝、制造、采購(gòu)、物流、分廠、財(cái)務(wù)維護(hù)人員組成的數(shù)據(jù)維護(hù)小組。數(shù)據(jù)小組接到設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品機(jī)規(guī)，即發(fā)起物料主數(shù)據(jù)維護(hù)流程，將PDM中新增的產(chǎn)品物料代碼、BOM和工藝路線等導(dǎo)入ERP，接著在ERP中分步維護(hù)物料主記錄，然后導(dǎo)入SAP。采取這樣的制造工程數(shù)據(jù)維護(hù)模式，保證了制造數(shù)據(jù)源源不斷地及時(shí)輸入SAP，也保證了系統(tǒng)中制造工程數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、完整性和時(shí)效性。

圖5所示為電機(jī)三維可視化裝配與與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造及業(yè)務(wù)管理的集成流程圖。

3 實(shí)施應(yīng)用

電機(jī)三維可視化裝配信息系統(tǒng)在公司技術(shù)部進(jìn)行了實(shí)施應(yīng)用，收到了較好的效果。以公司某重點(diǎn)產(chǎn)品為例，圖6和圖7為該產(chǎn)品的三維可視化裝配過(guò)程仿真過(guò)程截圖。

圖6 裝配過(guò)程仿真

圖7 裝配過(guò)程仿真

4 結(jié)語(yǔ)

從公司的實(shí)際應(yīng)用表明，建立的電機(jī)三維可視化裝配信息系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的目標(biāo)，在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)了電機(jī)產(chǎn)品三維可視化裝配工藝規(guī)劃、工藝知識(shí)管理、工藝設(shè)計(jì)過(guò)程管理和與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造及業(yè)務(wù)管理的集成。為公司工藝三維可視化、精細(xì)化管理進(jìn)步提供了有力的信息系統(tǒng)支撐。