三維工藝設計的探究論文
【摘要】本文針對採用三維設計模式，構建三維工藝設計系統，支撐製造過程工藝規劃設計及數字化製造，應用於飛機並行協同研製過程中。
【關鍵詞】並行協同; 基於模型的工藝設計; 數字化製造; 三維模型
1前言
國外波音、空客為代表的航空企業全面採用全三維設計，以MBD技術為基礎，在飛機全生命週期管理過程中全面採用全三維數模。
2設計思路
三維工藝設計系統採用“自上而下”的工藝設計模式，透過工藝分離面的劃分實現EBOM複製、PBOM/MBOM重構，使用PPR（ProcessProductResource）結構將工藝、產品和資源關聯在一起，以三維實體模型作為製造過程中的唯一依據，從而保證資料來源的唯一性，提高設計協調效率。透過該平臺進行工藝規劃，然後Windchill系統抓取工藝資料資訊供MES使用，資料流向如下圖1所示：
3具備的特點
3.1採用單一資料來源，實現設計製造一體化
三維工藝設計系統中工藝資料和設計資料均來自同一個資料庫，最大程度保證了設計資料到工藝階段資料的完整性。設計資料的更改與工藝資料更改同步，工藝資料採用的產品模型都保持在最新的狀態。三維實體模型作為製造過程中的唯一依據，與先進的製造技術無縫連線，繼承設計模型上的所有屬性，資料可以完整的傳遞到生產現場，保證了設計資料的無損耗傳遞。
3.2全三維的工藝規劃和工藝設計
三維工藝規劃採用“自上而下”的工藝設計模式，實現從劃分工藝路線到BOM的拆分和重構。基於CATIA，採用PPR的工藝結構形式，實現三維工藝規程編制。在三維工藝規程的編制當中，系統對於中間過程由程式控制，可以進行對工藝規程的欲處理，最大限度的保證工藝規程與MBOM的關聯性，及工藝規程的準確性，減少工藝員的手動操作。
3.3全生命週期的資料關聯跟蹤
隨著產品設計資料的更改，關聯設計使用上層骨架有效控制下游零部件，同時考慮實際的設計流程、批准、更改流程、審籤流程等內容，對資料關聯方式進行設計。將產品資料從EBOM到MBOM劃分的零件都保持關聯，如果EBOM發生變更，系統將實時將變更資訊傳遞給下游BOM。工藝人員根據變更通知，及時對工藝設計進行更改，加快了設計迭代速度，保證了設計資料的一致性和協調性。
3.4建立了基於三維工藝設計的知識庫
建立優秀工藝、典型工藝的知識庫，將其轉化成計算機程式和軟體，實現工藝智慧化，工藝人員在進行工藝設計時，只需進行選擇性操作就可以完成工藝規程的`編制，從而減輕工藝設計人員的勞動強度，提高工作效率。
4關鍵技術及解決方案
4.1基於MBD技術的BOM重構
三維工藝設計系統能夠將接收的設計資料EBOM->PBOM->MBOM的重構，保證設計更改能夠按EBOM->PBOM->MBOM逐級傳遞，並進行全程追蹤提醒。透過BOM的重構劃分，解決了原有管理模式下BOM資料與數模脫離的問題。對產品資料透過複製方式和對管路的拆解，形成飛機的原始EBOM資料，作為製造中工藝規劃和設計的基礎。在此基礎上增加工藝路線等工藝分工資訊和構建工藝組合件，形成PBOM；再在PBOM的基礎上，將零部件劃分至站位，再將每個站位中的零部件劃歸為大的AO組中，最後將大的AO組進一步拆分，形成最終的AO單元，透過將AO單元的零元件用工序工步組織起來，加入工裝工具等資源資訊和標準規範等，形成裝配工藝規程，即AO。當所有的AO編制完成，MBOM也就同時形成（圖2）。
4.2基於三維模型的工藝資訊整合
三維工藝設計系統不是孤立存在的，一般來說，它在進行正式的工藝設計之前，首先要獲得相關的產品資料，以便為工藝設計提供基本的工藝資訊。另外，經三維工藝設計系統處理後的工藝資料需要傳遞給PDM管理系統，作為生產管理系統進行決策的基礎資料。因此係統應具有良好的整合性，滿足產品研製全生命週期管理的需求；透過平臺整合，實現全生命週期的資料整合和共享。實現設計、工藝、工裝、製造反饋等應用系統與該平臺的無縫整合。
4.3精準的三維視覺化標準件劃分
在標準件劃分中，實現完整的BOM劃分過程，劃分內容主要包括PBOM標準件劃分和MBOM標準件劃分。在經過重新劃分，EBOM中同一裝配下的標準件被分解到不同的工藝裝配模型中，由不同的人負責，裝配節點中含有裝配件使用和分配資訊的記錄。將標準件在三維視覺化環境中逐級劃分完成後，由於資料的關聯性，下游結果可以根據上游設計資料產生更新。
5結語
先進的三維數字化設計製造技術已成為國外軍工產品研製中不可或缺的手段，並推動了軍工產品研製模式發生重大變革。建設三維工藝設計系統，提高了企業並行工作能力，縮短了工藝準備時間，大大縮短產品的研製週期，在企業科研生產和中外合作生產中發揮了重要作用。
參考文獻：
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