三维工艺设计的探究

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【摘要】本文针对采用三维设计模式，构建三维工艺设计系统，支撑制造过程工艺规划设计及数字化制造，应用于飞机并行协同研制过程中。

【关键词】并行协同;　基于模型的工艺设计;　数字化制造;　三维模型

1前言

国外波音、空客为代表的航空企业全面采用全三维设计，以MBD技术为基础，在飞机全生命周期管理过程中全面采用全三维数模。

2设计思路

三维工艺设计系统采用“自上而下”的工艺设计模式，通过工艺分离面的划分实现EBOM复制、PBOM/MBOM重构，使用PPR（ProcessProductResource）结构将工艺、产品和资源关联在一起，以三维实体模型作为制造过程中的唯一依据，从而保证数据源的唯一性，提高设计协调效率。通过该平台进行工艺规划，然后Windchill系统抓取工艺数据信息供MES使用，数据流向如下图1所示：

3具备的特点

3.1采用单一数据源，实现设计制造一体化

三维工艺设计系统中工艺数据和设计数据均来自同一个数据库，最大程度保证了设计数据到工艺阶段数据的完整性。设计数据的更改与工艺数据更改同步，工艺数据采用的产品模型都保持在最新的状态。三维实体模型作为制造过程中的唯一依据，与先进的制造技术无缝连接，继承设计模型上的所有属性，数据可以完整的传递到生产现场，保证了设计数据的无损耗传递。

3.2全三维的工艺规划和工艺设计

三维工艺规划采用“自上而下”的工艺设计模式，实现从划分工艺路线到BOM的拆分和重构。基于CATIA，采用PPR的工艺结构形式，实现三维工艺规程编制。在三维工艺规程的编制当中，系统对于中间过程由程序控制，可以进行对工艺规程的欲处理，最大限度的保证工艺规程与MBOM的关联性，及工艺规程的准确性，减少工艺员的手动操作。

3.3全生命周期的数据关联跟踪

随着产品设计数据的更改，关联设计使用上层骨架有效控制下游零部件，同时考虑实际的设计流程、批准、更改流程、审签流程等内容，对数据关联方式进行设计。将产品数据从EBOM到MBOM划分的零件都保持关联，如果EBOM发生变更，系统将实时将变更信息传递给下游BOM。工艺人员根据变更通知，及时对工艺设计进行更改，加快了设计迭代速度，保证了设计数据的一致性和协调性。

3.4建立了基于三维工艺设计的知识库

建立优秀工艺、典型工艺的知识库，将其转化成计算机程序和软件，实现工艺智能化，工艺人员在进行工艺设计时，只需进行选择性操作就可以完成工艺规程的编制，从而减轻工艺设计人员的劳动强度，提高工作效率。

4关键技术及解决方案

4.1基于MBD技术的BOM重构

三维工艺设计系统能够将接收的设计数据EBOM->PBOM->MBOM的重构，保证设计更改能够按EBOM->PBOM->MBOM逐级传递，并进行全程追踪提醒。通过BOM的重构划分，解决了原有管理模式下BOM数据与数模脱离的问题。对产品数据通过复制方式和对管路的拆解，形成飞机的原始EBOM数据，作为制造中工艺规划和设计的基础。在此基础上增加工艺路线等工艺分工信息和构建工艺组合件，形成PBOM；再在PBOM的基础上，将零部件划分至站位，再将每个站位中的零部件划归为大的AO组中，最后将大的AO组进一步拆分，形成最终的AO单元，通过将AO单元的零组件用工序工步组织起来，加入工装工具等资源信息和标准规范等，形成装配工艺规程，即AO。当所有的AO编制完成，MBOM也就同时形成（图2）。

4.2基于三维模型的工艺信息集成

三维工艺设计系统不是孤立存在的，一般来说，它在进行正式的工艺设计之前，首先要获得相关的产品数据，以便为工艺设计提供基本的工艺信息。另外，经三维工艺设计系统处理后的工艺数据需要传递给PDM管理系统，作为生产管理系统进行决策的基础数据。因此系统应具有良好的集成性，满足产品研制全生命周期管理的需求；通过平台集成，实现全生命周期的数据集成和共享。实现设计、工艺、工装、制造反馈等应用系统与该平台的无缝集成。

4.3精准的三维可视化标准件划分

在标准件划分中，实现完整的BOM划分过程，划分内容主要包括PBOM标准件划分和MBOM标准件划分。在经过重新划分，EBOM中同一装配下的标准件被分解到不同的工艺装配模型中，由不同的人负责，装配节点中含有装配件使用和分配信息的记录。将标准件在三维可视化环境中逐级划分完成后，由于数据的关联性，下游结果可以根据上游设计数据产生更新。

5结语

先进的三维数字化设计制造技术已成为国外军工产品研制中不可或缺的手段，并推动了军工产品研制模式发生重大变革。建设三维工艺设计系统，提高了企业并行工作能力，缩短了工艺准备时间，大大缩短产品的研制周期，在企业科研生产和中外合作生产中发挥了重要作用。

作者:刘华 单位:中航工业沈阳飞机工业（集团）有限公司

参考文献：

[1]余志强.基于MBD的三维模型在飞机制造过程中的应用[J].航空制造技术,2009(25)．

[2]胥利军,张振明,田锡天等.基于三维零件模型的工艺路线设计方法研究[J].机械设计与制,20l0(01)．