利用Teamcenter實現(xiàn)三維工藝設(shè)計技術(shù)

1、無利用 Teamcenter 實現(xiàn)三維工藝設(shè)計技術(shù)2012-02-01 分享此文(0)人本文提出了一種利用 Teamcenter 實現(xiàn)基于三維中間工序模型的新型工藝設(shè)計模式， 即以設(shè)計 BOM為核心，工藝知識和資源庫為基礎(chǔ)，圍繞 3PR 結(jié)構(gòu)化工藝建立繼承設(shè)計模型和制造信息的中間工序模型，并用數(shù)字化動態(tài)出版的三維可視化形式給予工藝生產(chǎn)指導(dǎo)。Teamcenter 作為全球領(lǐng)先的 PLM（產(chǎn)品全生命周期管理）軟件，20 多年來與中國的制造型企業(yè)風(fēng)雨同舟，一起成長。很多大型企業(yè)如裝備制造業(yè)，在設(shè)計部門或者研發(fā)部門已經(jīng)成功地部署了三維軟件（NX）和 PLM 平臺（Teamcenter），實現(xiàn)了數(shù)字化設(shè)

2、計，并享受到了信息化帶來的成就感；但另一方面，企業(yè)在進(jìn)行工藝和生產(chǎn)時，有很多因素嚴(yán)重制約企業(yè)生產(chǎn)效益和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，成為亟待解決的關(guān)鍵問題。企業(yè)內(nèi)部普遍的工藝現(xiàn)狀（1）設(shè)計和工藝不共享平臺，無法協(xié)同、并行。由于工藝和設(shè)計不在同一平臺上，沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，EBOM（設(shè)計 BOM）無法自動繼承，數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)化，工藝只能被動等待，無法盡早進(jìn)入到產(chǎn)品設(shè)計階段和避免出現(xiàn)設(shè)計出來的東西無法生產(chǎn)的尷尬局面，即所謂的部門間“信息孤島”現(xiàn)象依然存在。（2）工藝設(shè)計手段落后。工藝處理的還是二維數(shù)據(jù)，在研發(fā)階段三維大行其道的形勢下，傳統(tǒng)的二維模式下的工藝已成功完成了它的歷史使命，需要與時俱進(jìn)，實現(xiàn)三維數(shù)字化工藝編制

3、方法。（3）缺乏完整的工藝信息管理。無工藝信息最常見的管理方式，主要通過文件和數(shù)據(jù)庫存儲。有時候是部分文件、部分?jǐn)?shù)據(jù)庫，也有全文件、全數(shù)據(jù)庫，比較混亂，數(shù)據(jù)的完整性比較差；數(shù)據(jù)的保密和安全沒有保障；數(shù)據(jù)追溯性差，沒有版本控制；工藝文檔查詢比較困難、費時。（4）缺乏工藝資源管理和知識共享。企業(yè)的各種工藝資源是一筆不可多得的財富，如工藝裝備庫、設(shè)備庫等，可以進(jìn)行資源重用，從而提高效率，降低成本，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量。工藝設(shè)計是典型的復(fù)雜問題，涉及到的信息量和知識量相當(dāng)龐大。因此非常有必要積累或者總結(jié)提煉典型、復(fù)雜零件的工藝經(jīng)驗，形成工藝知識庫，如工藝方法、工藝術(shù)語、典型工藝等，促進(jìn)工藝知識的轉(zhuǎn)化與再利用。

4、針對以上現(xiàn)狀與問題（當(dāng)然不止這些），在實施中結(jié)合 Teamcenter 制造功能進(jìn)行拓展和開發(fā)，著重從企業(yè)設(shè)計到工藝再到生產(chǎn)的大局觀抓起，最終實現(xiàn)統(tǒng)一設(shè)計和工藝平臺，幫助企業(yè)應(yīng)用部門理通、理順數(shù)據(jù)，實現(xiàn)正確的數(shù)據(jù)，在正確的時間，以正確的方式傳遞給正確的人。Teamcenter 概述Teamcenter 是 SIEMENS 公司針對制造業(yè)提供的產(chǎn)品生命周期管理的解決方案， 旨在建立一個數(shù)字化生產(chǎn)環(huán)境，并管理產(chǎn)品制造所需的相關(guān)數(shù)據(jù)。成熟的 CAD/PDM 和 ERP/MES 系統(tǒng)已經(jīng)在設(shè)計和生產(chǎn)中得到了驗證，但是在CAD/PDM 和 ERP/MES 之間缺少一個完整的解決方案來實現(xiàn)有效的銜接，Te

5、amcenter無制造工藝管理就是基于產(chǎn)品全生命周期 Teamcenter 主干在這二者之間的一個有效解決方案，是一座堅實而有力的橋梁。Teamcenter 造工藝管理解決方案不是將一些零散的應(yīng)用程序進(jìn)行簡單的羅列，而是基于一個有效的核心，針對數(shù)字模型進(jìn)行集中管理、協(xié)同和互操作，即以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理Teamcenter 為平臺將產(chǎn)品、工藝、工廠和資源進(jìn)行有效的關(guān)聯(lián)，同時保證了數(shù)據(jù)的一致、有效和重用。這個集成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保證了快速、準(zhǔn)確而安全地存取制造信息，同時可對制造工藝進(jìn)行可視化、 分析和優(yōu)化， 使生產(chǎn)企業(yè)各個部門和工作崗位間的信息流動能夠順利得到管理。Teamcenter 方案企業(yè)實施總體框架基

6、于筆者實施的企業(yè)設(shè)計部門采用三維 NX 設(shè)計軟件，并成功應(yīng)用 Teamcenter 作為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺，考慮到從產(chǎn)品設(shè)計到工藝規(guī)劃再到產(chǎn)品制造過程的密切相關(guān)和數(shù)據(jù)流、信息流的傳承與統(tǒng)一，提出以下總體框架（圖 1）。無在整個總體架構(gòu)中必須考慮設(shè)計與工藝之間數(shù)據(jù)的繼承，與 ERP、MES 的集成，在工藝規(guī)程的編制和工藝文件的格式輸出等方面采用 TeamcenterPublish 輸出 3D 工藝。具體要點如下：工藝從 Teamcenter 中繼承和提取設(shè)計產(chǎn)品結(jié)構(gòu) EBOM 和產(chǎn)品零組件屬性，創(chuàng)建工藝結(jié)構(gòu)，編制工藝規(guī)程，設(shè)定或關(guān)聯(lián)與工藝/工序相關(guān)的工裝、設(shè)備、車間、產(chǎn)品等信息；依據(jù) EBOM 派

7、生出相關(guān)聯(lián)的制造 BOM（MBOM），定義承制單位、協(xié)作單位、入庫關(guān)系，生成工藝路線報表；利用 TeamcenterPublish 數(shù)字化動態(tài)發(fā)布、出版 3D 工藝相關(guān)文件；將制造 BOM（MBOM）信息中含有的工藝路線、材料定額傳遞給 ERP 系統(tǒng)；MES 系統(tǒng)在接到 ERP 的生產(chǎn)計劃后，從 Teamcenter 中獲得相關(guān)的工藝規(guī)程數(shù)據(jù)。Teamcenter 三維工藝設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)實現(xiàn)1 結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計針對所實施企業(yè)統(tǒng)一Teamcenter平臺下的設(shè)計產(chǎn)品BOM， 利用其核心3PR （Product產(chǎn)品、Process 工藝、Plant 工廠、Resource 資源）理念，經(jīng)過業(yè)務(wù)需求分析

8、，分別需要不同的工藝類型來描述對象，用總工藝類型來管理所有的子工藝類型結(jié)構(gòu)，通過 BOMView反映這個零件所完成的工藝規(guī)程，子工藝類型有：毛坯工藝、零件加工工藝、熱處理工藝、無表面處理工藝、注塑工藝、焊接工藝、沖壓工藝等，子工藝下包含工序，工序又分下料工序、通用加工工序、數(shù)控工序和檢驗工序等。在總工藝節(jié)點下創(chuàng)建子工藝節(jié)點，然后在子工藝節(jié)點下按需求創(chuàng)建加工工序節(jié)點，這些工藝和工序節(jié)點構(gòu)建出工藝的 BOP（BillofProcess,BOP）結(jié)構(gòu)。具體有 2 種操作方法，可以按照產(chǎn)品或者零件的特性手動逐步創(chuàng)建工藝結(jié)構(gòu)，也可以從工藝資源庫中選擇某類型產(chǎn)品或零件的典型工藝作為模板自動創(chuàng)建出當(dāng)前對象的

9、工藝BOP 結(jié)構(gòu)，然后再做個別調(diào)整。根據(jù)實施企業(yè)的工廠布局，可以將工廠、車間和設(shè)備模型定義出來，通過與工廠隸屬管理，將設(shè)備與工廠布局關(guān)聯(lián)，為設(shè)備賦予工廠布局屬性，這樣工廠結(jié)構(gòu)就可以在工藝設(shè)計過程中被使用。將子工藝節(jié)點關(guān)聯(lián)工廠的車間區(qū)域，并在子工藝節(jié)點下的相關(guān)工序節(jié)點上指定工作中心或者工段上的設(shè)備（圖 2）。以上描述的工藝、工序、工廠結(jié)構(gòu)模型，都有各自對應(yīng)的屬性表，用來描述其自身的信息。無通過以上設(shè)計和工藝的 3PR 關(guān)聯(lián)，二者之間會建立某種引用關(guān)系，無論對于設(shè)計人員還是工藝人員，都可以通過這種關(guān)系快速、有效、準(zhǔn)確地定位到需要的對象。2 中間工序模型結(jié)構(gòu)化工藝創(chuàng)建出來之后，如何有效利用設(shè)計的 3

10、D 模型才是真正的關(guān)鍵所在。為此實施中提出了中間工序模型的概念。 之所以將中間工序模型單獨列出來， 主要原因是其對工藝模式的創(chuàng)新有直接意義。 中間工序模型是指產(chǎn)品從原材料形態(tài)到最終成品的加工過程中某個工序?qū)?yīng)的模型。對傳統(tǒng)的工藝方式，工序面對的都是二維化圖紙，無論是加工還是審閱理解都浪費大量的時間，另一方面，工序?qū)?yīng)模型的不同狀態(tài)，通常是由不同的設(shè)備和人員完成的，當(dāng)一個零件從一個工作中心到另一個工作中心時，需要顯示這種形態(tài)的變化，其對應(yīng)的 NC 加工程序也是不相同的，因此利用中間工序模型來描述不同工序上零件的工序基準(zhǔn)、加工內(nèi)容、加工要求等生產(chǎn)現(xiàn)場方面，計量內(nèi)容、計量要求等計量方面，檢驗內(nèi)容方面

11、，加工刀路仿真結(jié)果及數(shù)控加工程序的執(zhí)行都起到事半功倍的作用。圖 3 描述了不同工序?qū)?yīng)的形態(tài)及具體尺寸。無零件的加工將根據(jù)實際的需求分多步工序進(jìn)行，每一工序具有其對應(yīng)的模型狀態(tài)。零件加工各工序模型都應(yīng)與零件模型相關(guān)， 以實現(xiàn)零件模型的更新能自動傳遞到各加工工序模型。 同時各上下工序之間模型也應(yīng)保持關(guān)聯(lián)， 以符合實際加工過程中毛坯模型在各工序之間的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在形成的工序模型上，下一步需要進(jìn)行的是產(chǎn)品制造信息（ProductManufactureInformation，PMI）的標(biāo)注，用來指導(dǎo)生產(chǎn)。當(dāng)然在實際的工程應(yīng)用中，設(shè)計部門的 PMI 標(biāo)注需要傳遞給工藝部門，讓工藝部門的技術(shù)人員可以重新利用

12、和繼承這些已經(jīng)標(biāo)注好的 PMI，減少工藝編制的工作量。設(shè)計模型的 PMI 被傳遞到了工序模型后， 由工藝人員進(jìn)行參考和新標(biāo)注工藝信息， 50.6 是工藝人員在工序模型上標(biāo)注的尺寸，（146.30.05）mm 是設(shè)計模型 PMI 傳遞過來的尺寸。所有的紫紅色尺寸，工藝人員可以根據(jù)需要選擇是否顯示，但是不能對該尺寸進(jìn)行修改（圖 4）。3 數(shù)字化出版發(fā)布形象、鮮明的中間工序模型，如果能夠出版發(fā)布，并且能夠隨著產(chǎn)品設(shè)計模型的變化，與其相關(guān)的文檔可以動態(tài)自動更新，勢必大大提高日常對工程文檔生成、維護(hù)的效率。無利用 Teamcenter 的 Publish 可以將設(shè)計的 3D 模型以不同的表現(xiàn)形式體現(xiàn)出來

13、。因此在實施中，著重從以下幾方面將動態(tài)的 3D 模型形象地描述出來。（）帶有 PMI 標(biāo)注（如尺寸公差等）的三維中間工序模型、爆炸圖、標(biāo)注和符號、導(dǎo)引線、剖面等；（）可以將出版的文件輸出到不同格式（如 XML/SGML）的編輯器中（例如FrameMaker、ArbortextEditor、XMLSpy）；（）最終將出版物打包，供網(wǎng)頁發(fā)布瀏覽。通過捕捉數(shù)字化出版 3D 模型的不同狀態(tài)或標(biāo)注，所有的幾何信息會被臨時放在剪貼板上（實際上在 Teamcenter 是一種獨立類型的數(shù)據(jù)集），在電子手冊創(chuàng)建時可以分別填充到 3D 模型和爆炸圖顯示區(qū)，當(dāng)雙擊 3D 模型區(qū)時，可以調(diào)用 Teamcenter

14、瀏覽器進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，調(diào)整到合適位置退出時，電子手冊上反映的就是最終調(diào)整的狀態(tài)。4 工藝資源庫建立 3D 工藝處處離不開工藝資源，工藝資源庫的積累是企業(yè)不可多得的財富。在實施中，工藝資源主要指兩部分，一部分是工藝知識庫，如典型工藝、工藝參數(shù)庫、切削參數(shù)庫等，另一部分是底層制造資源，如設(shè)備、工裝，包括通用的和專用的。利用 Teamcenter的 In-Class 分類管理功能，可以提供一個高度集成化的、易于掌握和使用的軟件系統(tǒng)，使得工藝設(shè)計人員可以在計算機輔助技術(shù)的幫助下對制造資源與工藝知識進(jìn)行有效管理， 從而減少工藝設(shè)計時間、增加工藝設(shè)計準(zhǔn)確性、提高設(shè)計效率。分別從以下幾點實現(xiàn)。（1）分類的層級結(jié)構(gòu)

15、管理。無針對企業(yè)要管理的資源對象，根據(jù)企業(yè)零部件、工藝資源的分類標(biāo)準(zhǔn)（比如用于產(chǎn)品設(shè)計的零部件標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行管理，或用于工藝設(shè)計的工裝夾具標(biāo)準(zhǔn)。通過收集整理，提煉出企業(yè)的零部件、工藝資源分類標(biāo)準(zhǔn)，有以下幾類：制造資源庫、輔助材料庫、標(biāo)準(zhǔn)件庫、典型工藝庫和工藝知識庫， 當(dāng)然每個大類下又有子類， 對某個大類根據(jù)某個或幾個特性進(jìn)行細(xì)分。（2）定義每一個類別的屬性、屬性的格式及屬性的值列表。針對每一個類別，定義其屬性、屬性格式以及屬性的值列表，然后進(jìn)行匯總，生成分類的屬性字典。 在企業(yè)實施屬性定義時， 根據(jù)企業(yè)各種資源的類別細(xì)則， 抽象出共同的屬性，作為父類的屬性，子類會繼承父類，避免重復(fù)。（3）繪制每一

16、個類別的簡圖。為了形象地描述每一個類的零部件、工藝資源的特征，針對每一個類別繪制了其類別簡圖，通過可以管理這些簡圖，方便以后進(jìn)行查詢。（4）定義權(quán)限，包括分類的權(quán)限和分類標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)限控制。對于分類，為了避免由多人操作引起的混亂，實施時為實例分類和層級結(jié)構(gòu)的定義設(shè)定了權(quán)限，以方便對分類管理的操作進(jìn)行控制。（5）制定分類層級結(jié)構(gòu)和實例的維護(hù)規(guī)范。分類的維護(hù)規(guī)范主要是用來規(guī)范零部件分類庫的增加、減少和變更的行為，以實現(xiàn)專人管理避免引起混亂。最終形成的樣例見圖 5。無結(jié)束語通過以上三維工藝設(shè)計的分析，本文提出了一種利用 Teamcenter 實現(xiàn)基于三維中間工序模型的新型工藝設(shè)計模式，即以設(shè)計 BOM 為核心，工藝知識和資源庫為基礎(chǔ)，圍繞3PR 結(jié)構(gòu)化工藝建立繼承設(shè)計模型和制造信息的中間工序模型，并用數(shù)字化動態(tài)出版的三維可視化形式給予工藝生產(chǎn)指導(dǎo)。 在吸收傳統(tǒng)工藝設(shè)計方式優(yōu)點的基