中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心□陳 杰

中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院□馬義博

中機(jī)生產(chǎn)力促進(jìn)中心□潘康華

基于模型的定義（Model Based Definition，MBD）技術(shù)是將產(chǎn)品的所有相關(guān)設(shè)計(jì)定義、工藝描述、屬性和管理等信息都附著在產(chǎn)品三維模型中的先進(jìn)數(shù)字化定義方法。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和三維CAD技術(shù)的成熟、普及，產(chǎn)品定義技術(shù)經(jīng)歷了“二維設(shè)計(jì)、二維出圖”， “三維設(shè)計(jì)、二維出圖”到MBD全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)三個(gè)階段。在技術(shù)應(yīng)用方面，國外發(fā)達(dá)國家在航空航天產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域，都已實(shí)現(xiàn)了MBD技術(shù)對傳統(tǒng)生產(chǎn)方式的改造，如美國空軍JSF戰(zhàn)斗機(jī)和空客A380的研制都是成功的范例。洛克希德馬丁公司在JSF戰(zhàn)機(jī)研制過程中采用數(shù)字化裝配技術(shù)，縮短了制造周期，降低了生產(chǎn)成本?？湛凸驹陲w機(jī)A380研制過程中通過實(shí)施數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，也大大縮短了研制周期。近年來，隨著中國航空工業(yè)的快速發(fā)展，基于MBD的三維裝配技術(shù)在國內(nèi)航空制造技術(shù)領(lǐng)域亦受到廣泛關(guān)注，并成為研究與應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。本文對基于MBD的三維裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù)進(jìn)行了研究，在系統(tǒng)梳理已有研究成果的基礎(chǔ)上，給出了基于MBD的三維裝配工藝設(shè)計(jì)的流程，包括三維裝配工藝模型構(gòu)建、裝配工藝信息標(biāo)注、三維裝配工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)及三維裝配工藝發(fā)放等內(nèi)容，能夠規(guī)范和指導(dǎo)基于MBD的三維裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù)在相關(guān)行業(yè)的推廣應(yīng)用。

1 三維裝配工藝模型構(gòu)建

進(jìn)行三維裝配工藝設(shè)計(jì)時(shí)首先需構(gòu)建三維裝配工藝模型，以表達(dá)從首個(gè)裝配件模型到產(chǎn)品裝配成品的每個(gè)工序/工步的裝配工藝過程，裝配工序/工步模型包含裝配基準(zhǔn)、裝配方向、裝配路徑、裝配尺寸、配合公差等工藝要求，裝配工藝模型構(gòu)建包括以下步驟：

1）準(zhǔn)備產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型、產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范、工藝要求等數(shù)據(jù)，將三維模型、產(chǎn)品BOM結(jié)構(gòu)等數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維工藝規(guī)劃系統(tǒng)，搭建裝配工藝模型構(gòu)建環(huán)境；

2）對裝配零部件設(shè)計(jì)BOM結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，搭建面向裝配過程的裝配件BOM結(jié)構(gòu)；

3）對產(chǎn)品裝配零部件的裝配步驟、裝入順序等裝配工藝過程進(jìn)行分析，完成工序/工步的劃分及裝配特征的定義；

5）在工序/工步模型上進(jìn)行裝配工藝內(nèi)容的表達(dá)，定義產(chǎn)品裝配裝入件的裝配方向、裝配路徑、裝配基準(zhǔn)、裝配關(guān)鍵尺寸、配合公差等工藝要求；

6）根據(jù)需要，在工序/工步模型創(chuàng)建中添加設(shè)備、工裝、工具等工藝資源模型，并裝配在工序/工步模型中用于裝配仿真驗(yàn)證、三維可視化等業(yè)務(wù)需求；

7）在工序/工步節(jié)點(diǎn)下添加設(shè)備、工裝、模具、工時(shí)等信息，完成工序/工步模型屬性信息定義；

8）對裝配工藝模型質(zhì)量進(jìn)行檢查。

2 裝配工藝信息標(biāo)注

三維裝配工藝模型構(gòu)建完成后，一般采用工藝信息框格的型式將裝配工藝信息直接標(biāo)注在三維模型上，部分不宜通過工藝信息框格表示的工藝信息通過屬性保存在三維模型中。裝配工藝信息框格如圖1所示。

圖1 裝配工藝信息框格

裝配工藝信息主要包括以下內(nèi)容：

1）裝入數(shù)量。在同一工序或工步下，裝入相同對象的數(shù)量。對于多個(gè)相同零部件的裝配，僅標(biāo)注一個(gè)工藝信息框格，且多個(gè)相同裝配特征都應(yīng)與工藝信息框格保持查詢關(guān)聯(lián)性；

2.例文不夠多。64篇習(xí)作中老教材才出現(xiàn)4篇例文，主要為讀后感例文、寫信例文、縮寫例文、我的小伙伴（開頭）例文。在這4篇中有3篇是應(yīng)用文。而細(xì)節(jié)描寫、修改的形式、應(yīng)用文的格式等重點(diǎn)都沒在例文中體現(xiàn)，更沒有以正楷字的形式、標(biāo)準(zhǔn)的格式寫進(jìn)方格中。

2）裝配工藝方法標(biāo)識。以裝配工藝方法圖形符號表示，符號從裝配工藝方法圖形符號庫中獲??；

3）裝配工藝參數(shù)。裝配工藝參數(shù)為工藝方法相關(guān)的工藝參數(shù)及數(shù)值；

4）工藝資源信息。為裝配過程中使用的設(shè)備、工裝等資源信息，如資源名稱或資源型號等，從企業(yè)設(shè)備資源庫中獲取，并正確反映現(xiàn)實(shí)資源配備情況；

5）關(guān)鍵檢驗(yàn)信息。為裝配的關(guān)鍵檢驗(yàn)要求，如裝配精度范圍和測量手段等；

6）工步序列號。為當(dāng)前工步在整個(gè)工序中的先后順序，使用“①”、 “②”、 “③”等表示。

3 三維裝配工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)

三維裝配工藝模型構(gòu)建完成并標(biāo)注裝配工藝信息后，進(jìn)行三維裝配工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)。三維裝配工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)主要包括以下步驟。

（1）根據(jù)三維產(chǎn)品或部件模型，分析裝配工藝特征

根據(jù)裝配模型，分析裝配約束，分析組件平行裝配和檢驗(yàn)的可行性?；谀Ｐ瓦M(jìn)行靜態(tài)裝配干涉檢查，檢查裝配位置是否存在干涉?；谀Ｐ瓦M(jìn)行碰撞干涉檢查，驗(yàn)證工裝器具裝配使用可達(dá)性。

（2）依據(jù)三維模型、工藝技術(shù)要求和生產(chǎn)組織條件，構(gòu)建三維裝配BOM，確定整體技術(shù)要求

確定產(chǎn)品或部件裝配組織形式，規(guī)劃裝配工藝方法。根據(jù)產(chǎn)品或部件模型進(jìn)行裝配分層，劃分裝配單元，構(gòu)建三維可視化裝配BOM?；谀Ｐ痛_定裝配單元基準(zhǔn)零件，規(guī)劃裝配單元順序。確定裝配工藝質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)和檢驗(yàn)方案。提出工裝設(shè)備購置或設(shè)計(jì)意見，確定工藝裝備系數(shù)。確定三維環(huán)境下裝配工藝仿真和驗(yàn)證要求。

（3）根據(jù)裝配工藝方案，開展三維裝配詳細(xì)設(shè)計(jì)

以結(jié)構(gòu)樹和流程圖等形式組織工藝規(guī)程結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，工藝規(guī)程結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)包含工藝規(guī)程、工序、工步父子關(guān)系和緊前緊后邏輯關(guān)系。工藝規(guī)程、工序、工步對象的構(gòu)建依據(jù)設(shè)計(jì)模型裝配約束和裝配BOM結(jié)構(gòu)，也可根據(jù)BOM結(jié)構(gòu)相似性結(jié)合典型工藝庫復(fù)用已有工藝，快速完成裝配工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)。依據(jù)裝配BOM和裝配順序，逐級逐次構(gòu)建工藝規(guī)程的工序、工步節(jié)點(diǎn)，定義各節(jié)點(diǎn)工藝內(nèi)容，包括裝入件明細(xì)、裝配順序、工藝方法、工藝參數(shù)、所需工裝、設(shè)備、資源、輔助材料和工時(shí)定額。根據(jù)工藝規(guī)程設(shè)計(jì)的工藝規(guī)程結(jié)構(gòu)和裝入件數(shù)據(jù)，同步構(gòu)建工藝模型（包括工序和工步模型）。根據(jù)裝配工藝模型，規(guī)劃裝配順序，滿足裝配單元方向合理，裝配單元順序幾何檢查可行性，關(guān)重件裝配工藝可行性，裝配單元操作可行性，裝配工藝工裝可行性；根據(jù)裝配工藝模型，確定裝配路徑，分析判斷零部件裝配起始點(diǎn)，根據(jù)相對位置關(guān)系和空間坐標(biāo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)干涉檢查，確定可行的裝配路徑。進(jìn)行工藝仿真驗(yàn)證，包括裝配順序評價(jià)和優(yōu)化分析，裝配路徑評價(jià)和優(yōu)化分析，干涉與碰撞分析，人機(jī)工效分析及裝配工藝平衡性分析等。

4 三維裝配工藝發(fā)放

完成三維裝配工藝設(shè)計(jì)后，對三維裝配工藝數(shù)據(jù)進(jìn)行簽審和發(fā)放。發(fā)放的三維裝配工藝數(shù)據(jù)包括BOM信息、工藝路線、裝配工藝模型、裝配工序模型、裝配仿真動(dòng)畫、零部件明細(xì)表、工裝模型、技術(shù)要求和管理技術(shù)信息等。發(fā)放的形式主要包括在線發(fā)放、離線發(fā)放及紙介質(zhì)發(fā)放等。

發(fā)放的裝配工藝數(shù)據(jù)如圖2所示，主要包括以下基本信息要素：

1）基本信息，包括零部件圖號、名稱、版本、工序名稱、設(shè)備名稱和計(jì)劃數(shù)量等內(nèi)容；

2）工藝注釋信息，包括工步號、工裝代號、質(zhì)量控制文件、安全控制文件、外購工具明細(xì)表、專用工藝裝備明細(xì)表、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（通用）工具明細(xì)表、工位器具明細(xì)表和專用工藝裝備設(shè)計(jì)任務(wù)書等信息；

3）工藝路線，通常以樹狀形式進(jìn)行表達(dá)，樹的每個(gè)節(jié)點(diǎn)為工序或工步；

4）裝配零部件清單，每一道工序、工步裝配的零部件；

圖2 裝配工藝數(shù)據(jù)信息要素

5）三維工序模型，即與工藝路線樹中選定節(jié)點(diǎn)對應(yīng)的帶工藝標(biāo)注信息的三維模型；

6）定額信息，包括工時(shí)定額；

7）簽署信息，包括設(shè)計(jì)、審核、批準(zhǔn)等人員的數(shù)字簽名信息。