程五四，張紅旗，周紅橋，陳興玉

(1.中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

(2.合肥市雷達機電裝備先進設計工程技術研究中心，安徽 合肥 230088)

(3.中國電子科技集團公司第三十八研究所國家級工業(yè)設計中心，安徽 合肥 230088)

(4.安徽省技術標準創(chuàng)新基地，安徽 合肥 230088)

三維工藝是目前電子行業(yè)的研究熱點，旨在以三維模型為載體實現(xiàn)信息的存儲和傳遞，消除大量三維轉二維環(huán)節(jié)，打通設計—工藝—制造全流程數(shù)字信息鏈路，顯著縮短產(chǎn)品研制周期。傳統(tǒng)二維制造模式逐漸被制造業(yè)舍棄，取而代之的是全三維的制造模式[1]。三維工藝技術是數(shù)字化技術的延伸，是實現(xiàn)產(chǎn)品制造過程數(shù)字化的手段，涉及到多種信息系統(tǒng)，如產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理(PDM)、企業(yè)資源計劃(ERP)和制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)等[2]。南京晨光集團有限責任公司的焦光明等人，開展了基于Pro/E的線纜裝配工藝規(guī)劃系統(tǒng)關鍵技術研究，實現(xiàn)了線纜快速建模、裝配并生成裝配動畫，輸出三維電子工藝卡片，進行裝配車間的現(xiàn)場示教。南京電子技術研究所的吳欣開展了一體化三維工藝設計在復雜電子裝備中的應用研究，以三維裝配工藝技術為例，將三維裝配工藝文件整合到工藝管理平臺上，便于PDM、ERP或MES系統(tǒng)的調用；建立了有效的數(shù)字量傳遞機制，將產(chǎn)品幾何信息和非幾何屬性信息(如裝配順序說明或動畫裝配產(chǎn)品結構等信息)傳遞到操作者手中，使之能夠準確、迅速地查閱裝配過程中需要的信息。

目前，電子行業(yè)的企業(yè)在應用三維工藝設計技術時，工具軟件繁多，產(chǎn)生的工藝數(shù)據(jù)、發(fā)布至下游的技術和手段也不盡相同，導致現(xiàn)場發(fā)放應用存在不足，合理的發(fā)放形式和經(jīng)驗無法共享。與二維工程圖相比，以三維工藝模型為主的工藝數(shù)據(jù)之間存在非常高的依存度、結構性和關聯(lián)性，如何將三維工藝數(shù)據(jù)與已有業(yè)務流程和信息系統(tǒng)結合，實現(xiàn)三維工藝數(shù)據(jù)的有效集成，達到三維工藝數(shù)據(jù)到車間現(xiàn)場的數(shù)據(jù)貫通，是亟待解決的問題。

1 發(fā)放技術研究

1.1 發(fā)放模式

1)發(fā)放流程。

三維工藝發(fā)放系統(tǒng)將根據(jù)用戶需求選擇發(fā)送輕量化模型或者原三維模型到車間生產(chǎn)現(xiàn)場。按需發(fā)放加工制造、數(shù)控編程和數(shù)字化檢測等環(huán)節(jié)所需的信息，確認發(fā)放內容、版本、發(fā)放形式和接收對象等信息。發(fā)放前應按照規(guī)定履行審批手續(xù)，經(jīng)審批同意后方可發(fā)放。設置不同的發(fā)放權限和使用權限，確認工藝數(shù)據(jù)的有效性，發(fā)放后的任何變動都需按規(guī)定辦理更改手續(xù)，并進行重新三維工藝設計，生成新版本的三維工藝數(shù)據(jù)。重新發(fā)放時，應確認發(fā)放的版本，并提出申請，經(jīng)批準后方可再次發(fā)放新版本數(shù)據(jù)，對重新發(fā)放的狀態(tài)進行記錄，并通知相關用戶，保證用戶及時更新版本數(shù)據(jù)。支持對數(shù)據(jù)發(fā)放過程的管理和查詢，包括發(fā)放時間、成功狀態(tài)等信息。采用離線發(fā)放和紙介質發(fā)放產(chǎn)生的信息載體，進行統(tǒng)一受控管理，保證發(fā)放信息完整，無冗余，無與下游相關用戶無關的信息。三維工藝數(shù)據(jù)發(fā)放模式及流程如圖1所示。

圖1 三維工藝數(shù)據(jù)發(fā)放模式及流程

2)發(fā)放管理。

考慮到模型三維化、信息結構化和數(shù)據(jù)同源化的要求，針對三維模型的不同應用需求，需確認發(fā)放能被解析應用的合適模型。如圖2所示，能夠按照零件工藝、部件工藝、整機工藝等產(chǎn)品結構層級發(fā)放，也能夠按照機加工藝、鈑金工藝、機械裝配工藝、電子裝聯(lián)工藝等專業(yè)類型發(fā)放。通過工藝物料清單(PBOM)結構發(fā)放，默認情況下，父級結構一旦發(fā)放，子級結構也應關聯(lián)發(fā)放，并保證發(fā)放數(shù)據(jù)的可繼承性和一致性。通過系統(tǒng)集成，實現(xiàn)工藝路線、物料數(shù)據(jù)、材料定額和工時定額等信息的無縫傳遞。

圖2 三維工藝數(shù)據(jù)管理

1.2 發(fā)放內容

工藝數(shù)據(jù)發(fā)放內容應包括工藝總方案、PBOM等，常見工藝數(shù)據(jù)的發(fā)放包含(但不限于)以下內容：1)機加工藝數(shù)據(jù)發(fā)放，包括工藝路線、機加工藝模型、機加工序模型、數(shù)控加工系統(tǒng)模型、工裝模型、數(shù)控程序、技術要求和管理技術信息等；2)鈑金工藝數(shù)據(jù)發(fā)放，包括工藝路線、鈑金展開模型、鈑金工藝模型、鈑金工序模型、鈑金工步模型、模具模型、技術要求和管理技術信息等；3)機械裝配工藝數(shù)據(jù)發(fā)放，包括BOM信息、工藝路線、裝配工藝模型、裝配工序模型、裝配仿真動畫、零部件明細表、工裝模型、技術要求和管理技術信息等；4)電子裝聯(lián)工藝數(shù)據(jù)發(fā)放，包括BOM信息，工藝路線、接線表，元器件明細表、電子裝聯(lián)工藝模型、技術要求等；5)三維布線工藝數(shù)據(jù)發(fā)放，包括工藝路線、布線模型、裝配順序、布線路徑、固定控制點、特殊線纜保護措施、線纜狀態(tài)參數(shù)(轉彎半徑、綁扎間距、線纜間距)等。

1.3 發(fā)放要求

1)模型三維化。

發(fā)放的工藝數(shù)據(jù)繼承三維模型及模型上的保存視圖、標注、分解狀態(tài)、動畫以及簡化狀態(tài)、尺寸公差、剖切面等內容，在工藝文件發(fā)放審簽過程中和制造車間現(xiàn)場支持對三維模型的旋轉、縮放、剖切顯示、測量、多視圖顯示等交互操作，與工藝規(guī)程中工序、工步節(jié)點關聯(lián)，并被數(shù)控加工設備、數(shù)字化檢測設備直接調用。針對數(shù)字化檢測需求，發(fā)放數(shù)字化檢測系統(tǒng)可解析使用的三維模型，包括用于工序檢測的三維工序模型，用于產(chǎn)品檢測的設計模型等。三維模型一般采用輕量化的格式進行存儲，如圖3所示。針對數(shù)控編程要求，發(fā)放計算機輔助制造(CAM)系統(tǒng)支持的三維模型，包括數(shù)控加工工序的三維工序模型、產(chǎn)品的設計模型等。

圖3 輕量化三維模型的存儲

2)信息結構化。

對發(fā)放的工藝數(shù)據(jù)進行結構化存儲和組織，即以工藝路線為核心，將工藝數(shù)據(jù)進行關聯(lián)組織，如工藝節(jié)點對應狀態(tài)的輕量化模型文件信息等；發(fā)放的工藝數(shù)據(jù)包含完整的結構化工藝信息，形成結構化文件格式，能夠被其他系統(tǒng)進行解析接收，如PBOM、MBOM構建所需的XML文件，提取打印的工藝過程卡等。如圖4所示，基于XML的工藝過程信息集成是將數(shù)據(jù)對象以樹形結構進行存儲，信息之間的關聯(lián)屬性將在XML樹節(jié)點中得到體現(xiàn)，并形成一個層層嵌套的樹狀結構來表達工藝信息數(shù)據(jù)之間的關系[3]。以數(shù)據(jù)庫形式表達的工藝數(shù)據(jù)，可通過數(shù)據(jù)庫表、視圖等方式生成制造資源統(tǒng)計表、定額統(tǒng)計表等數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫通常用于ERP、PDM等信息系統(tǒng)中，對產(chǎn)品數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲和管理，能夠對發(fā)放后的工藝數(shù)據(jù)進行信息提取，形成各種自定義報表文檔，如按照檢驗工序提取形成的檢驗操作指導書、外購件匯總表、關鍵工序明細表、專用工藝裝備明細表、工藝文件目錄表、鑄鍛件匯總表、材料消耗工藝定額表、工藝狀態(tài)表、工藝分工表、熱處理/表面處理/關重件零件清單和材料統(tǒng)計表等。

圖4 結構化工藝信息

3)數(shù)據(jù)同源化。

保證數(shù)據(jù)的一致性、同源性和可繼承性，即對存儲于不同介質(不同數(shù)據(jù)庫)的工藝文件，在更改前后要保持一致性，對工藝資源信息進行存儲和同步更新，如圖5所示。信息宜單獨存放在特定的位置，保證數(shù)據(jù)源頭的唯一性；對信息的復制、鏡像操作后形成的數(shù)據(jù)，保證與源數(shù)據(jù)之間的關聯(lián)映射關系，能夠及時更新，并保證三維模型上標注的工藝信息與結構化屬性信息之間的一致性。采用不同的發(fā)放形式，均應要求發(fā)放信息與所存儲的結構化信息之間的一致性。對不同系統(tǒng)中的信息交換，應設置訪問權限和信息同步機制，保證數(shù)據(jù)版本及內容的一致性。

圖5 工藝資源信息存儲及同步

1.4 發(fā)放形式

1)在線發(fā)放。

通過企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)/局域網(wǎng)等渠道在線發(fā)放，實現(xiàn)基于網(wǎng)絡瀏覽器的工藝數(shù)據(jù)在線閱讀。隨MES系統(tǒng)下發(fā)的任務計劃一起，將數(shù)字化工藝規(guī)程URL鏈接地址推送至生產(chǎn)現(xiàn)場的接收對象，包括設備、工站、工位、人員等。根據(jù)不同的工藝類型和數(shù)據(jù)，展示不同的數(shù)字化工藝規(guī)程，能夠查看交互的三維模型、裝配動畫，靜態(tài)電子文件、工藝附件文件(如電路原理圖、數(shù)控程序、操作指導書等)、采用表格或樹狀等形式展示的工藝信息(如工藝規(guī)程、設備資源、裝配零部件明細表、工序內容、工藝參數(shù)等)等工藝數(shù)據(jù)。工藝規(guī)程中的工序/工步節(jié)點應與三維工序/工步模型、結構化屬性信息同步關聯(lián)，如數(shù)控程序與數(shù)控加工設備信息、數(shù)控加工工序、工序模型的關聯(lián)，裝配仿真動畫文件與工序節(jié)點、工序模型、保存視圖及簡化狀態(tài)的關聯(lián)，并支持查看審簽的狀態(tài)信息、數(shù)據(jù)版本標識等信息，如圖6所示。通過可視化顯示為加工人員提供完整自檢信息，為檢驗人員提供專檢信息。用戶可以瀏覽樹結構中各個節(jié)點的工序信息、刀量具信息、工裝信息和設備信息，同時還支持對每一道工序的模型進行切換、瀏覽和信息提取[4]。

圖6 數(shù)字化工藝規(guī)程及附件

2)離線發(fā)放。

與三維工藝設計管理系統(tǒng)物理隔離，不具備在線閱讀三維工藝數(shù)據(jù)的加工現(xiàn)場可進行離線發(fā)放。以完整的離線三維工藝數(shù)據(jù)包的形式呈現(xiàn)，包含全部工藝數(shù)據(jù)信息，如網(wǎng)頁版數(shù)據(jù)文件。離線三維工藝數(shù)據(jù)格式包含(但不限于)Word、Excel、HTML、3D PDF、exe、XML等，且能夠被第三方工具打開或解析轉換。離線三維工藝數(shù)據(jù)包應根據(jù)用戶要求，在辦理申請和審批手續(xù)后，通過儲存介質和其他網(wǎng)絡發(fā)放給用戶。采用HTML格式發(fā)放的網(wǎng)頁版離線三維工藝數(shù)據(jù)包，通過采用三維可視化工藝表示方法，將工藝屬性、工序屬性及工步屬性顯示在表格中，其他工藝信息以PMI以及顏色區(qū)分的形式定義在模型中，車間人員能夠直觀地了解加工過程和工藝信息，并能交互操作三維模型[5]。

3)紙介質發(fā)放。

①數(shù)字化工藝規(guī)程打印輸出。

若數(shù)字化工藝規(guī)程滿足要求，則直接由網(wǎng)頁打印輸出；若加工工序內容復雜，為了信息的清晰和完整，三維模型可以單獨打印輸出。工藝文件和工序/工步模型應正確對應匹配，并按規(guī)定的目錄、格式和要求進行文件整理和編號。

②結構化信息提取打印。

提取的工藝路線等結構化信息，形成工藝過程卡并打印輸出，工藝附圖則通過三維模型進行單獨打印輸出；對提取形成的自定義結構化列表進行打印輸出，包括檢驗操作指導書等。

③三維模型打印輸出。

若能夠獲取三維模型上的最佳視角，且三維模型上的三維標注、尺寸特征能夠完全顯示，則基于該視角直接打印輸出。采用多個視圖表達工藝信息的三維模型，應能繼承三維模型上保存的視圖信息，并按照工序號+視圖名稱+流水號進行編號并打印輸出，必要時，也可以進行多個視圖的拼圖打印。三維模型的渲染模式能夠根據(jù)需要進行設置，一般情況下，宜采用消隱的線框模式打印輸出，必要時，可以采用實體渲染模式下的彩色打印，且模型區(qū)域背景色宜采用對比性和可視性強的色系。

2 結束語

本文通過對三維工藝數(shù)據(jù)發(fā)放技術的研究，確立了合理的三維工藝數(shù)據(jù)發(fā)放內容、發(fā)放形式和發(fā)放要求。通過開發(fā)三維工藝設計平臺及發(fā)放系統(tǒng)，可實現(xiàn)對三維工藝設計結果的管理以及三維工藝數(shù)據(jù)向下游環(huán)節(jié)的發(fā)放，使車間用戶從三維模型上定義的信息就可以認識和了解產(chǎn)品的設計意圖、方法和過程，在提高實際生產(chǎn)效率的同時也促進了三維工藝在實際工程中的應用。