三维工艺设计系统集成应用

《三维工艺设计系统集成应用》由会员分享，可在线阅读，更多相关《三维工艺设计系统集成应用（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、三维工艺设计系统集成应用作者：暂无 来源：智能制造 2014年第1期沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司 赵恒 栾峰 高阳沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司作为引领航空发动机制造为使命的总装制造集 成企业，企业的信息化、数字化水平成为其自身不断发展的关键。经过“十一五”期间的发展， 信息化建设取得了较大发展，同时，新型号研制也由传统二维研制向三维研制过渡，这些对三 维工艺设计工具以及与现有PDM系统集成提出了更高的要求。三维工艺设计工具与PDM集成主要包括以下几个方面：上游设计数据的引用与调用；制造 资源数据的获取；三维工艺规程生效与发布。针对上述集成及发布需求，我们自主开发了面向航空发

2、动机的三维工艺设计系统，从而改 变了传统二维表格化工艺设计管理方式：采用工艺数据结构化处理技术和面向企业数据集成的 接口技术，最终实现了三维工艺设计系统与企业PDM系统的集成及应用。一、国内外工艺设计系统集成应用现状国外在先进制造技术的驱动下，已经率先采用数字化制造技术，并且提出虚拟制造的概念。 随着数字化制造以及数字化装配技术的发展，国外在先进制造业领域已经走向领先地位，已经 把工艺设计工作从模拟量转变为数字量传递，从根本上改变了工艺设计工作的模式，提出三维 数字工艺分析的概念。国外大型航空公司利用数字化技术，取得了可观的效益，通过数字化技 术，可以真正实现从设计到工艺的并行方案，并且无差错

3、地实现从虚拟装配到物理装配。例如：HMS-CAPP （美国）主要应用于机加和装配等工艺设计与管理，提高了效率，减少了 变更，提高了数据的准确性，实现了指令的无纸化，能有效提高工艺的规划和验证水平； CS/CAPP （美国）可管理工装、NC文件、质量数据、物料、工作指令、图形和多媒体等数据对 象。对国内工艺设计现状进行分析，工艺设计处于产品设计和加工制造的中间环节，它是生产 技术准备工作的关键步骤。现在使用的工艺设计软件，虽然部分替代了人的手工劳动，缩短了 工艺设计时间，降低了劳动强度，提高了工艺文件的质量，缩短了生产准备周期，但并没有从 根本上改变传统的串行工艺设计模式，也没实现产品生命周期管

4、控的终极目标。国内的工艺设计软件例如：华中科技大学开发的KMCAPP （开目CAPP）具有系统管理、工艺 管理、工艺设计、工艺资源管理、工艺规则管理和辅助管理等功能模块，在国内的航天、兵器 和船舶等行业具有较广的应用；清华大学开发的TH-CAPP （天河CAPP）是典型的“所见即所得” 的卡片式工艺设计系统，实现了卡片与工艺数据分开存储，具有比较强的二次开发能力； Teamcenter MPM （制造工艺，西门子PLM定制的类似CAPP的工艺设计系统）为制造企业在工艺 规划、工艺设计和工艺仿真过程中提供一系列结构化、可视化的工具和技术，其核心技术可以 分为工艺设计和仿真技术。1. 我司三维工艺

5、设计系统集成应用现状随着以新一代发动机为代表的新型号三维设计数据应用不断深入推进，基于三维的数字化 工艺协同设计已经成为必然。而作为国内最大的航空发动机产品研制生产单位，黎明发动机现 有的工艺设计系统已经远远无法满足当前三维模式下对系统功能的需求。虽然国外已经具备了 成熟的三维数字化工艺设计及管理平台，但由于这些系统核心技术封闭、平台实施费用高和国 内航空发动机产品工艺管理特殊等问题，必须建立一套能实现三维工艺设计和管理的系统，并 与设计制造环节集成，形成三维工艺设计与管理、制造资源及工艺知识管理和工艺设计仿真相 集成的环境，满足型号数字化设计制造协同需求，才能解决当前航空发动机领域所面临三维

6、工 艺设计无法实施的现状，形成与我国航空地位相匹配的技术能力。由于新型号研制周期的不断缩短，老型号批产任务不断增多，对工艺人员的快速响应能力 要求越来越高。通过多年的发展，航空发动机产品的工艺人员已经积累了相当丰富的工艺设计 知识和制造资源数据，但这些宝贵的工艺知识和制造资源数据无法得到有效、合理的保存及利 用，不利于企业快速查找和重用，制约了航空产品制造技术进一步提升。为此，如何实现PDM 系统内制造资源和工艺知识在三维工艺设计过程中应用也成为必须解决的问题。只有在三维工 艺设计全程中实现对已有工艺知识的快速查找和引用，才能解决上述问题。2. 我司现有工艺设计系统与PDM集成存在的问题综合国

7、内外CAPP的应用情况来看，CAPP暂时都不能有效解决面向企业信息集成应用问题。 随着计算机集成制造技术在企业中的广泛应用，工艺设计不再是一个单独的信息系统，如何与 企业应用的其他系统相集成，实现整个企业整个产品全生命周期信息的集成管理是现有商业工 艺设计系统无法实现的。目前，三维工艺设计系统集成应用中存在的问题主要如下。（1）原有的PDM系统主要面向传统二维设计和工艺数据进行管理，面对现在的三维设计数 据，其都无法满足添加三维工艺模型和工装夹具等模型的需求。（2）缺乏完整的工艺信息管理和知识共享，三维工艺设计系统无法直接获取PDM系统中的 各类资源信息数据。（3）在PDM系统内无法实现三维工

8、艺的创建、更改、审批和发放。二、三维工艺设计系统与PDM系统集成技术产品的工艺设计是制造业中最为重要的部分，特别是产品开发的早期阶段更是起着决定性 作用，而对数字化制造而言，协同产品开发是其最为重要的一环。许多企业己通过多种集成技 术改善了生产条件，获得了显著的经济效益，所以三维工艺设计系统与公司现有的PDM系统集 成应用是实现三维工艺设计在企业中成功应用的重要环节，只有实现系统间的有效集成才能将 三维工艺应用于实际的规模生产。我们采用的集成方法主要是利用公司现有PDM系统功能对三维工艺数据集进行管理，以实 现PDM系统基本的审批发放功能。具体地，通过对PDM系统客户端和服务端进行二次开发，实

9、 现三维工艺的创建和遍历，并通过对三维工艺设计系统的开发，实现三维工艺的设计。由此， 形成了三维工艺集成应用能力，实现了三维工艺的制造应用和实施。1. 总体技术方案我们自主开发的三维工艺设计系统基于西门子NX系统，在此基础上采用C#开发语言，利 用VS2010开发工具，综合应用诸如XML和ITK等技术，针对目前市面上工艺设计系统不能解决 的从三维到工艺、三维到制造的问题，重点实现三维工艺设计能力。另外，由于我公司采用西 门子TeamCenter PDM产品为底层平台，因此在其基础上采用java进行二次开发，构建了一套 适应航空发动机制造企业的工艺管理平台，突破和解决了系统开发过程中的相关核心技

10、术，较 好地解决了现代企业对工艺设计系统不断变化的难题。我们自主开发的三维工艺设计系统实现了结构化的数据与PDM系统的集成。三维工艺设计 环境总体采用传统的三层框架，分为数据库层、业务逻辑层和带有系统功能的界面层。集成总 框架如图1所示。2.集成环境组成集成后三维工艺设计环境由UI层、业务逻辑层和数据层三部分组成。（1）系统用户访问层是 UI 层，即统一用户界面层，不同的用户角色如工艺员、型号主管、 系统管理员和流程审批人员通过UI层进行业务处理。UI层包括：工艺设计和系统管理等模块。（2）系统的中间层是业务逻辑层，该层主要包括系统应用组件、系统核心组件和自定义开 发组件等几个部分。系统应用组

11、件主要根据业务需求进行数据和逻辑运算，比如，实现工艺规 程的编制、审批、归档和更改等管理。系统核心组件包括了对象定制、用户管理、系统权限控 制、业务流程审批及集成接口等。自定义开发组件主要为不断变化的企业应用提供定制功能。 这些组件构成了这个平台的基础。（3）系统底层是数据层，包括系统数据库、实时数据库和归档数据库，为业务逻辑层提供 统一数据接口。工艺设计系统通过与PDM平台集成实现工艺数据的获取，系统除拥有内置流程 管理模块外，还具备与企业其他业务流程平台的集成能力，同时系统还能为生产制造相关系统 提供数据支撑，提供完全结构化的数据。根据我公司信息化系统建设的要求，为实现众多系统间数据接口的

12、统一以及数据流向的规 范，所有制造数据都是以PDM为唯一源头输出。3. 系统集成集成后的三维工艺设计系统通过梳理现有业务系统，抽取业务流程、数据及当前业务系统 功能等信息，实现了企业内各业务系统的集成：工艺设计系统与业务流程、 PDM 实现双向集成 与ERP和质量管理系统等实现单向数据传递。系统间集成框架如图2所示。乂 Mb.上首气j_MfsrT帝耳口国曇甘吐園圜羁匿(fri II |:a ffi | ； HI *1 r- :迪丨I LgJ I氐血11 ayI 竹自lx I I idsHKE I | 工片逼 备思 Lj迅_血号曜J空甘浚 .蓝I.預I 唸”空I 嘉黑卜+宅歹云住产品址厲君碍机斑

13、戸的（1）系统集成后的工作流程由工艺员在Teamcenter下自行创建机加工艺结构树，即在工 艺节点下创建多个工序节点，并填写工艺与工序的相关文本，与现有工艺管理模式保持一致。 其中，机加工艺节点下有UGMaster,其中存放的是工艺的设计模型，由此启动NX Manager。（2）新建工艺。由用户在Teamcenter中创建出完整的工艺结构树（包括总工艺、机加 工艺、工序、工步及子工步）（图3）。用户双击机加工艺节点【附件】下的UGMASTER启动 NX Manager，然后点击NX Manager菜单栏上的【工艺辅助设计系统】，系统将启动三维工艺设 计系统。按Teamcenter中的工艺树结

14、构在NX Manager装配导航器上生成一个相同结构的装 配树，且每个组件节点模型中为空（图4）。读取装配树上的节点信息，包括工序号、ID、 版本、工序名称和节点类型，通过判断属性” DB_PART_TYPE”=”MEProcess ”在三维工艺设计 系统中选择“工艺模型”面板，对应生成工艺三维模型树（图5） 。 在不修改工艺结构树的 情况下，在三维工艺设计系统中建立三维工序模型、利用三维工艺设计系统所提供的工具维护 WAVE关系（图6）。在三维工艺设计系统新建余量图或辅助模型的步骤为：在三维工艺设计 系统中的【辅助模型】节点上右击选择【新建辅助模型】，或者在【余量图】节点上右击选择 【新建余

15、量图】，则系统会弹出如图7所示的对话框，用户可指派ID编号和版本号，并给出零 件组名（节点名称）为“辅助模型+XXX”或者“余量图+XXX”的格式，在NX Manager装配树上 新加一个对应的节点，节点模型为空，如图8所示；与此同时，将新加的节点映射到三维工艺 设计系统的模型树上，接下来进行导入等其他编辑操作，如图9所示。模型编辑完成后，点 击三维工艺设计系统提供的保存按钮，将工艺保存到Teamcenter上。在Teamcenter上生成 与工序同级的节点，如图10所示。配置NX Manager用户默认设置，保存三维模型时自动生成 JT。具体操作过程（该过程每台计算机只需在初次使用时设置）为

16、：选择菜单栏上的【文件】 一【实用工具】一【用户默认设置】，系统会弹出如图11所示的对话框，用户只需在对话框左 侧的树上选择“JT文件”，然后在右侧的【导出选项】下“保存JT数据”前面的方框打勾， 系统在保存prt文件的时候将自动生成JT文件并上传到Teamcenter保存，与UGMASTER平级存 放（图11、图12和图13）。(3 )在Teamcenter中编辑三维工艺。 用户在Teamcenter上选中所要编辑的工艺并 发送到制造工艺规划器。双击机加工艺节点【附件】下的UGMASTER启动NX Manager，然后 点击NX Manager菜单栏上的【工艺辅助设计系统】。按Teamcenter中的工艺树结构在NX Manager装配导航器上生成一个相同结构的装配树，每个组件节