電子裝備三維工藝數據發放技術研究

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設計中心，安徽 合肥 230088)

(4.安徽省技術標準創新基地，安徽 合肥 230088)

三維工藝是目前電子行業的研究熱點，旨在以三維模型為載體實現信息的存儲和傳遞，消除大量三維轉二維環節，打通設計—工藝—制造全流程數字信息鏈路，顯著縮短產品研制周期。傳統二維制造模式逐漸被制造業舍棄，取而代之的是全三維的制造模式[1]。三維工藝技術是數字化技術的延伸，是實現產品制造過程數字化的手段，涉及到多種信息系統，如產品數據管理(PDM)、企業資源計劃(ERP)和制造執行系統(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的線纜裝配工藝規劃系統關鍵技術研究，實現了線纜快速建模、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系統的調用；建立了有效的數字量傳遞機制，將產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，電子行業的企業在應用三維工藝設計技術時，工具軟件繁多，產生的工藝數據、發布至下游的技術和手段也不盡相同，導致現場發放應用存在不足，合理的發放形式和經驗無法共享。與二維工程圖相比，以三維工藝模型為主的工藝數據之間存在非常高的依存度、結構性和關聯性，如何將三維工藝數據與已有業務流程和信息系統結合，實現三維工藝數據的有效集成，達到三維工藝數據到車間現場的數據貫通，是亟待解決的問題。

1 發放技術研究

1.1 發放模式

1)發放流程。

三維工藝發放系統將根據用戶需求選擇發送輕量化模型或者原三維模型到車間生產現場。按需發放加工制造、數控編程和數字化檢測等環節所需的信息，確認發放內容、版本、發放形式和接收對象等信息。發放前應按照規定履行審批手續，經審批同意后方可發放。設置不同的發放權限和使用權限，確認工藝數據的有效性，發放后的任何變動都需按規定辦理更改手續，并進行重新三維工藝設計，生成新版本的三維工藝數據。重新發放時，應確認發放的版本，并提出申請，經批準后方可再次發放新版本數據，對重新發放的狀態進行記錄，并通知相關用戶，保證用戶及時更新版本數據。支持對數據發放過程的管理和查詢，包括發放時間、成功狀態等信息。采用離線發放和紙介質發放產生的信息載體，進行統一受控管理，保證發放信息完整，無冗余，無與下游相關用戶無關的信息。三維工藝數據發放模式及流程如圖1所示。

圖1 三維工藝數據發放模式及流程

2)發放管理。

考慮到模型三維化、信息結構化和數據同源化的要求，針對三維模型的不同應用需求，需確認發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、整機工藝等產品結構層級發放，也能夠按照機加工藝、鈑金工藝、機械裝配工藝、電子裝聯工藝等專業類型發放。通過工藝物料清單(PBOM)結構發放，默認情況下，父級結構一旦發放，子級結構也應關聯發放，并保證發放數據的可繼承性和一致性。通過系統集成，實現工藝路線、物料數據、材料定額和工時定額等信息的無縫傳遞。

圖2 三維工藝數據管理

1.2 發放內容

工藝數據發放內容應包括工藝總方案、PBOM等，常見工藝數據的發放包含(但不限于)以下內容：1)機加工藝數據發放，包括工藝路線、機加工藝模型、機加工序模型、數控加工系統模型、工裝模型、數控程序、技術要求和管理技術信息等；2)鈑金工藝數據發放，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)機械裝配工藝數據發放，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)電子裝聯工藝數據發放，包括BOM信息，工藝路線、接線表，元器件明細表、電子裝聯工藝模型、技術要求等；5)三維布線工藝數據發放，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、線纜狀態參數(轉彎半徑、綁扎間距、線纜間距)等。

1.3 發放要求

1)模型三維化。

發放的工藝數據繼承三維模型及模型上的保存視圖、標注、分解狀態、動畫以及簡化狀態、尺寸公差、剖切面等內容，在工藝文件發放審簽過程中和制造車間現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，與工藝規程中工序、工步節點關聯，并被數控加工設備、數字化檢測設備直接調用。針對數字化檢測需求，發放數字化檢測系統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。針對數控編程要求，發放計算機輔助制造(CAM)系統支持的三維模型，包括數控加工工序的三維工序模型、產品的設計模型等。

圖3 輕量化三維模型的存儲

2)信息結構化。

對發放的工藝數據進行結構化存儲和組織，即以工藝路線為核心，將工藝數據進行關聯組織，如工藝節點對應狀態的輕量化模型文件信息等；發放的工藝數據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據對象以樹形結構進行存儲，信息之間的關聯屬性將在XML樹節點中得到體現，并形成一個層層嵌套的樹狀結構來表達工藝信息數據之間的關系[3]。以數據庫形式表達的工藝數據，可通過數據庫表、視圖等方式生成制造資源統計表、定額統計表等數據庫數據。數據庫通常用于ERP、PDM等信息系統中，對產品數據進行統一存儲和管理，能夠對發放后的工藝數據進行信息提取，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、工藝狀態表、工藝分工表、熱處理/表面處理/關重件零件清單和材料統計表等。

圖4 結構化工藝信息

3)數據同源化。

保證數據的一致性、同源性和可繼承性，即對存儲于不同介質(不同數據庫)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，保證數據源頭的唯一性；對信息的復制、鏡像操作后形成的數據，保證與源數據之間的關聯映射關系，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。采用不同的發放形式，均應要求發放信息與所存儲的結構化信息之間的一致性。對不同系統中的信息交換，應設置訪問權限和信息同步機制，保證數據版本及內容的一致性。

圖5 工藝資源信息存儲及同步

1.4 發放形式

1)在線發放。

通過企業互聯網/局域網等渠道在線發放，實現基于網絡瀏覽器的工藝數據在線閱讀。隨MES系統下發的任務計劃一起，將數字化工藝規程URL鏈接地址推送至生產現場的接收對象，包括設備、工站、工位、人員等。根據不同的工藝類型和數據，展示不同的數字化工藝規程，能夠查看交互的三維模型、裝配動畫，靜態電子文件、工藝附件文件(如電路原理圖、數控程序、操作指導書等)、采用表格或樹狀等形式展示的工藝信息(如工藝規程、設備資源、裝配零部件明細表、工序內容、工藝參數等)等工藝數據。工藝規程中的工序/工步節點應與三維工序/工步模型、結構化屬性信息同步關聯，如數控程序與數控加工設備信息、數控加工工序、工序模型的關聯，裝配仿真動畫文件與工序節點、工序模型、保存視圖及簡化狀態的關聯，并支持查看審簽的狀態信息、數據版本標識等信息，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 數字化工藝規程及附件

2)離線發放。

與三維工藝設計管理系統物理隔離，不具備在線閱讀三維工藝數據的加工現場可進行離線發放。以完整的離線三維工藝數據包的形式呈現，包含全部工藝數據信息，如網頁版數據文件。離線三維工藝數據格式包含(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。離線三維工藝數據包應根據用戶要求，在辦理申請和審批手續后，通過儲存介質和其他網絡發放給用戶。采用HTML格式發放的網頁版離線三維工藝數據包，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)紙介質發放。

①數字化工藝規程打印輸出。

若數字化工藝規程滿足要求，則直接由網頁打印輸出；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據發放技術的研究，確立了合理的三維工藝數據發放內容、發放形式和發放要求。通過開發三維工藝設計平臺及發放系統，可實現對三維工藝設計結果的管理以及三維工藝數據向下游環節的發放，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品的設計意圖、方法和過程，在提高實際生產效率的同時也促進了三維工藝在實際工程中的應用。