基于超級BOM的自動裝配建模技術實踐應用

陳世平

(貴州航天電器股份有限公司，貴州貴陽，550009)

1 引言

超級BOM是在傳統物料清單(Bill of Material, BOM)的基礎上，利用一個統一的BOM結構樹表達產品的所有變型，并使用制約條件、互斥條件、關聯條件、選項條件等對BOM結構樹進行配置管理，從而實現根據用戶需求和功能條件等選配出具體的產品型號的BOM管理方法[1～3]。針對電連接器產品系列化程度高、品種規格齊全、批量小及客戶化定制快速響應等特點，采用超級BOM的管理方式可以最大限度降低產品BOM數據量和BOM維護工作量。但超級BOM是由一個龐大的結構樹組成，表達的是一個產品系列，無法直觀展示具體產品型號的三維模裝效果。

本研究基于西門子產品全生命周期管理平臺TC(Team center)及三維設計軟件NX(Unigraphics NX),在TC系統中，對系列化電連接器產品進行模塊化設計、超級BOM搭建、變量規則配置等實現超級BOM的管理方式；同時，使用VS2012作為開發工具，采用UGOPEN/API、NXOPEN的開發方式對NX軟件進行二次開發，實現了定義裝配信息、讀取裝配信息及自動裝配建模功能。最終，在TC和NX的無縫集成環境下，實現根據產品型號自動選配產品BOM，并快速完成該產品三維裝配建模，呈現具體產品型號的三維模裝效果，從而保障產品BOM數據和設計信息的準確性，全面提升設計研發效率。

2 超級BOM的設計

2.1 產品模塊化設計及BOM搭建

模塊化設計是應用超級BOM的前提。本文以GJB599系列電連接器為研究對象，該系列產品結構層次如圖1所示，可分為外殼合件、基座合件、接觸件3大主模塊，以及裝配過程中添加的輔料、產品配套的附件等模塊，各模塊組合在一起便形成一個具體的產品。

在TC系統結構管理器中按圖1所示，以模塊為單位組織搭建超級BOM結構樹。BOM結構樹根節點為產品平臺，產品平臺是一個完整的產品結構，包含該系列產品所有可能的零部件。下一節點表示每個模塊的虛擬組件，圖1中的“外殼合件”就是一個虛擬組件，虛擬組件下包含該模塊所有具體的零部件，如“09號26型F類外殼合件N鍵位”是外殼合件模塊中一個具體部件,“22D插針”是接觸件模塊中的一個具體零件，虛擬組件在選配出具體產品型號后會自動隱藏。在結構樹中依次完成基座合件、接觸件、附件、輔料等模塊的搭建，形成GJB599系列產品的全BOM結構樹。

通過超級BOM的管理方式，可將BOM的數據量由選項的乘積變為選項的加和，從而極大減少BOM的數據量，同時維護該系列產品的BOM結構轉變成維護各模塊下具體的部件，如果接觸件增加一種規格，僅需在接觸件模塊下添加設計好的接觸件，并定義選配規則即可。

圖1 GJB599系列電連接器BOM結構樹

2.2 變量配置

當BOM本體結構中的零部件的某個屬性具有多個選項時，可以將該屬性視為變量，按照該變量取值不同來確定具體的BOM本體結構，稱為變量配置[4]。變量配置的結果是賦予每個模塊下具體零部件的選配規則，從而實現根據產品型號選配及過濾超級BOM結構樹，得到具體的產品BOM，如圖2所示。

圖2 變量選配過濾示意圖

選項是描述產品基本特征的單元，通過選項的組合可以完整定義一個具體的產品，GJB599電連接器的選項包括殼體型別、表面處理、殼體號、孔位排列、接觸件類別、鍵位和標識8類，各選項均有可選擇的值。如殼體型別選項對應的值有“20-墻式方形法蘭盤插座”、“26-直式插頭”等；表面處理選項對應的值有“F-化學鍍鎳”、“K”不銹鋼鈍化等；殼體號選項對應的值有“A-09號”、“B-11號”等9種規格；孔位排列選項對應的值有“35”、“98”排列等。不同的選項值組合起來可以唯一確定具體的零組件，選項值的組合就是變量條件，例如，基座合件模塊中的“9-35P基座合件”的變量條件為“殼體號=A-09號 and 孔位排列=35and 接觸件類別=P-壓接式插針”，該變量條件完整的描述了09-35P基座合件的所有特性。將所有的變量條件添加完畢，主管設計就可以通過超級BOM選配出具體的產品BOM。

3 自動裝配建模

3.1 自動裝配建模開發思路

自動裝配建模的開發思路如圖3所示。自動裝配原理是讀取三維模型中預先定義的裝配關系，并實現該裝配關系。因此，自動裝配建模開發由裝配關系定義、讀取及實現裝配關系兩部分內容組成。

正確的裝配關系定義是自動裝配建模成功的關鍵，裝配關系定義需要分別定義工具零件和目標零件，工具零件是裝配過程中的基體零件，需要在工具零件中選取或添加約束對象，約束對象可以是坐標系、圓弧、平面或中心軸，然后定義約束類型，約束類型有對齊、接觸、同軸、同心等，最后指定目標零件及約束目標對象。目標零件是工具零件約束的目標對象，首先，需要對目標零件進行標識，即賦予目標零件一個可以識別的屬性值，然后在目標零件中選取或添加約束對象，約束對象可以是坐標系、圓弧、平面或中心軸，并標識該對象。

預先定義好的零部件添加到NX軟件中，使用自動裝配工具，首先搜索工作部件中的工具零件和目標零件，并讀取工具零件中的約束對象和目標零件中的約束對象，然后根據約束類型完成裝配約束。當工具零件和目標零件具有多個數量時，系統將自動對工具零件和目標零件進行編號，實現一對一約束，防止裝配錯亂。

圖3 自動裝配建模開發流程圖

3.2 裝配關系的定義

裝配關系定義是針對系列化電連接器中有裝配關系的零件模板預先設定約束關系，其他系列化零件均由該模板文件重用生成，可以自動繼承定義好的約束關系。GJB599系列電連接器產品采用模塊化設計，主要由外殼合件、基座合件、接觸件3個模塊組成，如圖4所示。對產品裝配關系進行分析可知，要完成裝配關系的全定義，只需將基座合件中的上基座和外殼合件中的外殼、接觸件和基座合件中的撐簧圈進行約束即可。因此零件模板選擇外殼、上基座、撐簧圈和接觸件，其中工具零件是外殼和撐簧圈，目標零件是上基座和接觸件。

圖4 GJB599系列電連接器模塊劃分示意

外殼作為工具零件，需要和基座合件中的上基座進行約束，約束對象選擇在合適位置新建一個坐標系，約束類型選擇“對齊”約束，工具部件標識值為“基座”，目標對象名稱為“基座坐標系”，如圖5所示。上基座作為目標零件，約束對象同樣選擇在合適位置建立一個坐標系，用于和外殼中建立的坐標系進行“對

圖5 工具零件裝配關系定義

圖6 目標零件裝配關系定義

齊”約束，然后在上基座屬性中添加“基座”屬性對工具部件進行標識，并對約束對象坐標系命名為“基座坐標系”，如圖6所示。撐簧圈和接觸件的裝配關系定義按照上述方法進行。

3.3 基于超級BOM的自動裝配建模應用場景

在TC系統中，根據產品型號配置變量條件，如變量條件為“殼體型別=26、表面處理=F、殼體號=B孔位排列=35、接觸件類別=P、鍵位=N、標識=無”，應用后便可過濾超級BOM生成對應產品型號的訂單BOM ，如圖7所示。

將選配后具體產品型號的BOM加載到NX軟件中，運行“自動約束”命令，即可提取工作部件中所有定義好的裝配關系，運行后即可一鍵完成產品所有的裝配過程，得到具體型號產品的三維裝配模型。

圖7 超級BOM選配

圖8 自動裝配過程

5 總結

電連接器產品具有系列化、多品種、小批量、客戶化定制程度高等特點，在TC系統中通過超級BOM的管理方式，可以提高產品模塊化、標準化、通用化水平，減少BOM數據量和BOM維護工作量。同時，對NX軟件進行二次開發，實現了定義裝配信息、讀取裝配信息及自動裝配建模功能，一次創建，多次、多點重復利用，提高了裝配建模效率。最終，在TC和NX的無縫集成環境下，實現根據產品型號自動選配產品BOM，并快速完成該產品三維裝配建模，呈現具體產品型號的三維模裝效果，從而保障產品BOM數據和設計信息的準確性，全面提升設計研發效率。