利用Teamcenter實(shí)現(xiàn)三維工藝的設(shè)計(jì)技術(shù)

1、利用Teamcenter實(shí)現(xiàn)三維工藝設(shè)計(jì)技術(shù)2012-02-01分享此文（0）人本文提出了一種利用Teamcenter實(shí)現(xiàn)基于三維中間工序模型的新型工藝設(shè)計(jì)模式，即以設(shè)計(jì)BOM 為核心，工藝知識(shí)和資源庫(kù)為基礎(chǔ)，圍繞3PR結(jié)構(gòu)化工藝建立繼承設(shè)計(jì)模型和制造信息的中間工序模型， 并用數(shù)字化動(dòng)態(tài)出版的三維可視化形式給予工藝生產(chǎn)指導(dǎo)。Teamcenter作為全球領(lǐng)先的PLM （產(chǎn)品全生命周期管理）軟件，20多年來(lái)與中國(guó) 的制造型企業(yè)風(fēng)雨同舟，一起成長(zhǎng)。很多大型企業(yè)如裝備制造業(yè)，在設(shè)計(jì)部門或者研發(fā)部門 已經(jīng)成功地部署了三維軟件（NX）和PLM平臺(tái)（Teamcenter），實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化設(shè)計(jì)，并 享受到了信息

2、化帶來(lái)的成就感；但另一方面，企業(yè)在進(jìn)行工藝和生產(chǎn)時(shí)，有很多因素嚴(yán)重制 約企業(yè)生產(chǎn)效益和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，成為亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。企業(yè)內(nèi)部普遍的工藝現(xiàn)狀（1）設(shè)計(jì)和工藝不共享平臺(tái)，無(wú)法協(xié)同、并行。由于工藝和設(shè)計(jì)不在同一平臺(tái)上，沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，EBOM （設(shè)計(jì)BOM）無(wú)法自 動(dòng)繼承，數(shù)據(jù)需要轉(zhuǎn)化，工藝只能被動(dòng)等待，無(wú)法盡早進(jìn)入到產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段和避免出現(xiàn)設(shè)計(jì) 出來(lái)的東西無(wú)法生產(chǎn)的尷尬局面，即所謂的部門間“信息孤島”現(xiàn)象依然存在。（2）工藝設(shè)計(jì)手段落后。工藝處理的還是二維數(shù)據(jù)，在研發(fā)階段三維大行其道的形勢(shì)下，傳統(tǒng)的二維模式下的 工藝已成功完成了它的歷史使命，需要與時(shí)俱進(jìn)，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化工藝編制方法。（3

3、）缺乏完整的工藝信息管理。工藝信息最常見的管理方式，主要通過(guò)文件和數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)。有時(shí)候是部分文件、部分 數(shù)據(jù)庫(kù)，也有全文件、全數(shù)據(jù)庫(kù)，比較混亂，數(shù)據(jù)的完整性比較差；數(shù)據(jù)的保密和安全沒有 保障；數(shù)據(jù)追溯性差，沒有版本控制；工藝文檔查詢比較困難、費(fèi)時(shí)。（4）缺乏工藝資源管理和知識(shí)共享。企業(yè)的各種工藝資源是一筆不可多得的財(cái)富，如工藝裝備庫(kù)、設(shè)備庫(kù)等，可以進(jìn)行資 源重用，從而提高效率，降低成本，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量。工藝設(shè)計(jì)是典型的復(fù)雜問(wèn)題，涉及到的信息量和知識(shí)量相當(dāng)龐大。因此非常有必要積 累或者總結(jié)提煉典型、復(fù)雜零件的工藝經(jīng)驗(yàn)，形成工藝知識(shí)庫(kù)，如工藝方法、工藝術(shù)語(yǔ)、典 型工藝等，促進(jìn)工藝知識(shí)的轉(zhuǎn)化與再利用。針

4、對(duì)以上現(xiàn)狀與問(wèn)題（當(dāng)然不止這些），在實(shí)施中結(jié)合Teamcenter制造功能進(jìn)行拓 展和開發(fā)，著重從企業(yè)設(shè)計(jì)到工藝再到生產(chǎn)的大局觀抓起，最終實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一設(shè)計(jì)和工藝平臺(tái)， 幫助企業(yè)應(yīng)用部門理通、理順數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)正確的數(shù)據(jù)，在正確的時(shí)間，以正確的方式傳遞給 正確的人。Teamcenter 概述Teamcenter是SIEMENS公司針對(duì)制造業(yè)提供的產(chǎn)品生命周期管理的解決方案，旨 在建立一個(gè)數(shù)字化生產(chǎn)環(huán)境，并管理產(chǎn)品制造所需的相關(guān)數(shù)據(jù)。成熟的CAD/PDM和ERP/MES系統(tǒng)已經(jīng)在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中得到了驗(yàn)證，但是在 CAD/PDM和ERP/MES之間缺少一個(gè)完整的解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)有效的銜接，Teamcenter

5、制造工藝管理就是基于產(chǎn)品全生命周期Teamcenter主干在這二者之間的一個(gè)有效解決方 案，是一座堅(jiān)實(shí)而有力的橋梁。Teamcenter造工藝管理解決方案不是將一些零散的應(yīng)用程序進(jìn)行簡(jiǎn)單的羅列，而是 基于一個(gè)有效的核心，針對(duì)數(shù)字模型進(jìn)行集中管理、協(xié)同和互操作，即以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 Teamcenter為平臺(tái)將產(chǎn)品、工藝、工廠和資源進(jìn)行有效的關(guān)聯(lián)，同時(shí)保證了數(shù)據(jù)的一致、 有效和重用。這個(gè)集成的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保證了快速、準(zhǔn)確而安全地存取制造信息，同時(shí)可對(duì)制造 工藝進(jìn)行可視化、分析和優(yōu)化，使生產(chǎn)企業(yè)各個(gè)部門和工作崗位間的信息流動(dòng)能夠順利得到 管理。Teamcenter方案企業(yè)實(shí)施總體框架基于筆者實(shí)施的企業(yè)設(shè)計(jì)

6、部門采用三維NX設(shè)計(jì)軟件，并成功應(yīng)用Teamcenter作為 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，考慮到從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到工藝規(guī)劃再到產(chǎn)品制造過(guò)程的密切相關(guān)和數(shù)據(jù)流、 信息流的傳承與統(tǒng)一，提出以下總體框架（圖1）。圉 1 TwmmntRrftWvn,隹炬捋在整個(gè)總體架構(gòu)中必須考慮設(shè)計(jì)與工藝之間數(shù)據(jù)的繼承，與ERP、MES的集成，在 工藝規(guī)程的編制和工藝文件的格式輸出等方面采用TeamcenterPublish輸出3D工藝。具體要點(diǎn)如下：工藝從Teamcenter中繼承和提取設(shè)計(jì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)EBOM和產(chǎn)品零組件屬性，創(chuàng)建 工藝結(jié)構(gòu)，編制工藝規(guī)程，設(shè)定或關(guān)聯(lián)與工藝/工序相關(guān)的工裝、設(shè)備、車間、產(chǎn)品等信息;依據(jù)EBOM派生出相

7、關(guān)聯(lián)的制造BOM (MBOM)，定義承制單位、協(xié)作單位、 入庫(kù)關(guān)系，生成工藝路線報(bào)表；利用TeamcenterPublish數(shù)字化動(dòng)態(tài)發(fā)布、出版3D工藝相關(guān)文件；將制造BOM (MBOM)信息中含有的工藝路線、材料定額傳遞給ERP系統(tǒng)；MES系統(tǒng)在接到ERP的生產(chǎn)計(jì)劃后，從Teamcenter中獲得相關(guān)的工藝規(guī)程數(shù)據(jù)。Teamcenter三維工藝設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)1結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)針對(duì)所實(shí)施企業(yè)統(tǒng)一 Teamcenter平臺(tái)下的設(shè)計(jì)產(chǎn)品BOM，利用其核心3PR (Product 產(chǎn)品、Process 工藝、Plant 工廠、Resource資源）理念，經(jīng)過(guò)業(yè)務(wù)需求分析，分別需要不 同的工藝類型來(lái)描

8、述對(duì)象，用總工藝類型來(lái)管理所有的子工藝類型結(jié)構(gòu)，通過(guò)BOMView 反映這個(gè)零件所完成的工藝規(guī)程，子工藝類型有：毛坯工藝、零件加工工藝、熱處理工藝、 表面處理工藝、注塑工藝、焊接工藝、沖壓工藝等，子工藝下包含工序，工序又分下料工序、 通用加工工序、數(shù)控工序和檢驗(yàn)工序等。在總工藝節(jié)點(diǎn)下創(chuàng)建子工藝節(jié)點(diǎn)，然后在子工藝節(jié)點(diǎn)下按需求創(chuàng)建加工工序節(jié)點(diǎn)，這 些工藝和工序節(jié)點(diǎn)構(gòu)建出工藝的BOP（BillofProcess,BOP）結(jié)構(gòu)。具體有2種操作方法，可以按照產(chǎn)品或者零件的特性手動(dòng)逐步創(chuàng)建工藝結(jié)構(gòu)，也可以 從工藝資源庫(kù)中選擇某類型產(chǎn)品或零件的典型工藝作為模板自動(dòng)創(chuàng)建出當(dāng)前對(duì)象的工藝 BOP結(jié)構(gòu)，然后再做個(gè)

9、別調(diào)整。根據(jù)實(shí)施企業(yè)的工廠布局，可以將工廠、車間和設(shè)備模型定義出來(lái)，通過(guò)與工廠隸屬 管理，將設(shè)備與工廠布局關(guān)聯(lián)，為設(shè)備賦予工廠布局屬性，這樣工廠結(jié)構(gòu)就可以在工藝設(shè)計(jì) 過(guò)程中被使用。將子工藝節(jié)點(diǎn)關(guān)聯(lián)工廠的車間區(qū)域，并在子工藝節(jié)點(diǎn)下的相關(guān)工序節(jié)點(diǎn)上指定工作中 心或者工段上的設(shè)備（圖2）。92工廠美聯(lián)以上描述的工藝、工序、工廠結(jié)構(gòu)模型，都有各自對(duì)應(yīng)的屬性表，用來(lái)描述其自身的 信息。通過(guò)以上設(shè)計(jì)和工藝的3PR關(guān)聯(lián)，二者之間會(huì)建立某種引用關(guān)系，無(wú)論對(duì)于設(shè)計(jì)人員 還是工藝人員，都可以通過(guò)這種關(guān)系快速、有效、準(zhǔn)確地定位到需要的對(duì)象。2中間工序模型結(jié)構(gòu)化工藝創(chuàng)建出來(lái)之后，如何有效利用設(shè)計(jì)的3D模型才是真正的關(guān)

10、鍵所在。為此 實(shí)施中提出了中間工序模型的概念。之所以將中間工序模型單獨(dú)列出來(lái)，主要原因是其對(duì)工 藝模式的創(chuàng)新有直接意義。中間工序模型是指產(chǎn)品從原材料形態(tài)到最終成品的加工過(guò)程中某 個(gè)工序?qū)?yīng)的模型。對(duì)傳統(tǒng)的工藝方式，工序面對(duì)的都是二維化圖紙，無(wú)論是加工還是審閱 理解都浪費(fèi)大量的時(shí)間，另一方面，工序?qū)?yīng)模型的不同狀態(tài)，通常是由不同的設(shè)備和人員 完成的，當(dāng)一個(gè)零件從一個(gè)工作中心到另一個(gè)工作中心時(shí)，需要顯示這種形態(tài)的變化，其對(duì) 應(yīng)的NC加工程序也是不相同的，因此利用中間工序模型來(lái)描述不同工序上零件的工序基 準(zhǔn)、加工內(nèi)容、加工要求等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)方面，計(jì)量?jī)?nèi)容、計(jì)量要求等計(jì)量方面，檢驗(yàn)內(nèi)容方面， 加工刀路仿真

11、結(jié)果及數(shù)控加工程序的執(zhí)行都起到事半功倍的作用。圖3描述了不同工序?qū)?應(yīng)的形態(tài)及具體尺寸。圖&工序模型示例零件的加工將根據(jù)實(shí)際的需求分多步工序進(jìn)行，每一工序具有其對(duì)應(yīng)的模型狀態(tài)。零 件加工各工序模型都應(yīng)與零件模型相關(guān)，以實(shí)現(xiàn)零件模型的更新能自動(dòng)傳遞到各加工工序模 型。同時(shí)各上下工序之間模型也應(yīng)保持關(guān)聯(lián)，以符合實(shí)際加工過(guò)程中毛坯模型在各工序之間 的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。在形成的工序模型上，下一步需要進(jìn)行的是產(chǎn)品制造信息(ProductManufactureInformation，PMI)的標(biāo)注，用來(lái)指導(dǎo)生產(chǎn)。當(dāng)然在實(shí)際的工程 應(yīng)用中，設(shè)計(jì)部門的PMI標(biāo)注需要傳遞給工藝部門，讓工藝部門的技術(shù)人員可以重新利用 和

12、繼承這些已經(jīng)標(biāo)注好的PMI，減少工藝編制的工作量。設(shè)計(jì)模型的PMI被傳遞到了工序 模型后，由工藝人員進(jìn)行參考和新標(biāo)注工藝信息，甲50.6是工藝人員在工序模型上標(biāo)注的 尺寸，（146.30.05） mm是設(shè)計(jì)模型PMI傳遞過(guò)來(lái)的尺寸。所有的紫紅色尺寸，工藝 人員可以根據(jù)需要選擇是否顯示，但是不能對(duì)該尺寸進(jìn)行修改（圖4）。圖4產(chǎn)品制造信息3數(shù)字化出版發(fā)布形象、鮮明的中間工序模型，如果能夠出版發(fā)布，并且能夠隨著產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的變化， 與其相關(guān)的文檔可以動(dòng)態(tài)自動(dòng)更新，勢(shì)必大大提高日常對(duì)工程文檔生成、維護(hù)的效率。利用Teamcenter的Publish可以將設(shè)計(jì)的3D模型以不同的表現(xiàn)形式體現(xiàn)出來(lái)。因 此在

13、實(shí)施中，著重從以下幾方面將動(dòng)態(tài)的3D模型形象地描述出來(lái)。（1）帶有PMI標(biāo)注（如尺寸公差等）的三維中間工序模型、爆炸圖、標(biāo)注和符號(hào)、 導(dǎo)引線、剖面等；（2）可以將出版的文件輸出到不同格式（如XML/SGML）的編輯器中（例如 FrameMaker、ArbortextEditor、XMLSpy）;（3）最終將出版物打包，供網(wǎng)頁(yè)發(fā)布瀏覽。通過(guò)捕捉數(shù)字化出版3D模型的不同狀態(tài)或標(biāo)注，所有的幾何信息會(huì)被臨時(shí)放在剪貼 板上（實(shí)際上在Teamcenter是一種獨(dú)立類型的數(shù)據(jù)集），在電子手冊(cè)創(chuàng)建時(shí)可以分別填 充到3D模型和爆炸圖顯示區(qū)，當(dāng)雙擊3D模型區(qū)時(shí)，可以調(diào)用Teamcenter瀏覽器進(jìn)行旋 轉(zhuǎn)，調(diào)整到

14、合適位置退出時(shí)，電子手冊(cè)上反映的就是最終調(diào)整的狀態(tài)。4工藝資源庫(kù)建立3D工藝處處離不開工藝資源，工藝資源庫(kù)的積累是企業(yè)不可多得的財(cái)富。在實(shí) 施中，工藝資源主要指兩部分，一部分是工藝知識(shí)庫(kù)，如典型工藝、工藝參數(shù)庫(kù)、切削參數(shù) 庫(kù)等，另一部分是底層制造資源，如設(shè)備、工裝，包括通用的和專用的。利用Teamcenter 的In-Class分類管理功能，可以提供一個(gè)高度集成化的、易于掌握和使用的軟件系統(tǒng)，使 得工藝設(shè)計(jì)人員可以在計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的幫助下對(duì)制造資源與工藝知識(shí)進(jìn)行有效管理，從而 減少工藝設(shè)計(jì)時(shí)間、增加工藝設(shè)計(jì)準(zhǔn)確性、提高設(shè)計(jì)效率。分別從以下幾點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。（1）分類的層級(jí)結(jié)構(gòu)管理。針對(duì)企業(yè)要管理的資源

15、對(duì)象，根據(jù)企業(yè)零部件、工藝資源的分類標(biāo)準(zhǔn)（比如用于產(chǎn)品 設(shè)計(jì)的零部件標(biāo)準(zhǔn)）進(jìn)行管理，或用于工藝設(shè)計(jì)的工裝夾具標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)收集整理，提煉出企 業(yè)的零部件、工藝資源分類標(biāo)準(zhǔn)，有以下幾類：制造資源庫(kù)、輔助材料庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)、典型 工藝庫(kù)和工藝知識(shí)庫(kù)，當(dāng)然每個(gè)大類下又有子類，對(duì)某個(gè)大類根據(jù)某個(gè)或幾個(gè)特性進(jìn)行細(xì)分。（2）定義每一個(gè)類別的屬性、屬性的格式及屬性的值列表。針對(duì)每一個(gè)類別，定義其屬性、屬性格式以及屬性的值列表，然后進(jìn)行匯總，生成分 類的屬性字典。在企業(yè)實(shí)施屬性定義時(shí)，根據(jù)企業(yè)各種資源的類別細(xì)則，抽象出共同的屬性， 作為父類的屬性，子類會(huì)繼承父類，避免重復(fù)。（3）繪制每一個(gè)類別的簡(jiǎn)圖。為了形象地描述

16、每一個(gè)類的零部件、工藝資源的特征，針對(duì)每一個(gè)類別繪制了其類別 簡(jiǎn)圖，通過(guò)可以管理這些簡(jiǎn)圖，方便以后進(jìn)行查詢。（4）定義權(quán)限，包括分類的權(quán)限和分類標(biāo)準(zhǔn)的權(quán)限控制。對(duì)于分類，為了避免由多人操作引起的混亂，實(shí)施時(shí)為實(shí)例分類和層級(jí)結(jié)構(gòu)的定義設(shè) 定了權(quán)限，以方便對(duì)分類管理的操作進(jìn)行控制。（5）制定分類層級(jí)結(jié)構(gòu)和實(shí)例的維護(hù)規(guī)范。分類的維護(hù)規(guī)范主要是用來(lái)規(guī)范零部件分類庫(kù)的增加、減少和變更的行為，以實(shí)現(xiàn)專 人管理避免引起混亂。最終形成的樣例見圖5。ClijEEiriCitlDli Rout=耕貧役耳2-殳工具I：除2日通州工舟I幻T 叩具M(jìn) ? A 劇=fi 五金工艮玉*假料后一 Q+ 跋囹俱0 j 演吧刀囤

17、 ，輪白*H# Ln m切有零色理塹.】-1 _iiTrwnM-定10, ,就地月點(diǎn)10tm頌的斜I 10!斤4 q卷6留利胃帆? te- DOHtettfl D 職 4 UEOMSr W度!神蛟 Q * R。域四!而號(hào)曜用留缺1有坪株.:土 偵善它0T L切剖土 10i 考咂琨fl 10-建具天修笛noT ? B工桑B6工g玉HSJ具 皿玉的耳近市任工點(diǎn)所成pi-啊通工藝某酒01E設(shè)備（01+州助利琳住* 住十裊主工川】胡真橫里峰- 二樣礎(chǔ)-己車剖叮工，州mi，M】Lln工出勤招軍即切工，皓駐蘭畋井估4immi 圖S工藝餛通堵構(gòu)結(jié)束語(yǔ)通過(guò)以上三維工藝設(shè)計(jì)的分析，本文提出了一種利用Teamcenter實(shí)現(xiàn)基于三維中間 工序模型的新型工藝設(shè)計(jì)模式，即以設(shè)計(jì)BOM為核心，工藝知識(shí)和資源庫(kù)為基礎(chǔ)，圍繞 3PR結(jié)構(gòu)化工藝建立繼承設(shè)計(jì)模型和制造信息的中間工序模型，并用數(shù)字化動(dòng)態(tài)出版的三 維可視化形式給予工藝生產(chǎn)指導(dǎo)。在