装配工艺规划和仿真zhēn

利用yòng Tecnomatix 数字化制造解决方案及jí Teamcenter 软件提供单一来源的产品设计和制造规划信息xī，便于您显著改善产品与流程开发活动之间的协同tóng。 您能更加迅速地将产品投入市场chǎng，同时确保高质量制zhì造的成本能够得到控制。

1．业务挑战zhàn

当前大型装备制造业的产品结构普遍比较复杂zá，产品配套的零件品种和数量众多duō。如何将数量繁多duō、结构复杂的零件按规定的技术要求进行组配和连接jiē，使之成为半成品或成品的工艺过程chéng，就是装配工艺所要研究的内容róng。由于产品的复杂性xìng，导致了产品装配过程的复杂性xìng，是影响产品制造周期最主要的因素sù。产品装配在整个制造过程中zhōng，占据了很重要的地位wèi。据统计jì，产品的装配费用占整个生产成本běn30％～50％乃至更高gāo，因此以提高质量和效率lǜ、降低成本为目标biāo，对产品装配工艺进行改进和再规划huà，是增强制造业竞争力的重要环节jié。

企业要在短时间内高质量完成产品的制造任务wù，加快新产品的研制zhì，必须在设计和制造观念及手段上突破传统方法fǎ，从过去的凭经验yàn，依靠物理试验的方法转变为采用数字化仿真技术shù，采用先进的软件工具来协助设计jì、工艺人员进行装配分析xī、装配规划huà、进一步保证装配质量liàng、缩减装配周期qī。

目前在很多企业中主要依赖于二维设计手段duàn，在失去三维模型的准确性和直观性的同时shí，也使得基于三维几何模型的工艺仿真与验证过程无从谈起qǐ。主要强调工艺规划huà，缺乏基于三维几何模型的工艺规划的验证和持续改进jìn。产品的工艺设计过程主要依赖个人工作经验和空间想象力lì，导致企业对于有经验的工艺师和工人依赖性很强qiáng，经常容易发生装配干涉shè、装配顺序不合理lǐ、路径不优化等问题tí，设计结果guǒ（工艺卡片piàn）的表达方式shì也主要依赖二维表达方式，表现手段单一yī，表达方式不直观guān，手段不丰富fù，需要操作人员具有较强的读图和空间想象能力lì。从而导致现场验证成本高gāo，新产品推出周期长zhǎng，不利于企业的创新和发展zhǎn。

在目前企业已经大量使用三维设计手段的今天tiān，这种主要yào利用二维图信息来进行工艺设计的方式已经不能适应企业迅速发展的需要。现代制造企业为了提高竞争力lì，必须以最快的上市速度dù、最好的质量liàng、最低的成本和最优的服务来满足不同顾客的需求qiú。而要达到这样的de目的，在产品真正制造出来之前qián，在虚拟制造环境中以数字样机代替物理样机进行各种试验yàn，对其性能和可制造性进行预测和评价jià，从而大大缩短产品设计和制造周期qī，降低产品的开发成本běn，提高产品快速响应市场变化的能力lì。而这种虚拟制造的基础不仅仅是在产品设计过程中实现三维实体造型xíng，而且涉及基于三维实体造型的工艺规划huà、加工gōng、装配及维修等一系列过程chéng，例如基于仿真的制造过程碰撞干涉检验yàn及运动轨迹检验、材料加工成型仿真zhēn、产品虚拟装配等děng。

2. 解决方案àn

装配工艺与仿真建立于企业yèPLM平台之上shàng，由流水分工gōng、MBOM创建jiàn、结构化工艺设计jì、工艺仿真与优化huà、可视化工艺输出chū、工艺统计报表部分组成chéng，并实现各环节的数据管理lǐ，与yǔPLM系统共用制造资源库kù。系统与产品设计jì、工装设计jì、维护维修xiū、试验测试等系统实现数据共享和协同tóng，与yǔERP、MES实现系统集成chéng。

Teamcenter Manufacturing是数字化工艺的主要功能模块kuài，它建立于企业yèPLM平台táiTeamcenter之上shàng，使得工艺设计与管理成为企业yèPLM平台中的一个有机部分fēn，实现了与yǔPLM共享统一的产品数据jù，实现统一的可视化huà、更改gǎi、流程chéng、权限xiàn、文档管理lǐ，共享应用工具jù和集成工具，如下图所示shì。

基于yúTeamcenter Manufacturing的数字化工艺平台装配工艺规划所涉及的信息类型主要包括kuòEBOM、MBOM、工艺路线以及工艺规程chéng（BOP）。具体来说shuō，工艺人员以设计部门发放的de针对特定型号的EBOM（包含产品设计信息xī、结构信息xī以及零件信息）作为输入信息xī，企业的知识及以往的工艺设计经验yàn，并参考企业现有的生产组织形式shì、可利用的制造资源以及相关的工艺规范等děng，定义用于装配此产品的工艺路线xiàn。针对工艺路线里的每一道工序xù（或子工艺yì），工艺设计内容包括该工序xù（或子工艺yì）的装配方法fǎ、装配工位wèi、装配对象xiàng（中间件及消耗物料liào）及装配次序等信息xī。以此为基础chǔ，工艺路线里的设计内容得到进一步的丰富fù，包含每道工序所需的装配资源信息xī（包括设备bèi、工夹量具jù、工人技能水平等děng）、工序图tú、在制品模型xíng、测试及质量控制信息xī、装夹及测量的注意事项xiàng、材料及工时定额信息等děng。如有必要yào，可将工序细分为工步或工序前准备bèi，并进一步阐明工作内容细节jié。工艺规程经过验证及优化后hòu，以电子或纸张的形式输出为工艺卡片piàn，用于指导装配生产线上的制造工程chéng师和工人实施产品装配过程。

基于yúMBD的装配工艺仿真解决方案把装配工艺仿真放在zàiPLM环境中统一考虑lǜ，提供在zàiPLM环境下的装配工艺仿真能力lì。可以与数字化装配工艺规划结合起来lái，以方便地验证装配工艺规划的准确性xìng和合理性。

MBOM编制zhì

• 基于yúEBOM编制zhìMBOM；
• 实现xiànMBOM与yǔEBOM的关联lián；
• 实现xiànMBOM与yǔEBOM协同一致的更改和构型管理lǐ
• MBOM向xiàngERP、MES系统传递dì。
• 基于yúEBOM构建jiànMBOM       

装配工艺设计jì

• 基于与yǔEBOM关联的deMBOM编制装配工艺yì，装配件与工序对应yīng，实现按工序配料liào；
• 基于产品模型在可视化的数字环境中编制装配工艺yì，检验产品pǐn、工装和装配工艺的正确性xìng，提高装配的一次成功率lǜ，减少现场更改gǎi；
• 通过典型工艺模板和知识重用yòng，提高新产品pǐn、新型号的工艺编制效率和质量liàng；
• 建立lì3D可视化工艺表现形式shì，明确和规范操作过程chéng；
• 工艺系统与yǔERP、MES系统的集成chéng。

装配工艺规程chéng

• 开放式shì、高度客户化编辑jí、制作客户文档模版bǎn；
• 自动链接数据库中工艺文件jiàn信息到模版中形成文件，当数据库信息发生更新后hòu，可以自动刷新工艺文件jiàn；
• 包含产品pǐnPMI、GD&T和工艺仿真信息于一身的高度可视化工艺文档dàng。

装配模拟验证zhèng

• 在复杂产品的装配过程中zhōng，用户经常会面临如下挑战zhàn：
• 零件装配发生干涉装不上shàng；
• 装配顺序有问题tí；
• 工装夹具发生干涉不可用yòng；
• 复杂夹具的运动动作有错误wù；
• 工具jù、设备与工艺环境有冲突tū；
• 人工装配不可行xíng。

因此对产品装配工艺进行仿真以提高质量和效率lǜ、降低成本为目标的虚拟仿真zhēn，是增强企业竞争力的重要环节jié。装配工艺仿真可缩短产品的生产周期qī、降低成本běn、提高质量liàng。为了应对这些挑战zhàn，企业应利用其结构化的知识积累以及可重用的产品和资源三维模型xíng，在制造过程chéng早期仿真验证产品的制造过程，利用虚拟仿真技术shù，高效而且几乎自动地进行大量的验yàn证试验，以确保生产得以进行xíng。

基于yúMBD数字化装配工艺仿真解决方案把装配工艺仿真放在zàiPLM环境中统一考虑lǜ，提供在zàiPLM环境下的装配工艺仿真能力lì。可以与数字化装配工艺规划结合起来lái，以方便地验证装配工艺规划的准确性xìng和合理性。PLM环境下的装配工艺仿真能力具有以下特点diǎn：

• 装配工艺仿真所使用的数据处于系统管理之中zhōng；
• 装配工艺仿真所使用的数据能方便地从装配工艺规划中直接读取qǔ；
• 能够适应制造过程中大数据量的需要yào；
• 装配仿真能力lì，装配pèi，运动和人因分析的统一模型和统一环境jìng；
• 装配工艺仿真能力包含以下三个内容róng：三维动态装配过程仿真zhēn，人因工程仿真zhēn和机械运动仿真。

三维动态装配过程仿真zhēn

西门子工业软件的数字化装配过程仿真提供了先进的工具和手段duàn，它给工艺人员提供了一个三维的虚拟制造环境来验证和评价我们的装配制造过程和装配制造方法fǎ。在此环境下xià，设计人员和工艺人员可同步进行装配工艺研究jiū，评价装zhuāng配的工装，设备bèi，人员等影响下的装配工艺和装配方法fǎ，检验装配过程是否存在错误wù，零件装配时是否存在碰撞zhuàng。它把产品pǐn，资源和工艺操作结合起来lái，来分析产品装配的顺序和工序的流程chéng，并且在这装配制造模型下进行装配工装的验证zhèng，仿真夹具的动作zuò，仿真产品的装配流程chéng，验证产品装配的工艺性xìng，达到尽早发现问题tí，解决问题的de目的。

工艺规划人员在装配工艺仿真中可以在产品开发的早期仿真装配过程chéng，验证产品的工艺性xìng，获得完善的制造规划huà。交互式或自动地建立装配路径jìng，动态分析装配干涉情况kuàng，确定最优装配和拆卸操作顺序xù，仿真和优化产品装配的操作过程chéng。甘特图和顺序表有助于考察装配的可行性和约束条件jiàn。运用这一分析工具jù，用户可以计算零件间的距离并可以专门研究装配路径上有问题的区域yù。在整个过程中zhōng，系统可以加亮干涉区qū，显示零件jiàn装配过程中可能实际发生的事件。用户也可以建立线框或实体的截面以便更细致地观察装配的空间情况kuàng，帮助用户分析装配过程并检测可能产生的错误wù。

装配过程中zhōng，更多的装配问题与现场的装配环境相关guān。所以动态装zhuāng配过程仿真在复杂的工装、夹具jù、设备环境下对复杂的零部件的装配更能发挥作用yòng。下图是对复杂的型架和夹具所做的三维动态装配仿真zhēn。以便在工装夹具在投入制造以前qián，对工装夹具的可行性进行评估gū。

人因工程仿真zhēn

人因工程仿真能用来解决下图提出的一些问题tí（如rú：人机交互时候的可视shì、可达与可装配性等装配工艺可行性问题tí），此外还能应用在产品的维修领域和对工时定额的研究方面miàn。

人因工程仿真能详细评估人体在特定的工作环境下的一些行为表现xiàn，如动作的时间评估gū、工作姿态好坏的评估gū、疲劳强度的评估等děng。可快速的分析人体可触及范围wéi，分析人体视野yě，从而来分析装配时人体的可操作性xìng和装配操作的可达性。还可以分析人体最大或最佳的触手工作范围wéi， 帮助改善工位设计jì。能进行动作时间分析xī，系统支持chíMTM-1/2工时定额评估标准来达到工位能力的平衡héng。简化工作及提高效率lǜ。系统提供多种人体建模模型标准zhǔn，以及人因评价标准zhǔn，具有完善的评价体系和更为柔性的动作仿真功能néng。下图是具体应用实例lì。

机械运动仿真zhēn

机械运动仿真可对装配过程中的运动资源yuán，如夹具的动作zuò，零件的搬运yùn，设备的动作等进行模拟nǐ，用以检查在运动资源的运动过程中是否会发生碰撞zhuàng，研究运动动作的协调和配合hé，研究整个过程的操作时间jiān。特别对复杂的机械设备bèi，如机器人等děng，可仿真其运动轨迹jì，检查资源的可用性xìng。机械运动仿真包含了机械运动定义的功能néng，支持反向运动求解算法fǎ，能自动计算运动构件的联动效果guǒ。具有运动分析快速sù，灵活huó，使用方便的特点diǎn。下图是在航天飞机外太空运行中大型机器人设备安装仿真zhēn。

3．价值定位wèi

基于yúMBD数字化制造系统中装配工艺仿真装配为改进产品装配制造过程提供了一个全新的方法和手段duàn，来研究产品的可装配性分析xī、装配工艺的优化huà，装配质量的控制zhì，装配工装的验证zhèng，以得到保证产品质量liàng，缩短产品生产周期的de目的。

• 通过在早期检测和沟通产品设计问题tí，降低了工程变更的数量和成本běn；
• 通过早期的虚拟验证zhèng，减少了存在的问题tí，减少车间安装zhuāng， 调试和量产的时间jiān；
• 通过人因仿真确保了人体操作的合理性xìng和安全性，提高了装配的可行性xìng；
• 提高制造资源的利用率lǜ，降低了成本běn；
• 减少了工装夹具的更改gǎi，降低了工装夹具的制造成本běn；
• 通过仿真多个制造场景jǐng，使生产风险减小xiǎo；
• 实现并行工程chéng，装配工艺仿真可以与产品设计同步进行xíng；
• 降低制造成本běn；
• 提高产品的制造质量liàng。
• 基于yúMBD的装配工艺基于设计模型进行工艺规划huà
• 装配工艺仿真所使用的数据处于系统管理之中zhōng
• 装配工艺仿真所使用的数据能方便地从装配工艺规划中直接读取qǔ
• 装配工艺仿真软件与yǔCAD软件jiàn，PDM软件jiàn，工艺管理软件在数据上保持一致zhì
• 能够适应制造过程中大数据量的需要yào
• 装配仿真能力lì，装配pèi，运动和人因分析的统一模型和统一环境jìng