三维工程应用平台-Inte3D三维装配工艺介绍

　　随着智能制造以及工业4.0概念的提出，产品制造方式逐渐向智能化、数字化、信息化的方向发展，产品的复杂程度也越来越高。企业对高端装备以及智能装备的需求更加迫切。对于装备制造企业，则面临着巨大的时间周期、质量、成本压力。产品装配作为高端装备研制最后一个环节，同时也是最重要的环节。与装配相关的时间占整个产品生产时间的50%。因此，产品的装配规划以及工艺设计对企业制造效率提高具有重要的意义，对智能制造的发展具有促进作用。

　　目前企业的装配规划采用制造工程图与工艺卡片文件，通过工艺卡片并采用自然语言文字来描述产品的装配工艺。工艺人员、检测人员根据卡片内容来进行装配指导与检查。对于复杂产品，整个装配制造环节需要翻阅大量的工艺卡片、图纸，同时还会出现错装、漏装，影响装配质量，难以描述产品的并行工艺。装配过程可视化程度低，装配精度、装配效率低下、产品性能得不到保障。

　　针对目前装配工艺现状，结合企业信息化以及智能制造的需要，天喻软件发布了《三维工程应用平台-Inte3D 三维工艺》软件，采用先进的数字化样机技术解决三维可视化装配工艺规划问题，在虚拟制造技术基础上实现三维可视化装配及仿真，可以对产品的可装配性、可拆卸性、可维修性进行分析，同时可以对产品的装配顺序、装配路径进行规划，对产品的装配精度、装配性能进行仿真、优化、分析，有效减少产品实际装配次数、提高产品的装配效率和装配质量，加快产品的上线速度，提升企业的生产效率。

一、 天喻三维装配工艺规划系统概述

　　天喻三维装配工艺规划系统（Inte3D 三维装配）是基于三维轻量化模型的基础上来进行可视化工艺设计。系统可以直接读取主流的三维模型数据，充分利用原始设计模型中的信息，可对三维模型的产品结构进行管理，通过交互的方式来定义产品的装配工序以及工序中的零件组成。对工序中的零部件在三维空间中进行路径规划，同时利用工装设备来模拟产品的实际装配场景，仿真整个装配过程，分析比较产品装配工艺的可行性。系统直接利用三维工艺来指导车间的三维装配制造，也可以输出二维工艺编制文件来进行辅助描述。利用该系统可以高效、直观的完成产品的装配工作，提高产品的装配质量、降低装配时间和成本。

　　Inte3D三维装配不仅是可作为一个独立的三维装配设计工具使用，还提供一体化的集成解决方案，实现与各种管理系统的集成与信息共享包括企业的PDM、PLM系统或者工艺管理系统，可从管理系统中获取三维模型，进行产品三维工艺设计，设计结果可以直接输入到工艺管理系统，并发布到车间MES系统，推送到车间加工工位，实现从设计、工艺、制造三者之间的无缝衔接。Inte3DCAPP在产品设计到制造环节中与上下游数据的关系如下：

　　　　　　　　　　　　　　图1 Inte3D三维装配工艺与上下游数据之间的关系

二、 Inte3DCAPP 核心技术介绍

　　1. 轻量化模型转换接口

　　Inte3DCAPP集成了三维数据转换接口，可以直接转换主流三维CAD模型数据，包括产品结构、零部件属性以及PMI信息等数据，实现三维模型数据的轻量化，奠定了快速三维工艺设计的基础。在轻量化模型的基础上，Inte3D三维装配对超大规模的三维模型装配、设计、显示等效率将大幅提升，支持复杂的高端装备的装配工艺规划、工艺仿真。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图2 轻量化模型转换接口

　　2. 三维装配工序规划

　　Inte3D装配在三维可视化的环境下进行产品装配工序规划，在产品的三维设计结构基础上，根据企业现有的制造能力，来制定产品的装配工序，形成完整的三维装配结构。针对每个装配工序，指定工序中装配所需零部件，以及该工序中用到的工艺装备、资源等。并填写工序中的装配参数信息如装配内容、注意事项、装配检查要求等，企业也可以根据自身的需要来对属性内容进行自定义配置。通过Inte3D三维装配工艺可以清楚直观的表达出整个产品的装配过程。如下图3所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图3 三维装配工序规划

　　3. 装配路径规划与装配活动

　　装配工序定义完成后，针对每个装配工序，Inte3D装配工艺基于拆卸的方式来对工序中零部件进行路径规划，生成零部件的运动轨迹，并采用平移、旋转、螺旋等多种运动方式来模拟真实的装配场景，形象生动的表达产品的装配过程。Inte3D装配还提供一些标准的装配活动来进行辅助描述，如视角活动、闪烁活动、变形活动、颜色透明变化活动等。针对每个工序中装配活动，Inte3D装配还可以提供装配活动顺序的调整，从而实现一些复杂产品的并行运动。如下图4所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　图4装配路径规划与装配活动

　　4. 设备工装仿真

　　针对装配工序中需要用到的设备工装等资源，Inte3D 三维装配一方面可以利用天喻三维资源库中的标准资源，快速添加，如大型的车床、铣床、拆卸的扳手、榔头、螺丝刀、测量调平用的游标卡尺、千分尺、百分表等；也可以直接添加本地的装配资源，对其进行装配工艺仿真。标准的工具设备中不仅定义了相关的三维模型，还在系统中默认定义了参数化的仿真活动，用户可通过对活动相关参数的修改，快速实现这些工具的仿真及分析，及早的进行工装设计与制造，加快制造进度。标准工具的使用，如下图5所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5 设备工装仿真

　　5. 装配工艺验证与干涉检查

　　在产品三维装配工艺设计过程中，可以检查并验证当前装配工艺的可行性。Inte3D装配可以对零部件、资源对象进行干涉检查，能够快速验证当前的装配活动是否合理。Inte3D中干涉检查可以分为两类，静态干涉检查和动态干涉检查。静态干涉检查是零部件静止时的干涉检查，动态干涉检查是在零部件进行路径规划过程时实时干涉检查。

　　产品装配工艺规划完成后，Inte3D三维装配通过多种方式来对产品的工艺进行仿真，主要有单活动装配仿真，单工序装配仿真和连续装配仿真，并在仿真过程中检查模型之间是否存在干涉等问题。如下图6所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　图6工艺验证与装配干涉检查

　　6. 丰富的技术图解

　　Inte3D三维装配还提供了丰富的技术图解来进行辅助描述装配工艺，如：标签、文本、序号、局部放大，BOM表格、3D轴线、路径等。采用序号标注可以对零部件进行标识、自动生成装配BOM清单。采用文本标签可以描述装配注意事项，采用局部放大可以清楚的看到零部件的装配细节。如下图7所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图7丰富多样的技术图解

　　7. 焊接工艺的表达

　　通常机械产品的生产制造过程中不仅仅是简单的装配，装配环节中还会串插着焊接工艺的表达。目前焊接工艺纯粹停留在二维的层面，常用的焊接方式主要有点焊、连续焊、钎焊、埋弧焊。Inte3D焊接仿真模块可以在三维环境下清楚的表达各种类型焊点、焊缝，并实现焊缝与焊枪的协同仿真，通过焊接活动正式再现整个焊接过程。如下图8所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　图8 焊接工艺的可视化表达

　　8. 工艺文件的输出

　　Inte3D可以输出多种样式的工艺文件，实现与各种图形、管理系统的集成，包括三维装配仿真视频、图片、集成接口、传统的二维工艺卡片等，如下图9所示：

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图9 三维工艺文件输出

　　9. 车间三维工艺终端浏览

　　Inte3D提供了独立的三维浏览控件，支持将三维工具发布到车间，直接利用三维工艺文件指导车间的生产，三维的装配工艺车间可视化模块可使工程技术人员对装配工艺理解更加透彻，避免出现错装、漏装等情况。天喻车间可视化模块采用插件的形式，可以与车间MES系统深度集成，实现对二、三维工艺文件浏览。如下图10为InteVue三维工艺终端浏览器。

　　　　　　　　　　　　　　　　　图10 车间三维可视化浏览终端

三、 企业的应用价值

　　Inte3D装配工艺是基于三维模型的基础上提出的一套全新的工艺规划系统，是数字化与三维技术的相结合。基于三维的工艺设计能给企业带来更多的应用价值，主要体现在以下几点：

　　1) 利用三维工艺设计与分析，可以提前发现工艺中存在的问题，评价工艺的可行性，避免材料工时的浪费。

　　2) 根据装配仿真动画，可以对装配工艺理解的更加透彻，避免错装和漏装，提高装配效率、提升产品质量。

　　3) 根据三维工艺中提出的工装资源的要求，可以提前进行工装设计准备，加快装配进度。

　　4) 方便与企业的各大管理系统无缝集成，实现企业装配工艺由二维向三维的快速转变。