吴敬伟 朱晓哲 白锋
西安昆仑工业（集团）有限责任公司
摘要：近年来，我国在产品设计，管理和运营方面的信息化建设方面已达到了一定的水平，但制造业方面的信息化建设还相对较晚，这主要是因为数字化产品设计以及装配流程发展不平衡造成的。本文从三维装配工艺可视化的关键技术、核心技术及三维装配工艺的生成和技术应用进行了分析研究。
关键词：三维装配；可视化；应用
引言：随着三维CAD技术和虚拟装配技术的发展，在三维环境下进行装配工艺设计已经成为可能。工艺设计人员可以在三维可视化环境下进行装配顺序的规划，装配工艺的设计及对装配工艺设计可行性和合理性进行验证，从而对装配工艺设计进行持续优化，并以终端显示的形式输出三维装配工艺文件以指导现场操作人员进行产品的装配。
1.现场装配三维可视化的关键技术
随着三维产品设计技术的发展和广泛应用，传统的工艺设计已难以适应现代机械制造的发展。为了使三维设计产品与产品今年制造完美衔接，应在产品今年制造工艺中直接使用三维可视化技术设计产品模型，并在此基础上进行工艺设计、工装设计、工艺仿真以及工艺发布。在这一系列工艺中，一个中心概念是全面的三维工艺信息模型。完整的三维工艺信息模型是直接在三维设计模型上执行工艺设计和工艺计划，将传统二维工艺图的信息集成到三维模型中，放弃传统设计和发布方法，进行三维处理，该模型成为三维设计和工艺设计之间的透明桥梁。
2.现场可视化装配的核心技术
2.1轻量化模型生成
产品信息模型通常包含诸如产品的结构形状、建模工艺、工程约束、特征属性等信息，这样会产生非常多的产品数据文件。因此，网络环境中的数据交换和复杂产品模型的传输限制了企业的信息化管理。考虑到现场可视化装配系统的需求，三维轻量化模型能够有效解决这一问题。
为了实现产品全生命周期内三维模型的重用和共享以及完整描述产品整个生命周期的一致性信息的轻量化模型。采用基于STEP特征格式的轻量化模型，其特点是该模型包含了设计数据、制造数据、工艺数据、分析数据等，其信息集成程度较高。
2.2大数据量三维模型信息网络传输技术
相较于传统数据，轻量化三维模型仍然具有数量大的特点，特别是对于大型装配体。轻量级的模型文件会达到数十兆甚至数百兆，因此，如何提高模型网络的传输效率一直是现场可视化装配系统要解决的问题之一。
数据压缩技术是用于改善大量数据在网络传输的技术之一，即精益模型，数据本身通过诸如编码替换和集成之类的数据处理技术进一步“精简”。压缩算法的不同，通常普通文件中的数据能够在原始文件的1/2到1/4之间压缩。对于结合C/S的系统结构模式，我们已将模型信息与现场所需的工艺信息分开。这样做的好处是，仅在第一次下载整个文件耗时较长，在更改信息或重复打开文件时，将大大提高信息传输的效率，从而保证海量三维模型信息数据网络传输效率。
3.现场装配三维技术应用
3.1现场文件的生产
因为采用了MBD技术，生产现场将不再发布二维形式的工艺文件。随着MBD技术的深入发展，为了满足装配生产的需求，纸质工艺文件逐步被装配仿真动画和工艺规程卡片这种数字化的三维工艺文件所取代。这种装配仿真动画和工艺规程卡片形式的文件就是三维工艺文件，其内容包括了产品设计信息、制造资源信息、工艺设计信息及工艺动画。三维装配工艺文件的应用模式如下图1。图1应用模式下，三维工艺设计就是在Teamcenter中完成装配工序规划和装配工艺设计，PDM中装配BOM信息通过XML数据交换标准协议将有关
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图1 三维装配工艺文件的应用模式
信息读取并带入工序卡片中，包括辅助材料，标准件，零件和其它明细。
通过设计适合本企业实际要求的PDF工艺模板，结合Adobe产品中的3DReview功能，完成三维装配工艺规程中的动画创建，并以PDF格式输出，三维模型即可在PDF文件中进行相应的动画控制，实现动态展示。三维装配工艺文件生产过程如图2所示。
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图2 三维装配工艺文件生成过程
3.2现场可视化应用
借助装配现场的可视化技术，将工艺信息传输到MES系统中，然后将其发送到车间生产现场终端。通过现场终端触摸屏，在MES系统中查询产品流程的装配信息，能够直接查看装配要求和三维动画仿真，更直观的了解产品装配工艺流程和装配步骤，从而提高产品装配效率和精度。终端显示如图3所示。三维装配工艺在现场的具体应用是先运行MES系统，通过查询工位设备编号来确认某个零件的装配工位，核对工艺文件的名称，文件编号以及用于装配零件的工装及设备，然后进入负责装配的部组件。操作员ID编号，进入产品特定的生产信心界面，匹配工艺文件名称及文件编号，显示产品装配模拟验证动画，直观全面的了解产品装配工艺，查看三维工作指令并获得产品定位信息作为装配尺寸，检查工艺文件，获取产品装配零件和详细的工作内容，然后完成产品装配。
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图3现场可视化工艺展示图
3.3现场可视化装配系统
现场可视化装配系统的界面参数通常相对简单，操作工艺简单易懂，以确保装配现场工人能够快速掌握操作技能，并根据实际需要获取相应的工艺信息。
现场的可视化装配系统具有以下功能：三维模型的动态观察和多视图导航；分析、注释和度量关键组件的大小；模拟和复制工艺生产任务分配和生产资源比例检查；附件工艺信息表达的三维路径；对生产工艺的时间询问和反馈。
结束语：
基于MBD的三维数字装配工艺设计和现场可视化技术是现代制造中的新兴学科。该技术的应用将引发机械装配的历史性变革，并带来巨大的技术和经济效益，这将为提高企业的核心竞争力奠定坚实的基础。在探讨了现场可视化技术的工艺设计和数据传输后，本文详细解释了现场可视化装配系统的应用和指导生产现场人员使用三维可视化装配系统进行产品装配方面的重要作用。
参考文献：
[1]田富君，张红旗，张祥祥，陈兴玉，等。基于轻量化模型的三维装配工艺文件生成技术[J].制造业自动化，2013，05(下)：46-50.
[2]高宇，赵文军，班永华，张立宾，白昂钦.基于MPMS的可视化三维装配工艺设计及表达方法[J].机电产品开发与创新,2019,32(06):51-53.
[3]杨卫华，赵檀，杨立明，王昌辉.基于轻量化模型的三维装配快速工艺设计研究与应用[J].机电产品开发与创新,2019,32(06):44-46.