装备制造业三维作业指导应用研究

彭 涛，邱 华，胡华强，何其昌

(1.三一集团有限公司，湖南 长沙 410010)(2.SJTU-SANY数字化工厂技术联合实验室，上海 200240)

装备制造业三维作业指导应用研究

彭 涛1,2，邱 华1,2，胡华强1,2，何其昌2

(1.三一集团有限公司，湖南 长沙 410010)(2.SJTU-SANY数字化工厂技术联合实验室，上海 200240)

分析了装配工艺指导现存的问题，介绍了三一集团三维装配工艺指导的具体实施方案。通过三维产品装配资源建模、交互式装配工艺规划、三维装配工艺文件生成与远程发布等应用，实现产品三维设计数模向工艺、制造环节的传递，强化信息化手段对装配操作信息的有效管理。

装备制造；三维作业指导；应用研究

1 装备作业指导发展趋势

装备制造业中产品装配所需工时占总工时的40%～60%，装配工艺对产品及时交付起着至关重要的作用。目前很多企业工艺和制造环节依然沿用传统的二维图纸和技术文档，这种图片加文字的信息传递方式，很难高效准确地传递工艺知识来指导现场操作，成为当前装备制造业客户化定制发展的瓶颈之一[1]。更好的解决方法就是基于产品三维模型，将产品核心信息直接传递给产品全生命周期中的各个环节，让三维模型发挥更多的作用[2]。国外部分先进装备制造企业已开始挖掘产品模型的价值，如卡特彼勒的矿车装配线，已将三维模型用于装配操作查询与指导，如图1所示。

图1 卡特彼勒装配线三维作业指导

2 三维作业指导应用

三一集团基于对三维模型巨大应用价值的认识，针对工艺人员采用Excel辅以图片编制装配作业标准的现状，提出实现装配作业指导三维化的目标,变革工艺人员的工作模式，对产品三维模型进行轻量化处理和工艺信息封装，提高作业标准的编制手段和效果[3]。通过定制开发三维作业指导编辑工具Sany3DAD，结合达索系统的3DVIA Composer软件进行三维装配作业标准的编制，将“三维化”文件包发布到SanyMES系统，实现现场装配作业指导的三维化。三维作业指导编制发布流程如图2所示。

图2 三维作业指导编制发布流程

2.1工艺资源库的建立与维护

工艺资源库是三维作业指导编制时的素材库，采用分类树状结构管理，如图3所示，包括装配工艺设计所需的设备、工具、工装、量具、检具等三维轻量化模型及相应的属性信息。设备类主要是机床，包括物理、状态等基本属性以及设备标识、设备规格等信息，检测辅助设备包括外圆跳动仪、销孔跳动仪、探伤仪、卡尺等。此外根据检测项目的不同，辅助设备类派生出量具类、粗糙度测量仪类、传感器类等。在制作各种产品三维装配作业指导的过程中，同步沉淀工艺知识，丰富工艺资源库，使之成为企业永久的财富。

2.2交互式三维装配工艺规划

将产品三维模型导入3DVIA Composer软件，在产品模型爆炸图中，根据装配流程批量指定和拾取当前工序所需的装配零件；设计可视化装配基本步骤，配置设备与工夹具，规划装配路径，进行动态间隙与干涉检查；确认装配序列与路径可行后，用图标或文字对零件与过程作动态标识，所有装配操作中的关键控制点与质量要求作为协同角色添加到三维场景中，其中包括各种工具设备的操作使用；最后生成3DVIA播放文件，将装配过程动画存入服务器数据库[5]。工艺规划设计界面如图4 所示。

图3 工装设备库模型

图4 工艺规划设计界面

2.3三维作业指导文件在MES发布

开发了Sany3DAD三维作业指导管理软件，在三维作业指导动画制作和车间MES发布两个环节之间搭建起桥梁。该软件将三维装配动画、高清晰装配图片关联到原二维Excel作业标准中，集成输出为.g3f格式的文件。工艺工程师在Sany3DAD三维作业指导管理软件中完成.g3f格式的三维作业标准文件打包之后，按工位IP地址分配到生产现场相应的MES终端机上，如图5所示，装配工人在MES终端通过点击关联区域，查看相应工位的装配动画。

3 结束语

产品模型是装备制造企业的财富，涵盖了产品研发设计的全部信息，其生命价值应当体现在企业产品全生命周期的各个环节。三一集团通过对三维作业指导的应用探索，创建了全新的无纸化、三维化、动态化的作业标准编制及下发系统，不仅改进了工艺人员工作方式，提升了车间现场装配指导的效率，也带动了产品三维模型在产品全周期的应用。

图5 终端工艺展示界面

[1] 刘检华.军工数字化装配技术[J].国防制造技术,2011,8(4):5-7.

[2] 戴晴华,易迪升,田文胜,等.虚拟制造技术及其在工程机械中的应用[J].中国工程机械学报, 2010,8(2): 184-189.

[3] 田文胜,谭一炯.基于DELMIA的三维装配作业指导书生成方法研究[J].中国制造业信息化, 2012,41(11):44-46.

[4] Wu Yunfeng, Zhang Yin, Shen Junwu,et al. The virtual reality applied in construction machinery industry [C]. Virtual,Augmented and Mixed Reality:Systems and Applications.Berlin Heidelberg:Springer-verlag,2013:340-349.

[5] 蔡虎.基于3DVIA的虚拟装配工艺实施方案研究[J].航空制造技术,2012(6):80-83.

TheApplicationof3DModelWorkInstructionsinEquipmentManufacturingIndustry

PENG Tao1,2,QIU Hua1,2,HU Huaqiang1,2,HE Qichang2

(1.Sany Group Co., Ltd., Hunan Changsha,410010,China)(2. SJTU-SANY Joint Laboratory of Digital Factory Technology, Shanghai,200240,China)

It analyzes the existing problems of assembly process guidance, introduces relevant practice guide of the assembly process application in Sany Group. With the application of 3D product assembly resource modeling, interactive assembly process planning, 3D assembly process documents generating and issuing remotely, it achieved 3D product design model transmission to the process and manufacturing sectors, and strengthens the management effective of assembly information through information technology.

Equipment Manufacturing; 3D Model Instructions; Application Research

10.3969/j.issn.2095-509X.2014.02.017

2013-10-10

国家科技支撑计划项目(2012BAF12B20)

彭涛(1979—)，男，湖北仙桃人，三一集团有限公司工程师,博士，主要研究方向为虚拟现实、数字化制造、数字化营销等。

TH164；TV642

A

2095-509X(2014)02-0074-03