基于Tecnomatix软件的动力总成产品装配工艺开发研究

任淑荣

(泛亚汽车技术中心有限公司，上海 201201)

0 引言

利用数字化虚拟平台来设计和验证装配工艺是当前产品装配领域的一大发展趋势。借助数字化手段，不仅能在较短时间内制定理想可行的装配工艺方案，而且可以及早发现工装、工具乃至产品零件的设计问题，从而缩短产品开发周期，节省开发成本，提高装配质量。因此，推广应用数字化方法对于装配行业的革新和发展具有重要意义和价值。

汽车动力总成产品试制装配是整车开发的重要一环。在以往情况下，工艺设计人员通常依靠经验对产品装配进行工艺规划，并制定规范的工艺文件来指导现场产品装配。该过程周期较长，且需耗费大量人工工时。数字化虚拟平台的应用可大大改善这一现状，显著提高产品工艺开发效率。但数字化工艺设计结果往往不能直接服务于现场装配工作，需要经过人工进一步处理，才能生成对实际装配操作有指导意义的工艺文件[1]。所以在采用数字化平台进行装配工艺开发时，还需注意应根据企业的定制需求，输出满足企业标准的装配工艺文件。

本文基于Tecnomatix数字化虚拟软件，以某型汽车动力总成产品为研究对象，对其装配工艺进行开发研究。在完成工艺规划的基础上，通过对Tecnomatix软件进行二次开发，实现产品工艺信息的提取和标准工艺文件的输出。

1 Tecnomatix及PD模块介绍

西门子数字化生产制造数据管理软件Tecnomatix是PLM(product lifecycle management)领域的领先者，其子模块丰富多样，可根据需求单独或集成使用，拥有很强的工艺规划管理和装配仿真功能[2]。如把软件的优势与企业自身产品特点结合在一起，就可以高效完成生产或装配工艺规划[3]。

PD (Process Designer) 是Tecnomatix软件的重要子模块之一，可以对工艺信息和装配过程分别进行管理和规划。PD模块中包括4类基本的工艺要素，分别为操作(operation)、零件(part)、资源(resource)和制造特征(manufacturing feature)。其中，操作要素是指装配产品的具体实施行为，有一定的顺序和逻辑关系；零件要素是指构成产品的零件和部件，可表示零部件之间的相互包含关系；资源要素包括装配过程中涉及到的工具、工装、设备等资源，同操作要素有一致的逻辑关系，构成双胞胎结构；制造特征是零件间的连接特征，主要有焊接、涂胶等。各类工艺要素集合在一起，可共同组成一个多层数据库结构，将产品与工艺关联在一起，并贯穿于整个产品装配周期。因此，PD可为产品装配提供完整的设计框架，描述复杂的产品工艺过程。本文将结合PD模块的特点，开展动力总成产品装配工艺的开发工作。

2 工艺规划制定

工艺规划是产品工艺开发的第一步，它可系统地表达产品装配工艺路线，包含从零件到总成的每一步装配内容。在模块中制定装配工艺规划时，需把实际的装配工艺通过软件语言进行合理表达。这就要求识别该工艺所包含的关键信息，并将此信息与模块的结构内容和功能属性建立关联。本文将从工步和工序定义及工艺流程设计2方面来制定产品工艺规划。

2.1 工步和工序定义

在动力总成产品试制中，装配工艺通常以工步和工序进行表述。工步包含完成特定操作的一系列动作步骤；工序则是一个或多个工步的集合，包含安装功能相对独立部件所涉及的全部任务。在PD中完整、准确地表达产品的装配工艺，需要先在模块中对工步和工序进行定义。

在PD中，为了条理有效地表示描述工艺数据，可将操作要素设为工艺信息的基本载体，以其为中心将零件要素、资源要素和制造特征要素关联起来，如图1所示。可以看出，一个操作节点便可以完整地表达一项具体工艺环节所涵盖的内容。进一步地，将多个操作节点按照一定的原则有机地结合在一起，就能建立起系统的工艺模型。所以，可将产品装配的工步和工序映射到相应的操作节点概念中来，便能实现产品工艺在PD中的完整呈现。本例中，将名为复合操作(compound operation)的操作节点定义为动力总成产品装配工步，将高一层级的名为工位操作(Pr station process)的操作节点定义为工序，通过操作结构树图来表达产品的装配工艺，如图2所示。

2.2 工艺流程设计

装配工步和工序定义完成后，就可按照产品原型和装配结构，在PD中进行工艺流程设计。动力总成产品的装配工艺流程主要包括装配序列规划、零件信息描述、装配步骤表达、工具和工装使用、图片示意等。本文把以上工艺信息与各操作节点联系在一起，使所有工艺流程信息体现在操作结构树中。

在PD中，产品装配先后顺序可用操作树节点的上下次序来表示。但产品装配序列设计是一项较为复杂的工程，涉及工装和工具的可达性和操作空间[4]。对于传统而言，设计者往往根据已有的经验和知识进行设定，但常常由于客观局限致使某些环节出错，需要经过多次修正和优化才能得到最终的方案。本例将基于Tecnomatix软件，采用更为准确和高效的仿真方法进行装配序列规划。首先根据产品模型和零件结构树来理清装配结构。按照可拆即可装的原则，对产品进行逐级拆解和试安装。在此过程中将涉及到的工具和工装进行引用和检验，并优化工装和工具的可达性。在得到合理的拆解顺序后将整个序列取反，并为操作节点进行工步和工序定义，就能获得产品最终的装配序列。

在制定装配产品装配序列的同时，可将每工步所需的零件、资源和制造特征与相应的操作节点进行关联，则该节点的属性中便含有了零件信息，工具、工装和设备信息及制造特征信息。零件装配步骤、物料工位信息、示意图片等其他相关的工艺信息，也可以录入到操作节点属性框的对应位置。这样，产品装配工艺流程便全部输入到PD模块中。

3 软件二次开发

工艺规划制定完成后，还需要将它按照企业规定的标准模板进行导出并发布，对产品装配人员进行操作培训和指导。本例中，包含序号、零件号、零件名称、数量、工位编号、步骤描述、详细描述、工装/设备名称、工装编号、技术要求、是否关键工艺及图解在内的工艺信息均需导出，为Excel文件。Excel文件标准模板如图3所示。但截至目前，标准的Tecnomatix软件并不支持该类需求。所以，为了最终导出符合要求的工艺文件，需要对Tecnomatix软件进行二次开发，通过新建插件程序，来提取工艺规划中的数据信息，并输出到标准的工艺模板中。

3.1 二次开发方法

本文采用Tecnomatix提供的.Net API方法进行二次开发。此方法所开发出的应用程序与软件本身结合紧密，具有响应好、稳定性高的优点。而且，该方法具有跨平台兼容性，因而可借助多种平台，将开发出的插件程序工具集成在Tecnomatix软件中[5]。本文选择VisualStudio2010平台，采用C#语言进行程序代码编译。

3.2 二次开发功能

3.2.1 工艺信息提取功能

工艺信息提取是插件程序首要具备的功能，而实现该功能的前提是要设置全局变量。以下程序结构用于定义Tecnomatix中一个工步节点的相关属性：

struct opSheet

{

public string

sequence;

public string

partNo;

public string

partName;

public string partNumber;

public string

station;

public string sheetName;

public string description;

public string fixtureName;

public string fixtureNo;

public string tecnicalRequire;

public string

keyFalg;

public string[] attachedFiles;

}

全局变量设定完成后，需从所选装配工艺所包含的所有工步节点属性中获取相应的工艺信息。这可通过调用Tecnomatix API中自带的GetSheetContent ()函数来实现该功能。

3.2.2 工艺信息导出功能

本例中需要将从Tecnomatix中提取的工艺信息，按照既定格式导出至Excel模版，这可通过调用Window Office的API中ExportTemplateExcel () 函数来实现。在程序中将工艺信息设定在Excel sheet页中的对应位置，便可以把不同类别的工艺信息写入到对应的单元格中。

3.2.3 对话框功能

在实现工艺信息提取和导出的基础上，还需要建立对话框程序，实现模板选定、导出工艺范围选定、文件保存位置选定等人机交互功能[6]。本例中建立的对话框如图4所示。通过选定模板及工序、工步范围，最终将工艺信息导出，成为符合标准的Excel工艺文件。

4 实例验证

以动力总成产品装配工艺中“A010缸体机加工”这一工序为例，进行前述工艺开发的实例验证。首先，在PD中新建项目，建立该工序操作结构树，如图5所示。将零件与相应工步进行关联，零件信息就会出现在该工步节点的属性中，如图6所示。采用同样的方法将工具、工装与相应的工步进行关联，并把涉及到的其它工艺信息填写到工步节点对应的属性框中，如图7示。至此完成了该工序的工艺规划工作。

接下来，对该工序的工艺信息进行提取和导出。首先，在PD中启动二次开发程序，弹出对话框如图8所示。然后，在对话框中，先选择新建模板并选定标准模板；在“选择工作表”框中选择“Blank”，表示将工艺信息导出到新的Excel表格Sheet中；点击“新工作表名” 框，并全选该工序下5个工步，表示工艺信息的提取范围，此时框内会自动出现该工序名 “A010 缸体机加工”，以其来命名新生成的Sheet。最后，选定文件保存位置，点击保存按钮，数据导出成功，如图9所示。至此，该工序的工艺信息便全部提取并导出到标准Excel模板上，如图10所示。

5 结论

本文基于Tecnomatix数字化虚拟软件，对某汽车动力总成产品的装配工艺进行开发研究，制定了工艺规划方案，并对Tecnomatix软件进行二次开发，实现了工艺信息提取和导出功能，最终输出符合企业标准的工艺文件。可以看出，该技术方案涵盖了产品装配工艺开发从规划到文件输出的全过程，对企业在该领域的实践提供了一种全新的思路。另外，该技术方案不仅仅局限于汽车动力总成产品的装配工艺设计，还可推广应用到其它行业的产品装配工艺开发中。