產品裝配是制造企業(yè)形成交付產品的重要環(huán)節(jié)，對產品質量和制造成本具有極其重要的影響，占用了企業(yè)大量的人力和物力辩稽。工藝設計是連接產品設計與產品制造的橋梁，是產品制造的關鍵環(huán)節(jié)从媚。其中逞泄，裝配工藝文件是指導零組件裝配過程和工人操作的技術指導性文件，是集件配套拜效、技術安排喷众、生產準備等工作的主要依據(jù)。因此拂檩，優(yōu)秀的裝配工藝設計方案對于加速企業(yè)技術創(chuàng)新侮腹，提高產品的質量和可靠度迈窗，降低產品研發(fā)費用，縮短研發(fā)周期具有十分重要的意義栋灿。

對航空航天產品來說惑妥，基于模型的數(shù)字化裝配設計是虛擬制造的核心技術之一，是實際裝配過程在計算機上的本質體現(xiàn)[2]浴瞭，其與CAD 技術相結合示荠，可以解決設計與裝配對象在研制過程中難以實現(xiàn)的動態(tài)性能仿真[3]。隨著計算機技術岳散、網(wǎng)絡技術的發(fā)展节立，歐美航空航天領域各制造大國均已全面采用3 維數(shù)字化設計和制造技術[4]，波音公司的777 實現(xiàn)了整機的3維虛擬裝配工藝設計與仿真[5]眠煮，應用基于模型的預裝配技術患并，使波音777 的制造成本降低了20%~40%[6]。

計算機輔助工藝設計（Computer Aided ProcessPlanning茴审，CAPP) 是近年來發(fā)展起來的1 門機械制造企業(yè)應用系統(tǒng)破溺，世界上第1 個CAPP 系統(tǒng)由挪威NAKK 提出，稱為Autopros[7]躁绸，從根本上改變了依賴于個人經(jīng)驗和人工編制工藝規(guī)程的落后狀況裕循，促進了工藝過程的標準化和最優(yōu)化，提高了工藝設計的質量[8]净刮。20 世紀70 年代以來剥哑，世界各國均有開發(fā)，如日本日立制作所的HIMTCS 工藝設計淹父、美國的Miplan 系統(tǒng)株婴、國際機械制造研究會（CIRP)的CAPP 系統(tǒng)等[9]。中國于20 世紀80 年代初弹灭，開始計算機輔助工藝設計（CAPP)的應用研究督暂，近30 年來，在理論實踐上均取得了重大成就穷吮，并于1995 年發(fā)布了JB/T7701-1995《計算機輔助工藝規(guī)程（CAPP)設計導則》[10]逻翁，標志著中國CAPP研究開發(fā)進入成熟期。

基于現(xiàn)代工藝設計技術的發(fā)展現(xiàn)狀捡鱼，本文結合商用航空發(fā)動機生產實際八回，提出了基于Team Center &Cortona 3D 集成的CAPP 系統(tǒng)，構建基于模型的數(shù)字化裝配工藝設計環(huán)境逛径。該系統(tǒng)能夠有效提高商用航空發(fā)動機裝配工藝設計效率和質量撼烹，縮短產品研制周期。

1 裝配工藝技術現(xiàn)狀

中國的航空航天工業(yè)中，基于模型的定義（Model-based Definition远燕，MBD) 技術已得到廣泛的應用[11]久泞。中國某企業(yè)較早實現(xiàn)了數(shù)字化裝配工藝方面應用，基于工藝規(guī)劃與設計基礎平臺（TeamcenterManufacturing奖放，TCM) 實現(xiàn)工藝結構化淡藻， 將工藝（Process)、工廠（Plant)砚粒、產品（Product)缔沐、資源（Resource)統(tǒng)一關聯(lián)管理[12]，已經(jīng)初步實現(xiàn)了零件裝配益柳、部件裝配尊陪、組件裝配以及整個發(fā)動機的裝配工藝設計的數(shù)字化和虛擬仿真驗證，輸出各級裝配的工藝指導文件捕谢。實現(xiàn)了工藝過程相關的業(yè)務管理段物，能接收設計產品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（Product Data Management，PDM)的工程物料清單（Engineering Bill of Material轧简，EBOM)和相關設計數(shù)據(jù)弯淘，保證工藝版本與研發(fā)過程中設計數(shù)據(jù)版本相匹配。然而吉懊，這與理想中三位一體、3 維可視化假勿、系統(tǒng)全面集成借嗽、操作便捷、全面滿足未來裝配制造要求的設計系統(tǒng)仍存在較大的差距转培，具體表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）工藝設計任務通過Excel 進行表單管理恶导，管理效率低下，不直觀浸须。

（2）工藝分工以及工序惨寿、工步內容設計過程中沒有有效地與產品3 維模型相結合，未形成連貫的基于模型的裝配工藝設計業(yè)務流程删窒。

（3）工藝知識庫和工藝資源庫未進行合理的建設裂垦，不便于工藝知識重用。

（4）工藝與工裝設計很撩、手動工具吝蔽、設備、輔耗材等工藝設計資源未形成有效協(xié)同咨只。

（5）沒有生產現(xiàn)場工藝問題記錄與反饋機制超肃。

（6）工藝設計工具未與產品數(shù)據(jù)進行有效集成，無法充分復用前期工藝規(guī)劃與設計成果，造成重復設計佳绩。

2 系統(tǒng)構建整體方案框架

全球權威產品全生命周期管理（Product LifecycleManagement腿伟，PLM) 研究機構CIMdata 認為，PLM是應用一系列業(yè)務解決方案舰搜，支持在企業(yè)內和企業(yè)間協(xié)同創(chuàng)建芬过、管理、傳播和應用貫穿整個產品生命周期的產品定義信息握帘，并集成人袜晌、流程、業(yè)務系統(tǒng)和產品信息的1 種戰(zhàn)略業(yè)務方法[13]篱俊。

根據(jù)CIMdata對PLM 應用成熟度的定義但惶，自下至上分為初始級、規(guī)范級湿蛔、精細級膀曾、優(yōu)化級、智能級5 個等級阳啥。目前添谊，中國已初步構建起工藝規(guī)劃與設計基礎平臺（TeamcenterManufaturing，TCM)察迟、裝配工藝仿真系統(tǒng)（Tecnomatix)以及3 維裝配工藝手冊設計工具（Cortona 3D斩狱，C3D)3個維度的數(shù)字化裝配工藝系統(tǒng)應用環(huán)境。目前實現(xiàn)了工藝設計資源的結構化及實時共享扎瓶，為了更好地解決行業(yè)問題所踊，滿足自身業(yè)務需求，在數(shù)據(jù)規(guī)范概荷、流程規(guī)范上開展了數(shù)字化裝配工藝設計系統(tǒng)的技術研究秕岛。對于整體的解決方案框架最終落地有3 個層面。

第1 維度是系統(tǒng)質量误证，包括系統(tǒng)功能继薛、系統(tǒng)架構的擴展和系統(tǒng)的開放性；第2 維度是實施方案質量棕凉，通過圍繞方案的可執(zhí)行性灯彩，有效、方便和規(guī)范標準化悠拗，結合行業(yè)的先進經(jīng)驗以及自身的流程體系進行實施方案的構建黎撤；第3 維度是基于系統(tǒng)質量和實施方案質量，最終實現(xiàn)基于模型的裝配工藝設計的流程體系的構建尘是，支持數(shù)字化裝配工藝設計的體系和工程的交付能力侄灭、產品制造能力的提升。建設基于統(tǒng)一架構的數(shù)據(jù)化工藝設計平臺，按照業(yè)務的需求實現(xiàn)系統(tǒng)功能亏傅，支持業(yè)務模型定義摊谢、屬性定義、編碼規(guī)則醉装、分類辕芳、電子化流程等功能性要求擴展，從業(yè)務實施方案維度來說宵睦，所有系統(tǒng)功能的實現(xiàn)是為了滿足業(yè)務導向實施方案的實現(xiàn)记罚，基于模型的裝配工藝設計關鍵業(yè)務方案主要包括裝配工藝方案設計與評審、工藝物料清單（Process Bill of Material壳嚎，PBOM)結構與管理桐智、工藝資源庫管理、基于模型的裝配工藝規(guī)劃烟馅、基于3 維環(huán)境下的裝配工藝詳細設計说庭、工裝協(xié)同設計管理、工藝仿真管理郑趁、工藝數(shù)據(jù)發(fā)布管理刊驴、工藝變更管理以及工藝臺賬管理等關鍵業(yè)務。

3 關鍵業(yè)務流程

通過根據(jù)業(yè)務問題點的梳理將裝配工藝設計業(yè)務流程分為6 個階段：裝配工藝設計準備寡润、裝配工藝規(guī)劃捆憎、工藝詳細設計及工裝設計、工藝仿真驗證梭纹、工藝數(shù)據(jù)發(fā)布攻礼、裝配工藝更。對這6個階段與系統(tǒng)相關的關鍵業(yè)務場景進行描述落怀，以指導技術人員在今后的工作中如何運用系統(tǒng)。

（1）裝配工藝設計準備階段种洛。接收研發(fā)端的產品設計數(shù)據(jù)百览，并創(chuàng)建下發(fā)單進行產品研發(fā)數(shù)據(jù)的下發(fā)；創(chuàng)建型號項目工藝知識庫結構拔泪，用于后續(xù)開展工藝設計笑杯、工裝設計的數(shù)據(jù)統(tǒng)一管控；工藝資源的構建和維護谍臀，對已由工藝資源結構的創(chuàng)建和工藝資源的導入辱得、工藝資源的廢棄等業(yè)務過程管理。

（2）裝配工藝規(guī)化階段抡杈。進行PBOM 上層結構的創(chuàng)建以及與EBOM 的關聯(lián)沉享，指派EBOM 的零件數(shù)據(jù)；基于PBOM 的裝配主單元進行工藝任務的可視化派工，PBOM 詳細設計以及工藝任務進度狀態(tài)的管控顶质；進行裝配工藝工藝清單（Bill of Process淮超，BOP)的上層框架構建以及其他工藝文檔文件的創(chuàng)建。

（3）工藝詳細設計及工裝設計階段旺订。進行裝配工藝BOP 的詳細設計弄企，包含工藝、工序区拳、工步的創(chuàng)建拘领、PBOM 與BOP 的制造目標關聯(lián)以及BOP中的零件消耗和工藝資源庫的調用和指派；工裝的申請樱调、工裝派工约素、工裝的詳細設計以及BOP 和工裝數(shù)據(jù)的預發(fā)布。

（4）工藝仿真驗證階段本涕。根據(jù)裝配工藝方案業(yè)務要求進行工藝工裝的仿真分析业汰；基于工藝仿真任務模型（仿真內容、數(shù)據(jù)菩颖、檢查項)驅動裝配工藝仿真分析样漆。

（5）工藝數(shù)據(jù)發(fā)布階段。對裝配工藝階段產生的業(yè)務數(shù)據(jù)進行發(fā)布和歸檔管理晦闰，以達到數(shù)據(jù)的發(fā)布共享放祟。

（6）工藝更改階段。進行裝配工藝階段各業(yè)務數(shù)據(jù)的變更管理和各業(yè)務數(shù)據(jù)的臺賬創(chuàng)建維護及管理散烂。下文將對裝配工藝規(guī)劃巾妖、工藝仿真驗證、工藝詳細設計及工裝設計3 個主要業(yè)務場景進行介紹变钙。

3.1 裝配工藝規(guī)劃階段裝配工藝規(guī)劃階段的主要任務是完成EBOM 到PBOM 之間的數(shù)據(jù)交換牵梗。EBOM是由設計部門提供的產品設計數(shù)據(jù)，包括產品名稱挥棒、產品結構仓脓、明細表、匯總表芭惠、產品使用說明書及裝箱清單等信息[14]锨间，在其編寫過程中往往只考慮到產品的功能和設計需求，無法兼顧制造部門的產品制造過程和企業(yè)制造能力弦离，需要處理后才能被生產制造部門所使用婿芝。PBOM 為工藝設計部門以EBOM 中的數(shù)據(jù)為依據(jù)，將EBOM 按照功能/ 系統(tǒng)進行分解后棵章，重新按照裝配制造順序/ 區(qū)域進行構件的物料清單（Bill ofMaterial挨让，BOM)數(shù)據(jù)枚冗，其中除了基本的BOM 信息之外還包含工藝計劃、工序信息等生產所需數(shù)據(jù)[15]亡问。EBOM與PBOM 的轉化關系官紫。通過定制化在系統(tǒng)中創(chuàng)建PBOM 頂層節(jié)點，依據(jù)裝配工藝方案州藕，按照實際裝配過程重構EBOM束世，構建PBOM 中第1 級裝配單元。在本裝配工藝設計系統(tǒng)中床玻，用戶可以直觀地通過3 維模型進行PBOM 結構的構件毁涉，并使用責信度檢查確保相同零件在EBOM和PBOM 中的消耗數(shù)量一致，解決了過去裝配工藝規(guī)劃過程中表現(xiàn)形式不夠直觀的問題锈死。

3.2 工藝詳細設計及工裝設計階段通過繼承PBOM 可以進行可視化裝配工藝分工贫堰，在進行分工的同時可查看相關產品的數(shù)據(jù)、模型信息待牵。分派任務的同時可通過資源負載查看工藝工程師當前時間段的任務負荷情況其屏。任務下發(fā)之后會在工藝分工任務窗口中按照任務執(zhí)行的狀態(tài)情況，通過“紅綠燈”的形式反饋任務的完成進度缨该，使整體工作進度更加直觀地表現(xiàn)出來偎行，實現(xiàn)了工藝設計任務與產品研制任務的相匹配。裝配工藝對象可以細化以裝配操作最小單元饿遏，通過將裝配資源有機結合的方式医狡，將產品數(shù)據(jù)、裝配工藝設計內容替熊、裝配通用要求肿车、裝配工裝設備以及裝配單元進行有機結合，實現(xiàn)工藝設計的“三位一體”掘顾，從而完成BOP 的設計到讽，同時在設計過程中對裝配資源可以進行可視化調用和典型工藝BOP 調用，將產品模型累踱、工裝模型她添、工具模型以及裝配單元進行比對，實現(xiàn)快速裝配路線設計的搭建和可行性分析馋奠。

采用定制化工藝資源庫和知識庫管理：工藝資源指工藝設計過程中所有與制造工藝相關的各類對象，常見的制造資源如標準件舒贼、通用工具丰吐、專用工裝、量具琳钉、檢具势木、設備蛛倦、原材料、輔料等啦桌。通過對典型裝配工藝進行歸納總結溯壶，梳理出具有典型裝配工藝、工序甫男、通用要求以及裝配測量項且改，以此作為工藝模板，形成工藝知識庫板驳。在進行工藝設計時又跛，工藝人員可參考或者直接調用典型工藝生成新的工藝，提升工藝設計效率與質量水平若治。在完成BOP 設計后慨蓝，將結構化的工藝信息傳遞至3 維裝配工藝設計環(huán)境中。

以BOP 為對象將工藝中工序結構化信息與產品端幼、設備缩髓、工裝、工具等對象的3 維模型建立關聯(lián)并將信息轉化為基于Web 的html文本和3D 工藝文件包王捧。通過XML 中間件調用方式学释，使得3 維裝配工藝設計環(huán)境可以訪問3 維輕量化模型與裝配工藝詳細設計數(shù)據(jù)，進而生成結合2 維颗用、3 維圖形與結構化文本的裝配工藝文件堤型。包含輕量化的3 維模型數(shù)據(jù)與在工藝編制窗口中編寫的工藝文本，根據(jù)文本中的模型引用信息类繁，在文本與3 維模型之間自動建立關聯(lián)教物。工藝設計人員進行3 維裝配動作指令操作（Action）設計，可以復用裝配標準動作集撞浪，同時設計環(huán)境支撐現(xiàn)有模型數(shù)據(jù)生成2 維技術插圖與BOM 信息糊争，以滿足多樣的工藝文件發(fā)布需求。

設計環(huán)境支持零部件圖解目錄技術文檔設計炭央，支持HTML婴鞭、PDF、XML 等發(fā)布格式熙掺，同時支持ATA2200未斑、S1000D、DITA 等適航技術出版物的標準币绩。3 維工藝數(shù)據(jù)由PLM 平臺進行統(tǒng)一管理并完成最終發(fā)布蜡秽。通過采用3 維工藝設計環(huán)境實現(xiàn)了工藝設計與設計資源對象的交互協(xié)同、3 維工藝設計環(huán)境下的裝配工藝設計以及3 維裝配工藝文件的管理缆镣，過程中設計數(shù)據(jù)資源的高效協(xié)同芽突、數(shù)據(jù)共享與利用试浙，同時生成的裝配工藝文件可以直接作為裝配現(xiàn)場的工藝數(shù)據(jù)供制造執(zhí)行系統(tǒng)進行調用。

3.3 工藝仿真驗證階段裝配工藝設計為按照自頂向下的順序搭建BOP寞蚌，因此需要按照自底向上的順序逐層進行仿真檢查田巴。在裝配工藝設計過程中，需要在搭建完工序還未加入工裝與完全搭建完成這2 個階段進行工藝規(guī)程預發(fā)布并輸入仿真軟件進行仿真干涉檢查挟秤，如若出現(xiàn)問題壹哺，搭建者重新搭建并再次檢查，直到?jīng)]有問題發(fā)布最終的工藝裝配順序煞聪。在進行仿真驗證之前斗躏，首先填寫評審任務計劃，通過驗證項庫逐一添加驗證項對象讹荣，并將BOP與評審任務關聯(lián)父森；之后輸入到工藝過程仿真環(huán)境中，結合具體裝配工步要求合杜，確定零部件安裝順序秽烫，創(chuàng)建零部件的安裝路徑進行仿真分析。如無法通過仿真檢查断迁，則由工藝編制人員重新調整BOP 結構耙窥、工藝資源或者裝配順序并再次進行仿真驗證直至驗證通過。

4 結束語

針對商用航空發(fā)動機裝配工藝設計工具應用問題迎硼，本文采用MBD 技術提出了基于TCM&C3D 集成方式設計思路还皮，解決了工藝設計未建立有效的裝配工藝設計任務管理機制、工藝設計未形成連貫的基于模型的裝配工藝設計業(yè)務流程雹税、工藝設計不便于工藝知識重用效岂、工藝與工裝設計、手動工具旧庶、設備额前、輔耗材等工藝設計資源未形成有效協(xié)同，工藝設計沒有生產現(xiàn)場工藝問題記錄與反饋機制以及工藝設計工具未與產品數(shù)據(jù)進行有效集成等問題牵敷，將裝配過程的仿真如裝配單元仿真胡岔、裝配工藝過程仿真、可維護性仿真融入到工藝設計過程中枷餐，并在商用航空發(fā)動機產品核心機裝配工藝設計上進行了應用靶瘸。通過系統(tǒng)定制化為改進商用航空發(fā)動機產品裝配制造過程提供了1 個全新的方法和手段，進行裝配工藝數(shù)字化毛肋、產品可裝配性分析怨咪、裝配工藝優(yōu)化、裝配質量控制村生、裝配工裝驗證惊暴，達到提高產品質量，縮短產品生產周期的目的趁桃。

（航空發(fā)動機）

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