三維裝配CAPP產品和技術研究

1、三維裝配CAPP產品和技術研究發(fā)表時間：2011-12-9 作者： HYPERLINK /Search.aspx?author=%bb%c6%be%ea 黃娟 HYPERLINK /Search.aspx?author=%cd%f5%c0%f6 王麗瀏覽量：2 關鍵字： HYPERLINK /Search.aspx?keyword=CAPP%bc%bc%ca%f5 CAPP技術 HYPERLINK /Search.aspx?keyword=%c8%fd%ce%ac%d7%b0%c5%e4 三維裝配 HYPERLINK /Search.aspx?keyword=%b8%a8%d6%fa%c9%e

2、8%bc%c6 輔助設計 來源：開目本文介紹了了隨著產產品設計計手段二二維CAAD向三三維CAAD轉變變，工藝藝設計由由二維CCAPPP向三維維CAPPP轉換換也成為為CAPPP發(fā)展展不可逆逆轉的歷歷史趨勢勢。本文文結合企企業(yè)裝配配應用實實際，對對三維裝裝配CAAPP技技術和產產品進行行深入探探討。1.前言 制制造業(yè)信信息化技技術發(fā)展展近二十十年來，在在工業(yè)實實踐需求求的帶動動下發(fā)生生了翻天天覆地的的變化。 CCAD是是我國制制造行業(yè)業(yè)應用最最普遍的的計算機機輔助設設計技術術，它改改造了傳傳統(tǒng)手工工設計的的落后現(xiàn)現(xiàn)狀，為為后續(xù)的的企業(yè)信信息化建建設打下下了堅實實基礎。然然而，傳傳統(tǒng)的二二維CA

3、AD只能能起到電電子圖版版的作用用，不能能直觀地地表達產產品的造造型和結結構。近近年來，隨隨著制造造業(yè)信息息化步伐伐的加快快，為了了進一步步提高設設計能力力和產品品創(chuàng)新能能力，一一些企業(yè)業(yè)開始逐逐步引入入三維CCAD系系統(tǒng)，以以縮短設設計和分分析時間間、縮短短制造周周期，并并已取得得了巨大大經(jīng)濟效效益。實實踐證明明，從二二維CAAD向三三維CAAD轉換換，已成成為企業(yè)業(yè)深化CCAD應應用的方方向，也也是CAAD發(fā)展展不可逆逆轉的歷歷史趨勢勢。與此此同時，作作為企業(yè)業(yè)信息化化集成系系統(tǒng)中重重要一環(huán)環(huán)的CAAPP，還還大多還還停留在在解決工工藝設計計中的事事務性、管管理工作作的階段段，在應應用方面

4、面仍然薄薄弱，尤尤其在與與三維CCAD的的集成上上，基于于三維CCAD的的裝配關關系檢查查與仿真真、裝配配工藝爆爆炸圖的的編輯、產產品工藝藝性評價價與審核核等功能能都無從從實現(xiàn)。如如果說零零件的加加工可以以CADD/CAAM一體體化來解解決工藝藝問題，但但裝配卻卻無法實實現(xiàn)，尤尤其是復復雜產品品的裝配配工藝設設計，因因此基于于三維CCAD的的裝配CCAPPP技術成成為近階階段需求求熱點。 三三維裝配配CAPPP技術術最早出出現(xiàn)于上上世紀九九十年代代后期，代代表了一一種全新新的制造造體系和和模式，因因可以與與三維CCAD技技術相結結合，解解決設計計與裝配配對象在在和研制制過程中中難以實實現(xiàn)的動動

5、態(tài)性能能而引起起了人們們的普遍遍重視，并并得到迅迅速發(fā)展展。目前前，國內內航空航航天、船船舶、汽汽車、兵兵器等行行業(yè)也已已逐步展展開相關關技術的的應用。2.裝配CCAPPP的研究究現(xiàn)狀及及發(fā)展趨趨勢 CCAPPP(Coompuuterr Aiidedd Prroceess Plaanniing，計計算機輔輔助工藝藝設計)自20世紀紀60年代代提出以以來，在在廣度和和深度上上都取得得了長足足的發(fā)展展，但其其研究幾幾乎都集集中在零零件的加加工上，對對于裝配配型CAAPP的的研究，目目前尚處處于起步步階段。 現(xiàn)現(xiàn)有的裝裝配CAAPP主主要有檢檢索式和和創(chuàng)成式式兩種。檢檢索式裝裝配CAAPP是是指將典

6、典型產品品的裝配配工藝文文件存儲儲在系統(tǒng)統(tǒng)中，當當進行某某一產品品的裝配配工藝設設計時，檢檢索相似似產品的的裝配工工藝，若若檢索到到，便在在此基礎礎上進行行修改，從從而生產產新產品品的裝配配工藝文文件。而而創(chuàng)成式式裝配CCAPPP是預先先在知識識庫中存存入一系系列與裝裝配工藝藝設計有有關的決決策規(guī)則則，再利利用計算算機的邏邏輯推理理功能生生成新產產品的裝裝配工藝藝。但由由于裝配配工藝設設計復雜雜，經(jīng)驗驗性強，目目前還沒沒有完全全的創(chuàng)成成式裝配配CAPPP系統(tǒng)統(tǒng)。 基基于3DD虛擬技技術的創(chuàng)創(chuàng)成式裝裝配CAAPP三維維裝配CCAPPP是現(xiàn)在在主要發(fā)發(fā)展趨勢勢，在該該系統(tǒng)中中，裝配配工藝設設計人員

7、員直接操操作虛擬擬場景中中的零部部件模擬擬裝配過過程，驗驗證零部部件的可可裝配性性、進行行裝配序序列規(guī)劃劃、裝配配路徑規(guī)規(guī)劃、裝裝配過程程仿真等等。 三三維裝配配CAPPP作為為專業(yè)的的裝配工工藝規(guī)劃劃軟件，相相比傳統(tǒng)統(tǒng)三維CCAD裝裝配功能能主要有有以下區(qū)區(qū)別： 目目前，三三維裝配配CAPPP技術術已經(jīng)在在裝配路路徑規(guī)劃劃、工藝藝規(guī)劃、裝裝配仿真真、裝配配工藝驗驗證分析析等方面面取得了了一定的的成果，未未來還將將向以下下幾個方方面發(fā)展展： 11)深度度系統(tǒng)集集成。系系統(tǒng)集成成化是數(shù)數(shù)字化制制造發(fā)展展的重要要趨勢，包包括裝配配CAPPP自身身內部的的集成，以以及與PPLM以以及其它它上下游游系

8、統(tǒng)的的深度集集成，數(shù)數(shù)字化制制造領域域內的每每個廠商商都在朝朝著這一一方向努努力。 22)可視視化裝配配工藝評評價體系系。當幾幾何可行行性的裝裝配工藝藝集合生生成后，需需要應用用有關的的裝配評評價方法法對裝配配工藝方方案進行行評價，從從而找出出最為合合適的產產品裝配配方案。目目前評價價體系在在學術上上研究有有余而應應用不足足，特別別是在裝裝配綠色色性上的的評價仍仍需要不不斷發(fā)展展。 33)提高高系統(tǒng)的的智能性性。在充充分集成成的基礎礎上，有有效的歸歸納和管管理工藝藝專家的的經(jīng)驗和和知識并并合理利利用，提提高裝配配順序規(guī)規(guī)劃和裝裝配路徑徑規(guī)劃的的智能性性。 44)更加加專業(yè)化化。裝配配CAPPP

9、未來來將更傾傾向于提提供基于于行業(yè)、基基于專業(yè)業(yè)的方案案，針對對行業(yè)特特定需求求，提供供更多專專業(yè)化工工具，讓讓用戶使使用更便便利，回回報更豐豐厚。3.三維裝裝配CAAPP關關鍵技術術 三三維裝配配CAPPP是將將傳統(tǒng)的的裝配工工藝規(guī)劃劃中所體體現(xiàn)的內內容以虛虛擬仿真真的形式式表達出出來的一一種新的的技術。是是在產品品零部件件三維數(shù)數(shù)字化實實體模型型的基礎礎上，利利用現(xiàn)代代計算機機技術、信信息技術術和人工工智能技技術，借借助于虛虛擬現(xiàn)實實等人機機交互手手段，來來規(guī)劃與與仿真產產品的設設計裝配配過程，并指導現(xiàn)場生產。它可以克服傳統(tǒng)的裝配工藝設計中主要依賴于人的裝配經(jīng)驗和知識，以及設計難度大、設計

10、效率低、優(yōu)化程度低等問題。 基基于三維維模型的的裝配CCAPPP主要涉涉及以下下關鍵技技術： 11)裝配配信息三三維實體體建模。通通過建立立零部件件和工裝裝工具的的三維實實體數(shù)字字化模型型，提取取裝配特特征信息息和空間間位置信信息，建建立產品品的裝配配模型。裝裝配信息息建模是是數(shù)字化化裝配的的基礎。 圖圖1 裝配配信息三三維實體體建模 22)裝配配順序規(guī)規(guī)劃。根根據(jù)產品品裝配模模型提供供的結構構信息，采采用幾何何推理和和人工指指導拆卸卸相結合合的方法法進行裝裝配序列列規(guī)劃，得得到產品品的最佳佳裝配順順序。 圖圖2 裝配配順序規(guī)規(guī)劃 33)裝配配路徑及及工藝規(guī)規(guī)劃。在在三維環(huán)環(huán)境下進進行交互互式

11、工藝藝規(guī)劃及及碰撞測測試，確確定裝配配路徑，選選取合適適的工裝裝工具和和裝配方方法，擬擬定工藝藝路線，編編排工序序工步，確確定每道道工序的的質量控控制內容容和檢測測方法，最最終輸出出優(yōu)化的的裝配工工藝方案案。 44)裝配配仿真。數(shù)數(shù)字化裝裝配仿真真是在產產品的設設計階段段，通過過裝配過過程的仿仿真實現(xiàn)現(xiàn)數(shù)字化化產品的的預裝配配，驗證證和改進進產品的的裝配工工藝，生生動直觀觀地展示示產品的的可裝配配性，從從而提高高產品的的裝配效效率，減減少裝配配時間和和費用。 55)裝配配工藝輸輸出。輸輸出裝配配仿真動動畫，方方便用戶戶在裝配配現(xiàn)場，清清晰直觀觀地查看看產品的的裝配過過程及裝裝配要求求，以指指導

12、現(xiàn)場場裝配。根根據(jù)需要要，還可可以輸出出成各種種裝配工工藝卡片片用于指指導現(xiàn)場場生產。 圖圖3 裝配配工藝輸輸出 通通過以上上關鍵技技術的應應用，可可以幫助助用戶規(guī)規(guī)劃產品品的完整整裝配過過程，仿仿真、驗驗證裝配配工藝規(guī)規(guī)程的合合理性，通通過裝配配規(guī)劃、仿仿真和驗驗證，可可以在虛虛擬環(huán)境境中探索索和優(yōu)化化新的流流程和技技術，有有利于加加快企業(yè)業(yè)產品上上市速度度，增強強企業(yè)對對市場的的快速反反應能力力。4.三維裝裝配CAAPP產產品特點點 三三維裝配配CAPPP軟件件是在三三維產品品裝配模模型的基基礎上，重重新組織織產品的的裝配結結構，用用戶參照照真實感感的三維維產品模模型，規(guī)規(guī)劃產品品裝配的的

13、所有工工序，選選擇每個個裝配工工序的裝裝配對象象，并定定義工序序中每一一個工步步需要完完成的裝裝配活動動，引入入裝配過過程中用用到的制制造資源源并定義義在裝配配過程中中的活動動，最后后完成整整個產品品核心零零部件的的完整裝裝配過程程，并可可生成裝裝配工藝藝文檔及及裝配過過程錄像像。 圖圖4 三維維裝配CCAPPP設計模模式 三三維裝配配CAPPP軟件件主要特特點如下下： (1)面面向復雜雜產品的的裝配過過程規(guī)劃劃：通過過裝配結結構規(guī)劃劃、方法法規(guī)劃、節(jié)節(jié)拍規(guī)劃劃、路徑徑規(guī)劃等等方式，實實現(xiàn)產品品整個裝裝配過程程的工藝藝規(guī)劃。 (2)多多樣、全全面的技技術圖解解：通過過裝配BBOM清清單和零零部

14、件序序號標注注、零部部件裝配配要求文文字說明明、標簽簽等多樣樣、全面面的技術術圖解，幫幫助用戶戶準確理理解裝配配過程。 圖圖5 全面面的技術術圖解 (3)裝裝配工藝藝評價：在裝配配仿真播播放過程程中可進進行實時時干涉檢檢查、靜靜態(tài)干涉涉檢查、干干涉檢查查報告輸輸出等；支持裝裝配尺寸寸鏈計算算和裝配配尺寸測測量，包包括各類類距離、角角度、直直徑、半半徑的測測量。 (4)制制造資源源規(guī)劃：將工具具、量具具、工裝裝、使用用頻度較較高的三三維模型型等定義義到工藝藝裝備資資源庫中中，在三三維裝配配過程中中用以模模仿使用用工藝裝裝備裝配配產品零零部件的的完整過過程。 圖圖6 制造造資源規(guī)規(guī)劃分頁 (5)靈

15、靈活的裝裝配工藝藝輸出：不僅可可以支持持裝配過過程仿真真及錄像像輸出、各各種用于于指導現(xiàn)現(xiàn)場生產產的裝配配工藝卡卡片輸出出，還可可以結合合MESS系統(tǒng)將將裝配工工藝進行行電子化化發(fā)布。 圖圖7 結合合MESS系統(tǒng)裝裝配工藝藝電子化化發(fā)布 目目前，數(shù)數(shù)字化制制造領域域的領軍軍者西門門子Siiemeens PLMM Sooftwwaree、Dasssauult Sysstemmes、PTCC等公司司都已形形成自己己的三維維裝配工工藝規(guī)劃劃解決方方案，武武漢開目目信息技技術有限限責任公公司作為為國內數(shù)數(shù)字化工工藝與制制造的領領先者，經(jīng)經(jīng)過7年的精精耕細作作也于220111年3月正式式推出了了國內首首

16、創(chuàng)的開開目三維維裝配CCAPPP軟件。與與國外的的同類產產品相比比，國內內三維裝裝配CAAPP軟軟件具有有能支持持多種主主流三維維CADD模型、裝裝配過程程技術圖圖解全面面、裝配配工藝規(guī)規(guī)劃更符符合企業(yè)業(yè)實際，以以及成本本低、服服務響應應速度快快等優(yōu)點點。5.三維裝裝配CAAPP在在企業(yè)應應用價值值 西西方發(fā)達達國家對對三維裝裝配CAAPP技技術已經(jīng)經(jīng)有了深深入的研研究和應應用，并并已經(jīng)取取得了世世人矚目目的效果果。美國國波音飛飛機的研研制就是是數(shù)字化化應用的的典范，通通過在設設計階段段建立三三維數(shù)字字化模型型，采用用數(shù)字化化預裝配配，建立立了裝配配工藝規(guī)規(guī)劃；同同時，在在現(xiàn)場實實際裝配配中，

17、裝裝配操作作人員可可以清晰晰地按照照裝配工工藝和看看板提供供的示例例進行裝裝配，使使得裝配配效率和和裝配質質量得到到了大大大提高。 目目前，國國內三維維裝配CCAPPP技術的的應用還還處于起起步初始始階段，主主要應用用于高產產值、高高附加值值以及信信息化程程度較高高的航空空航天、汽汽車、軍軍用電子子等行業(yè)業(yè)。通過過應用，主主要實現(xiàn)現(xiàn)了以下下價值： (1)優(yōu)優(yōu)化裝配配：對產產品的裝裝配過程程行模擬擬與分析析，對裝裝配方案案進行快快速評價價，優(yōu)化化產品的的裝配過過程，及及早發(fā)現(xiàn)現(xiàn)潛在的的裝配沖沖突與缺缺陷，提提高裝配配設計效效率、提提升裝配配質量。 (2)優(yōu)優(yōu)化設計計：模擬擬和預估估產品裝裝配性能能及可裝裝配性等等方面可可能存在在的問題題，并將將裝配信信息反饋饋給設計計階段的的設計人人員，修修改、優(yōu)優(yōu)化設計計，提高高設計質質量與水水平。 (3)優(yōu)優(yōu)化制造造：提早早確定裝裝配方案案，可提提早進入入工藝計計劃與準準備階段段、提早早進行工工裝設計計與制造造，為設設計與工工藝、制制造的并并行提供供條件，可可縮短裝裝配周期期、加快快制造進進度。 (4)優(yōu)優(yōu)化人工工成本：通過裝裝配仿真真動畫輸輸出，現(xiàn)現(xiàn)場裝配配過程、裝裝配要求求清晰直直觀，保保證裝配配質量，降降低裝配