三维工艺设计范文精选

【摘要】本文针对采用三维设计模式，构建三维工艺设计系统，支撑制造过程工艺规划设计及数字化制造，应用机并行协同研制过程中。

【关键词】并行协同;　基于模型的工艺设计;　数字化制造;　三维模型

1前言

国外波音、空客为代表的航空企业全面采用全三维设计，以MBD技术为基础，在飞机全生命周期管理过程中全面采用全三维数模。

2设计思路

三维工艺设计系统采用“自上而下”的工艺设计模式，通过工艺分离面的划分实现EBOM复制、PBOM/MBOM重构，使用PPR（ProcessProductResource）结构将工艺、产品和资源关联在一起，以三维实体模型作为制造过程中的唯一依据，从而保证数据源的唯一性，提高设计协调效率。通过该平台进行工艺规划，然后Windchill系统抓取工艺数据信息供MES使用，数据流向如下图1所示：

3具备的特点

3.1采用单一数据源，实现设计制造一体化

一、引言

随着企业信息化的持续发展，越来越多的离散制造型企业从二维设计模式过渡到全三维设计模式。三维设计的参数化、可视化和分析验证等功能大幅提高了企业的设计效率、研发及创新能力。但是，由于原有的工艺管理应用工具是基于二维设计的基础上实现的，无法享受到三维设计带来的便利性，数据缺乏关联性。大多数企业的工艺解决方案是工艺人员以设计人员输出的设计数据为依据，生成所需要的工艺步骤及路线。由此造成设计与工艺脱节，设计数据不符合工艺要求，设计数据根据工艺要求更改的时间滞后；三维设计数据与工艺数据不能实现参数联动和同步更新等问题。本文以某专用车公司为例，介绍如何通过SolidWorksEPDM系统及工艺模块的开发，实现产品设计及工艺流程控制，工艺路线卡片编制，真正实现三维环境下的设计与工艺参数关联及动态变化更新。

二、设计与工艺关联实现原理

基于产品的设计流程，一般的审核流程会经过设计、校对、工艺、审核及批准等步骤，最终完成后产品用于生产。因此，基于设计、工艺一体化的过程，可以考虑在工艺审核过程中完成工艺编制及工艺审批，最终实现设计与工艺关联的目标。具体的实现原理如图1所示，通过SolidWorksEnterprisePDM系统,实现三维设计数据的电子审批流管理，产品在设计-校对-审核-批准的审批流程基础上，增加工艺会审过程，实现工艺信息的编制及审批。不同企业的工艺编制方法有所不同，在图1所示的流程中，产品工艺的编制分为两部分，首先由综合工艺员编制产品的工艺路线，然后由工艺员编制各工艺路线的工序方法。具体如下。当数据处于“综合工艺会签中（试制）”的状态时，由综合工艺员确定产品设计是否符合工艺要求，不符合则退回设计人员重新修改，符合则制订产品的工艺路线（如下料、机加、焊接和装配等），然后流转到下一流程状态“工艺会签中（试制）”，由各个工艺员对其中的工艺路线，包括产品展开尺寸、所用原材料规格、加工方法、所用设备和耗费工时等进行编辑。编制完成确认无误后，流转到下一个流程状态“综合工艺最终会签（试制）”，由综合工艺员检查工艺编制的完整性，做最终的审核判断。以上过程所涉及的工艺路线，我们可以定义好对应的代码，如表所示，在工艺编制过程中直接使用。为体现一体化设计的优势，在工艺模块中满足以下要求。（1）集成在SolidWorks的CAD工作界面上，可以随意查看三维数据的同时进行工艺编制，对于三维数据没有权限做修改。（2）通过PDM的用户组权限，确定是否具有修改编辑权限。当数据处于“综合工艺会签中（试制）”状态时，用户处在综合工艺员组，满足这两个权限，才可以编辑生成对应的工艺路线；当数据处于“工艺会签中（试制）”状态时，用户处在工艺员组，满足这两个权限，才可以编辑生成对应的工序加工方法。（3）后台使用的数据库，支持调用材料库、设计库等信息数据。（4）根据需求可以导出各类工艺数据信息。

三、工艺编制

综合工艺员在SolidWorks中打开需要审核的三维数据，然后调用加载到界面上的工艺路线模块，如图2所示。此时，综合工艺员可以调用SolidWorks命令，随意旋转或放大缩小产品模型，了解详细的产品特性，进行工艺路线的编辑生成，如图3所示。工艺路线编辑完成后，产品数据经流程审批，转换到“工艺会签中（试制）”状态下，并同时通过PDM系统发出通知，要求工艺员进行工序方法的编制。此时，综合工艺员或其他用户查看工艺路线时，处理灰色不可编辑状态，如图4所示。下料工艺员登陆系统，接到通知，要求进行新产品工序方法的编制，此时，下料工艺员打开产品，进行工序编制，输入该工序所需工时，选择需要的加工设备，同时双击打开模夹具编辑按钮，在弹出的模夹具清单中选择对应的工装夹具及辅助设备。接着，下料工艺员确定加工工位，计算并输入下料尺寸，调用原材料库导入原材料规格并输入工序要求，完成工序方法的编制过程，如图5所示。工艺员根据产品的需要，利用配置功能，同时建立基于三维设计数据的工艺卡，实现参数化驱动关联管理，如图6所示。其他机加工工艺员、装配工艺员等可同时调用工艺路线模块进行编制，相互之间独立操作，不受影响。最终完成工序方法的编制，提交流程审批进入“综合工艺员最终会签（试制）”环节，最后，经综合工艺员重新检查校对后，完成所有工艺路线的编制。制造加工部门人员通过PDM系统，在产品的数据卡信息中，可以很直观方便地了解到产品的最终工艺信息，如图7所示。

四、工艺资源管理

工艺资源管理实现的很重要一点是在后台建立基准库，包括工艺路线库、材料库、工艺库、原材料库、设备库和模夹具库。无论是设计人员还是工艺人员，都有了统一的基准库。基准库实现权限控制，管理员可增加或删除库信息，其他人员仅有调用使用的权限。利用基准库之间的关联性，实现工序、设备和模夹具之间的对应，选择不同的工序时，系统自动选出与之对应的设备和模夹具，以减少使用人员操作的复杂性。工艺路线的后台管理系统如图8所示。

摘要：针对军用电子设备二维装配工艺的设计现状，开展了基于DELMIA软件系统进行三维装配工艺设计仿真技术的研究，对电子设备三维装配工艺设计仿真的关键技术进行了重点研究与分析，从PDM下载UG三维模型文件，将其转换为DELMIA软件可识别的格式后导入并建立装配结构树，进行三维装配工艺设计与仿真。对某毫米波雷达俯仰装置的装配过程进行了装配干涉、装配顺序和人机工效仿真并输出工艺文档，按照工艺文件对该雷达俯仰装置进行了实物装配以验证其仿真符合率，结果达到了98％。

关键词：三维装配工艺设计；装配仿真；DELMIA；俯仰装置

中图分类号：TP391．7文献标志码：B

作者简介：胡国高（1977－），男，高级工程师，主要从事航空电子产品系统工艺总体设计等方面的研究

目前，电子装备行业内工艺设计的主要手段是采用填卡片式的二维CAPP，装配工艺设计主要依靠图样和二维装配工艺规程卡片来表达。电气结构设计阶段所形成的产品数字三维模型得不到充分利用，已有的数字化设计信息需要工艺人员分析和重新输入，与数字化三维CAD系统没有建立有效传递途径，不能与设计协同工作，工艺设计工作繁琐，效率低下，表达不直观，线缆敷设根据实物在现场进行手工实施，线缆设计没有三维模型化，布线路径不具体，机械装配和电气互联交错装配工艺过程不能准确清晰表达，不能进行装配工艺定量虚拟仿真和流程优化，装配工艺靠工艺人员的知识水平和装配经验来完成复杂的装配工艺设计，装配工艺可行性、装配顺序工艺合理性、装配工具及路径最优化、装配操作空间可达性等问题无法在装配设计阶段得到有效验证，导致工艺更改较为频繁，输出的工艺规程可读性差，指导性不够，装配工艺规划编制周期长。在电子设备的样机研制过程中，对其装配性能的分析和评价都是根据零部件实物来完成的，即在零件加工完成后，在产品实际的装配过程中对其装配工艺可行性、合理性进行分析和验证，根据装配结果对其装配工艺性进行修改迭代，使其满足设计要求，是一种典型的“试装配调试修正设计再试装配”传统电子设备研制生产流程，大大增加了装备研制周期和费用。先进的产品设计生产制造流程迫切需要以产品三维模型和设计物料清单（EBOM）为基础，改变现有的工艺集成制造体系，建立数字化工艺模型，形成以数字化模型为核心的数字化三维工艺设计体系，实现三维装配工艺设计仿真与产品设计并行，真正实现数字化设计制造一体化。

1三维装配工艺设计仿真规划

装配工艺过程仿真为产品装配提供一个三维的虚拟制造环境来验证和评价工艺规划的装配顺序、路径及操作程序的合理可达性。基于模型定义的数字化三维装配工艺设计过程需从产品数据管理平台（PDM）中获取某雷达产品设计数据，通过自行集成开发的数据转换程序将产品设计数据转换成DEL－MIA软件可以编辑识别的三维工艺设计数据，形成适用于工艺设计过程的产品结构树；将已定义的相关资源（如车间、工作台、工装、工具和人等）加入到DELMIA软件系统的装配工艺规划模块（DPE）环境中，形成工艺资源结构树，并在DPE中创建详细产品工艺结构树，进行三维装配单元组件划分、装配顺序和装配路径规划等工艺过程设计；根据规划好的装配组件、装配顺序及路径在DELMIA软件的工艺仿真与验证模块（DPM）中进行装配干涉检查、装配顺序仿真、装配工装工具仿真和人机功效仿真，根据仿真结果评判其合理可行性，优化迭代三维装配工艺，并将根据最终仿真结果固化的工艺输出可视化操作文档；将文档检入工艺管理系统（CAPP）中，同时从产品数据管理平台（PDM）导入设计物料清单（EBOM），在CAPP系统中进行计划物料清单（PBOM）配置，并进行编辑形成二维和三维可视化集成的工艺文件；然后将可视化集成工艺文件检入PDM系统进行归档，将的工艺文件传输到车间MES生产制造管理系统中，进行排产和作业分配，并将可视化文档在车间终端上进行显示，指导技术工人装配，实现无纸化装配生产。基于DEL－MIA软件的三维装配工艺设计与仿真总体规划。

2三维装配工艺设计与仿真的关键技术

摘 要：简单介绍在油气处理站厂工程项目三维设计过程中，配管专业和工艺专业的设计分工，阐述了两个专业之间需要提交和共享的信息，明确阶段性三维模型审查的作用，确定和谐的专业协作是提高设计质量的基本保证。

关键词：三维模型；配管；工艺；协作设计；模型审查；

中图分类号：S611 文献标识码：A 文章编号：1674-3520（2014）-08-00-01

若干年前以二维平面设计为主的年代，设计院的工艺系统设计和安装设计是不分专业的，同一个设计人员可以完成各自工艺单元的P&ID，管道/设备布置图，材料表等一系列文件的编制，这样工作模式要求设计人员必须是专业通，管道安装能最大程度满足工艺需求，但是设计效率低下，人工绘制的图纸和材料表“错，漏，碰，缺”相对较多。

近年来，随着项目设计的质量要求越来越高，三维工厂设计的优越性逐步体现出来，它采用全比例三维实体建模，将工程设计转化成为一个真正的三维工厂实体模型。为了最大限度的提高三维设计效率，设计人员按照设计流程被划分角色，工艺专业负责系统设计，配管专业负责安装设计，各司其职，已成为必然趋势。

下面，以实际进行的某国外大型油气处理站场工程为例，在配管三维设计和工艺P&ID没有集成的条件下，介绍一下在项目设计过程中，配管专业与工艺专业之间相辅相成的工作状态。

一、工艺文件是配管专业最重要的设计输入

（一）工艺PFD （Process Flow Diagram）

摘要：进入21世纪之后，三维数字化技术取得突破进展，在各行各业中展现了独特的优势，尤其是在传统工艺产品中，能够借助三维数字化技术进行艺术造型和设计，提高了传统工艺产品的艺术魅力.本文基于三维数字化技术，对传统工艺美术设计进行了研究，希望能为相关领域的研究提供借鉴和参考.

关键词：三维数字化技术；传统工艺；美术设计

引言：

作为数字时代特有的技术类型，三维数字化技术能够借助先进的设备软件，利用模拟操作功能创造出直观的产品模型，这对企业产品的艺术设计无疑起到了巨大推动作用.对于传统工艺美术产业而言，三维数字化技术是实现设计创新的基础，本文阐述了三维数字化技术应用于传统工艺美术产品设计中的优势，并讨论了三维数字化技术的设计方法，最后通过陶瓷等工艺美术产品的设计实践分析三维数字化技术应用.

1三维数字化技术应用于传统工艺美术产品设计中的意义

传统工艺美术是我国传统文化中的一部分，随着社会与时代的发展，很多人已经不再对传统工艺美术产品感兴趣，这就导致我国传统工艺美术产品设计行业出现人才断层现象.而将三维数字化技术引入传统工艺美术产品设计后，可以借助现代化的科学技术吸引学子目光，激发人们对传统工艺美术产品的热爱，可以说三维数字化技术是促进文化传承与传播的沟通桥梁.此外，三维数字化技术能够弥补传统工艺美术设计手法的不足，科学利用三维数字化技术可以促进传统工艺美术产品的繁荣与发展.

2三维数字化技术的设计方法分析

三维数字化技术的应用需要利用设计软件，对设计对象进行建模和调整，通常这些步骤都会分为四个阶段，下面具体进行分析.

1国内外装配工艺设计的现状及发展方向

随着CAD/CAM/CAE以及计算机信息和网络技术的发展，欧美各航空制造大国均已全面采用三维数字化设计和制造技术，全面采用三维数字化产品定义和仿真技术，从根本上改变了传统的飞机设计与制造方式，大幅度地提高了飞机设计制造技术水平。波音公司在波音777飞机的研制过程中，由于全面采用了该项新技术，使研制周期缩短50%，出错返工率减少75%，成本降低25%，其研制过程是数字化设计制造技术在飞机研制中应用的重大突破。近几年在美国波音787、F-35、欧洲A400M及A350的研制中，数字化设计及装配技术有了更为深入的应用[1]。近几年，国家加强了对航空业的扶持力度，我国的航空制造业迎来了高速发展时期。当前一些新型号的研制已全面采用了基于MBD的全三维产品设计，飞机产品设计已全面实现三维无纸化设计，取得了产品从二维模拟量到全三维数字量的革命性突破，也为进一步实施数字化制造打好了坚实的基础。目前零件制造部门使用MBD数据已较为顺利，大大减少了因工人对图纸理解偏差导致的质量问题；然而装配工艺设计部门依然按照传统方式进行装配工艺的规划和设计，导致三维数字化的产品数据在装配工艺设计阶段出现断层，使得三维数字化的产品设计数据无法准确顺利地往下一级流动，需要大量的人员手工参与，数据的准确性、连续性被破坏，装配指令（即AO）的编制完全采用文字或者插入少量图片的方式进行表达，工人现场使用时还需参照大量设计技术文件以及各类工艺性文件，可读性和操作性极差，一线操作者意见很大，普遍存在师傅干什么徒弟干什么的情况，无法起到指导现场操作的作用。因此装配工艺设计部门需要适应全三维数字化设计的新形势，采用基于MBD的三维数字化装配工艺设计系统进行装配工艺的设计和规划，利用设计部门在VPM协同设计系统中设计并发放的产品三维数模，通过数据接口将产品数据导入装配工艺设计系统中，并将产品三维数模的路径关联到每个零件上，在三维可视环境下进行产品的装配工艺规划及工艺设计，直观地反映装配状态，最后生成现场使用的三维可视化装配指令指导现场生产。

2基于MBD的三维数字化装配工艺的设计过程

基于MBD的三维数字化装配工艺设计不仅仅是指编制三维装配指令，而是贯穿飞机设计的整个过程，在整个过程中不同阶段有不同的侧重点。这个过程主要包含以下三个阶段：第一阶段：工艺系统接收产品初步设计数据，分析产品结构特点，与设计人员协商初步确定工艺分离面并制定初步的装配方案，然后在三维仿真软件内进行装配方案可行性的初步分析，制定总体装配方案，分析可能的装配难点和重点。第二阶段：工艺系统接收产品较高成熟度的MBD设计数据，在三维仿真软件内对重点部位（必要时对全部）结构件、管路、自动化装配设备等进行装配过程和人机功效的详细仿真分析，发现并解决产品、工装以及工艺方面的问题并给出解决方案，如图1～图3所示；这个阶段的工艺工作主要包括：装配顺序的创建和优化；装配路径设计和优化；装配工艺过程仿真模拟、人机功效模拟、自动化定位及制孔设备等的工作仿真。利用三维数字化仿真软件对产品的组件或部件进行装配过程规划，确定组件或部件内零组件的装配顺序；按照工厂现有装配条件和装配单元工作内容，进行装配路径的仿真和优化；最后在数字化装配仿真系统中进行零组件或自动化设备的装配过程及人机功效的仿真模拟，分析装配工艺过程的可操作性和合理性，发现并解决数字化产品模型装配过程中所遇到的产品、工装以及工艺设计中的各类问题，同时也可以进行工具等的选型工作[2]。第三阶段：接收设计部门的最终三维MBD设计数据，创建顶层MBOM以及PBOM等工艺数据，在数字化工艺设计系统中进行装配工艺的详细规划和细节设计以及资源库的创建，在三维可视化的环境下进行零组件以及标准件的划分，在全三维的环境下对装配指令进行工步级的细节编辑，最终生成现场使用的三维可视化工艺指令。

3三维数字化装配工艺设计系统的架构和工作模式

3.1三维数字化装配工艺设计系统的架构

本文所述的装配工艺设计系统是基于达索公司的DELMIA软件平台进行开发的三维数字化装配工艺设计系统，DELMIA软件平台分DPE和DPM两个工作环境，DPE侧重数据管理和工艺规划，DPM则提供一个三维可视化的环境便于产品数据的划分和装配仿真等工作。由于DELMIA只是提供了一个平台且目前MBD设计标准不统一，故需要在原有基础上进行客户化定制和开发，本系开发了多种辅助工艺设计工具以便工艺设计人员只需极少的文字输入即可完成工艺设计，所有关键数据均直接继承自产品MBD数模，保证了工艺信息的完整和准确；此系统中最为复杂难度最大是MBD数模中标准件的处理和划分，由于大型飞机标准件数量都在数十万甚至上百万件以上，采用实体建模将会产生天量的数据，因此目前飞机标准件设计大都采用点线等元素进行简化表达，无法使用DELMIA中标准功能进行标准件的工艺规划，因此系统开发了一套专门处理标准件模型的工具，本系统也是国内目前唯一实现了对以点线表达的标准件识别和划分的系统，如图9所示。本系统依托VPM协同设计平台提供MBD产品数据，在DELMIA中完成PBOM的创建、顶层MBOM的划分、三维装配指令的设计并向协同平台提供底层MBOM以及三维装配指令等数据，由系统平台进行管理和发放。三维数字化装配工艺设计系统的流程及架构如图4所示，整个三维数字化装配工艺设计系统始终保持设计数据的一致性，保证数据的准确性及完整性，同时本系统可给生产管控系统（MES）以及ERP系统设置数据接口[3]。

3.2三维数字化装配工艺设计系统的工作流程

1工程数据的集成管理

工程数据的集成是通过业务流程驱动，实现飞机单架次EBOM、PBOM、MBOM、产品数模、工装数模、AO和仿真验证结果数据等信息在系统之间的传递，其主要实现方式如下所述。（1）EBOM、PBOM、产品数模、工装数模的集成。从工程数据集成管理平台导出整机或指定部件单架次的EBOM结构和产品数模及相应工装信息，数据格式包括zip包、Excel等。导出的EBOM和产品数模将导入数字化装配工艺设计与管理系统进行使用。（2）MBOM数据的集成。MBOM分为顶层MBOM和底层MBOM。三维数字化装配工艺设计与管理系统提供顶层MBOM结构导出功能，将三维工艺设计与管理系统完成的顶层MBOM结构文件以XML/Excel格式输出，并导入工程数据集成管理平台，在平台上生成顶层MBOM结构。在工程数据集成管理平台上对顶层MBOM结构进行管理，当发生更改后在工程数据集成管理平台的MBOM编辑器中进行维护。底层MBOM结构在AO中的零组件配套表完成审签后由系统自动解析生成。（3）AO和仿真验证结果数据的集成。通过三维数字化装配工艺设计与管理系统和工程数据集成管理平台的集成，使数字化装配工艺设计与管理系统新增三维AO输出功能。把通过工艺设计和仿真验证后的AO数据以zip包（包含工程数据集成管理平台现有AO编辑器定义XML格式文件、具有工艺指导性的视图及Process、SMG、AVI文件等）形式输出。

2顶层工艺规划与管理

在三维数字化装配工艺设计与管理系统中进行顶层工艺规划与管理的主要工作包括PBOM的构建、顶层MBOM的构建。（1）PBOM的构建。PBOM是在EBOM的基础上，根据产品的特征和企业的制造能力，对产品的结构进行重组，使之符合企业的生产能力，为生产组织、布局、车间分工提供依据，保证生产的可行性、均衡性和经济性。飞机装配顶层工艺规划过程首先是对产品设计产生的EBOM进行重新组织形成PBOM，主要完成新建工艺组合件和划分工艺路线。PBOM在继承EBOM所有属性（产品结构、三维模型属性信息、3D链接路径信息）的基础上，增加了工艺路线、工艺组合件及备注等属性。首先利用制造资源库中每个单位所属的设备了解单位的生产能力，并在三维环境中查看企业生产单元布局，综合工艺专业类型和制造经济性构建工艺组合件；然后根据零部件类型，确定装配流程，结合各车间的业务分工和现有的任务量确定零部件需要流转的车间，进行工艺路线的划分。（2）顶层MBOM的构建。顶层MBOM由多层次的装配单元和AO编号构成。装配单元是装配件的总称，指在飞机装配过程中，可以独立组装达到工程设计尺寸与技术要求，并作为进一步装配的独立组件、部件或最终整机的一组构件。顶层MBOM构建的主要任务是根据产品的装配约束关系进行装配单元的划分，采用从大部件划分到小组件划分的顺序，将产品划分为若干个装配单元。装配单元是工序划分的基础。在PBOM的基础上，利用三维交互方式查看设计模型，分析装配约束关系，划分工艺分离面，将产品划分为几个大的装配单元，即大部件划分；再对大部件进行装配约束关系分析，在每个装配单元下确定并建立子装配单元；划分子装配体，完成顶层MBOM的构建。

3三维装配工艺设计与仿真

三维装配工艺设计与仿真主要包括底层MBOM构建、装配顺序规划、工装关联以及装配路径规划，并对工艺设计结果进行仿真和优化，将工艺设计结果形成的工艺数据（XML/Excel格式）和仿真文件等发送到工程数据集成管理平台进行统一管理。（1）装配工艺设计。利用数字化装配工艺设计与管理系统的三维可视化环境，针对具体装配单元包含的工序中零组件之间的装配约束关系，进行装配顺序调整，并对装配顺序规划的结果进行爆炸图仿真，及时发现不正确或不合理的工艺过程，进而进行装配顺序调整和优化，图2为某部件的装配工艺设计实例。然后以装配单元为基础建立AO件，并根据工位数量建立多个AO，定义AO代号和名称，确定AO对应装配单元在装配过程中所需要的装配工序，完善装配工序的基本信息，形成装配工艺，并关联各个装配工序的配套零组件、实现的装配约束、配套装配资源等信息。（2）装配工艺优化。飞机零部件尺寸大，精度要求高，装配过程需要协调的部位多，返工困难，为了避免在装配过程中因重点部位的误差叠加而导致装配精度问题的出现，需要在装配工艺准备阶段对装配精度进行预测，并对导致装配精度超差的工艺过程进行优化。直接影响产品装配精度的主要因素包括零件加工误差和产品装配工艺，现有飞机装配精度保证一般是通过测量和协调实现，不能在产品装配生产前实现对产品精度的控制。在MBD技术和数字化装配技术日趋成熟的情况下，为了缩短飞机研制周期，需要将精度控制技术融入装配工艺准备过程，实现基于精度控制的飞机装配工艺优化，确保装配工艺的可靠性。在装配工艺正式前，对产品进行整体装配精度预测（见图3），提前评估各关键特性的工艺能力。由于整体装配精度预测是在零件还未加工的情况下进行的，所以用位置公差（将尺寸公差转化为参考某基准的位置公差）作为输入。基于产品精度MBD模型，利用多维方向偏差搜索算法得出偏差传递路径，用蒙特卡洛算法将输入的位置公差转化为相应的偏差值（偏差值呈正态分布），利用上述的偏差值、传递路径、敏感度等信息来预测关键特性是否超差。在装配精度预测的基础上，通过分析预测结果，确定并优化导致精度超差的工艺因素，最终满足整体装配精度要求。如果预测出关键特性出现超差的情况，可以结合全要素的偏差贡献度分析和实际生产能力评估，确定工艺优化方案。如果该方案需要改变装配顺序、定位基准等工艺内容，则需要再进行装配工艺仿真。通过装配工艺仿真后的工艺优化方案为有效方案。为了避免飞机装配生产线生产瓶颈的出现，在装配工艺设计与仿真阶段，通过工序生产力平衡仿真，可以提前预测生产瓶颈和影响因素。通过对装配工序进行优化，可以在飞机装配生产前实现装配工序生产力平衡。对每个工序进行生产时间估算，评估每条工序任务链的生产时间，并进行生产力平衡，防止因部分工序任务链过长或过短导致生产瓶颈的出现，从而避免生产延误或等待的情况发生。

4三维装配工艺指令的生成与管理

装配工艺指令（AO）是用于规定生产管理单元的完整工艺流程和流程各环节的控制要求及记载生产过程中质量数据的工艺文件。在工程数据集成管理平台中，可获取完整的AO信息以及工艺模板，并自动创建AO。当AO完成审签流程后，系统将自动提取AO中的零组件配套表，将其关联到顶层MBOM结构中形成底层MBOM结构。（1）装配工艺文件编制。每个AO对应一道工序，将工艺组件关联至AO。在AO节点下创建工步，并添加工步属性和描述信息。将工艺组件中的零组件划分至工步，并根据要求将标准件和资源划分至工步。（2）三维工艺信息标注。根据三维信息标注规则，将工艺信息标注在三维仿真动画中，形成具有指导意义的工艺仿真文件。这些工艺信息描述关键的装配尺寸与公差范围、工装和精度要求等生产必需的工艺约束信息，以及在装配动画中无法表达的指导信息。三维工艺信息标注的主要方式包括：颜色、可见性、文本、局部放大等。（3）工艺指令。通过数字化装配工艺设计与管理系统生成AO数据包（Process、SMG、AVI、图片、XML格式的工艺文件等），将AO数据包传到工程数据集成管理平台，利用工程数据集成管理平台的AO编辑器将XML格式的工艺文件生成为AO文件，其余数据作为附件关联到AO，AO实例如图4所示。

1工艺方案的确定

1.1分析计算

为了能确定组成关键件3个平面之间的位置关系，需根据关键件图纸设计要求分析、计算，确定3个平面之间空间位置关系，使之能组合成符合图纸（投影视图）要求的三维空间形状，为具体工艺设计提供依据。本分析主要采用做图法计算出3个平面之间空间位置关系。首先根据设计图纸绘制出二维关键件侧面投影图，如下图1。关键件三维空间形状就是由斜面A和两个圆弧所在面B、C组成；然后绘制与斜面A垂直的投影图，这样斜面A投影成一个椭圆（其中斜面上的1、3点对应椭圆上的1'、3'点）；将关键件侧面投影图中R圆弧与斜面交点2（尺寸L位置）投影到椭圆上，与椭圆形成两个交点2'和2''；分别连线椭圆顶点1'与交点2'和2''，形成两条线1'2'和1'2''就是圆弧所在平面B、C与面A的交线，也就是加工形成圆弧面必须经过的线；测量线1'2'（或1'2''）与中轴线1'3'之间夹角为θ1/2。其次还需要知道平面B、C与面A之间的夹角就能确定两个面之间的位置关系，如下图2。这样需要在关键件侧面投影图上做一个辅助面D，面D经过关键件侧面投影图上圆弧最高点4（L1处）且与面A平行；同样作面D的投影图同样生成一个椭圆；再作点4的投影与椭圆相交于点4'和点4''，再用点4''作到线1'2''（面A与面C相交线）的垂线，又已知点4到面A的距离L1，这样就计算出面A与面B、C夹角约为θ2。

1.2加工方式确定

经过上述计算，确定了三个平面的空间位置关系。由于在金属加工中获得平面的主要加工方法为铣削加工，同时铣削加工形成的平面与平面相交也能获得类似倒角的结构，因此确定采用铣削加工方式。以面A和它的中轴线13为加工中翻转的基准面和轴线。

2详细工艺设计

2.1设备选型

为实现关键件形状切割，机床需具备五轴系统，并且主轴转速达万转以上。经过市场调研，购置了北京精雕有限公司生产的型号为SmartCNC500的五轴加工设备，其最高主轴转速可达到28000rpm，能够实现高转速、低进给的加工方式，符合工艺要求。

摘要：文章简要介绍了PDMS三维设计软件的功能、在核电厂工艺管道设计中的应用方法和优势，阐明了PDMS三维设计软件的运用可以为AP1000核电设计国产化做出积极贡献。

关键词：PDMS三维设计软件；AP1000核电厂； 管道设计

中图分类号：TP31 文献标识码：A

1 概述

AP1000是当今世界第三代核电的主力堆型之一，也是我国引进反应堆技术并进行国产化依托的堆型，自主设计也是主要国产化目标之一。核电厂的设计是一项极其庞大的系统工程，要想优质高效的完成设计就必须有先进的设计手段。相对于手工绘图和计算机二维绘图方法，三维绘图本质的特点在于其以实体造型为基础，形成的是三维模型，设计人员在虚拟的空间环境中进行设计，能够清晰地观察各模型之间的空间关系。核电厂工艺管道的设计具有工程大、接口多、精度要求高等特点，应用PDMS三维设计软件进行设计，可有效解决管道施工中与其他各专业间的碰撞等问题，从而大大提高核电工艺管道设计的准确性和有效性。

2 PDMS三维设计软件介绍

VANTAGE PDMS，即工厂三维设计管理系统，是在计算机上创建全比例三维模型的软件，是以数据为中心产生图形，其内涵是几何信息加属性，最终表现成果为图纸和报表以及对最终三维模型附加的各种渲染和漫游。它是一体化多专业集成布置设计数据库平台，可用于以管道详细设计为核心的工厂设计，包括设备、土建结构、暖通、电缆桥架等各专业详细设计，可实现各专业间的充分联动，在一个统一的平台上进行设计操作。该软件在功能性、易用性、先进性、开放性、协同性和普及性方面都极具优势，其主要功能包括结构功能、设备建模和布置功能、管道布置功能、支吊架功能、碰撞检查功能和动态模拟功能等。

3 PDMS三维设计软件在核电厂工艺管道设计中的应用方法和优势

摘 要：非标准设备设计是机械设计的重要组成部分，针对非标设计及其工艺具备的单件、小批量特征，试提出了三维模块化流程，在三维软件中实现非标从产品设计到工艺设计。

关键词：非标设备设计 工艺特征 三维模块化

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0101-01

非标准设备是指国家尚未定型标准，各设备生产厂不能在加工工艺过程中采取批量生产，只能按一次订货，并根据具体的设计图纸制造的设备[1]。非标准设备种类繁多，非标设计及其工艺具备单件、小批量的特点。为适应市场的发展，满足客户的不同需求，非标设计工艺人员必须有良好的技术沉淀，掌握扎实的专业知识。针对非标设计及其工艺实施的特征，本文尝试采用三维模块化方案来解决。

1 非标设计及其工艺特征

非标设计及工艺一般为单件小批量生产，不存在样件试制加工，要求设计人员有丰富的经验，尽量做到一次成功，与普通设备相比，非标设备设计及其工艺具有以下特征。

（1）要求设计人员知识面广泛，专业知识扎实。

（2）通用机床加工，使用效率低，成本高。