一、項(xiàng)目背景

       工藝設(shè)計(jì)是產(chǎn)品研制過程中的重要環(huán)節(jié)，而基于三維模型的工藝設(shè)計(jì)仿真技術(shù)是近十幾年來興起的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)新技術(shù)。

       近年來，國外以西門子、達(dá)索、PTC等為代表的國際大型軟件廠商的三維工藝設(shè)計(jì)和仿真軟件產(chǎn)品，已經(jīng)在全世界的制造企業(yè)推廣應(yīng)用，功能和性能先進(jìn)，成熟度較高。雖然目前國內(nèi)已有一些具有自主品牌的三維工藝設(shè)計(jì)仿真軟件工具，但在軟件的底層技術(shù)、產(chǎn)品功能、性能、可靠性和穩(wěn)定性等方面與國外同類軟件還存在較大的差距，市場占有率低，也無法完全滿足我國高端裝備的應(yīng)用需求。

       從研發(fā)技術(shù)方面，目前國外工業(yè)軟件供應(yīng)商在工藝設(shè)計(jì)軟件方面呈現(xiàn)出平臺化、集成化、服務(wù)化的趨勢，已形成產(chǎn)用結(jié)合的三維工藝設(shè)計(jì)仿真軟件生態(tài)體系。而國內(nèi)同類廠商則多從面向行業(yè)的工藝知識建模與應(yīng)用的角度著手，依托CAD引擎進(jìn)行開發(fā)，而CAD引擎等核心技術(shù)和關(guān)鍵軟件工具大多還需要從國外引進(jìn)，研發(fā)技術(shù)整體還是受制于人，存在“卡脖子”的問題。

       綜上所述，在自主可控的三維工藝規(guī)劃系統(tǒng)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP研制方面，國產(chǎn)軟件雖然具有一定的基礎(chǔ)，但已經(jīng)成為制約裝備發(fā)展的隱患，是必須且亟待解決的問題。

二、解決方案簡介

       三維工藝規(guī)劃系統(tǒng)（Inte3D）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP解決方案由天喻軟件研發(fā)，是在三維數(shù)字化實(shí)體模型的基礎(chǔ)上，借助于虛擬仿真技術(shù)等人機(jī)交互手段來規(guī)劃與仿真產(chǎn)品的工藝過程，輸出結(jié)果用于指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)，是未來數(shù)字化工廠發(fā)展的必然要求。

       該解決方案基于三維輕量化模型，在三維環(huán)境下可直接利用模型中的屬性、幾何、拓?fù)涞刃畔ⅲ匀S標(biāo)注、干涉檢查、動畫、可視化等實(shí)時(shí)的“所見即所得”的方式，來實(shí)現(xiàn)裝配、焊接、加工等工藝的三維設(shè)計(jì)規(guī)劃和仿真，大幅提升企業(yè)工藝制作效率，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)缺陷，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。

       該解決方案基于成熟度較高的國產(chǎn)三維引擎、結(jié)合復(fù)雜產(chǎn)品研制實(shí)際需求進(jìn)行深度研發(fā)，突破了模型輕量化轉(zhuǎn)換、知識庫構(gòu)建、EBOM向PBOM轉(zhuǎn)換、PLM系統(tǒng)集成等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，可滿足復(fù)雜機(jī)電產(chǎn)品復(fù)雜工藝設(shè)計(jì)與仿真的要求。

       該解決方案具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)，是自主可控的高性能國產(chǎn)三維工藝設(shè)計(jì)APP，是同類產(chǎn)品的進(jìn)口替代解決方案。

1. 應(yīng)用架構(gòu)

圖表 1 系統(tǒng)架構(gòu)

       如上圖，該解決方案技術(shù)架構(gòu)含五個(gè)層級：

• • 底層支撐層：確保APP正常運(yùn)行的軟硬件支撐工具和環(huán)境，包括操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及硬件和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等；
  • 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)層：用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、數(shù)據(jù)互通和標(biāo)識解析等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集和分析功能，包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)IOT引擎、數(shù)據(jù)分析和AI引擎；
  • 工業(yè)APP知識層：用于實(shí)現(xiàn)各類工藝知識庫的管理和應(yīng)用，系統(tǒng)出廠配置包含零件工藝知識庫、加工方法庫、工藝資源庫和典型零件加工工藝庫等，也可根據(jù)用戶實(shí)際需求進(jìn)行自定義擴(kuò)展；
  • 工業(yè)APP操作層：核心應(yīng)用層。工藝設(shè)計(jì)平臺與三維CAD深度集成，完成三維模型的數(shù)據(jù)交換與傳遞，同時(shí)提供豐富的三維工藝設(shè)計(jì)、可視化、仿真、設(shè)計(jì)結(jié)果輸出等功能；
  • 行業(yè)應(yīng)用層：基于該APP在各行業(yè)應(yīng)用的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，形成具備行業(yè)特色的方案和功能套件，以便于在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行快速推廣應(yīng)用。

2. 功能設(shè)計(jì)

• • 三維工藝模型數(shù)據(jù)輕量化

       將零部件設(shè)計(jì)模型進(jìn)行輕量化轉(zhuǎn)換，以提高三維模型在工藝設(shè)計(jì)中的性能和復(fù)用性，并有利于三維工藝向生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)的傳輸和應(yīng)用。Inte3D兼容市場上主流的三維模型文件格式，同時(shí)可提取三維模型的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)以及零部件屬性信息。

• • 三維機(jī)加工藝規(guī)劃

       基于特征識別、智能特征推導(dǎo)等技術(shù)，系統(tǒng)可自動識別出三維模型中的加工特征，并自動推導(dǎo)出機(jī)加工藝路線。工藝設(shè)計(jì)人員可在此基礎(chǔ)上對工藝內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，可對模型進(jìn)行PMI標(biāo)注，可利用技術(shù)圖解增加加工參數(shù)、技術(shù)要求等描述，形成完整的三維加工工藝。

圖表 2三維PMI標(biāo)注

圖表 3三維機(jī)加工藝規(guī)劃

• • 三維裝配工藝規(guī)劃

       Inte3D系統(tǒng)支持三維結(jié)構(gòu)化裝配工藝設(shè)計(jì)，打通了EBOM到PBOM、裝配BOM的數(shù)據(jù)流，可對產(chǎn)品裝配過程進(jìn)行三維動態(tài)仿真以判斷工藝設(shè)計(jì)的合理性和正確性，可下發(fā)三維作業(yè)指導(dǎo)書到裝配現(xiàn)場。

圖表 4三維裝配工藝規(guī)劃

• • 三維焊裝工藝規(guī)劃

       對于焊接工藝，Inte3D支持在三維模型上對焊接的焊點(diǎn)、焊縫、螺柱焊等工藝信息進(jìn)行快捷定義，并輸出為焊接工藝文件。

圖表 5三維焊接工藝表達(dá)

• • 三維工藝可視化輸出

       Inte3D工藝設(shè)計(jì)提供多種輸出形式，既可以是三維的工藝文件、三維PDF、視頻等，也可以輸出為二維的工藝卡片、Excel文件。三維工藝的可視化輸出為車間生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝瀏覽和應(yīng)用提供了技術(shù)基礎(chǔ)。

圖表 6三維工藝輸出為3DPDF格式

• • 工藝知識庫和資源庫構(gòu)建

       在復(fù)雜產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)中，尤其是裝配、焊接等工藝，通常需要大量的工藝規(guī)則應(yīng)用。Inte3D提供了工藝規(guī)則庫、資源庫等知識庫構(gòu)建，通過預(yù)定義的規(guī)則快速進(jìn)行工藝匹配，提高工藝設(shè)計(jì)效率。

• • 與PLM系統(tǒng)深度集成

       Inte3D與PLM已實(shí)現(xiàn)雙向深度集成，支持三維設(shè)計(jì)模型從PLM的自動獲取、三維工藝文件向PLM的上傳和變更，以及對工藝路線、工藝內(nèi)容、物料、輔料、工具工裝、工時(shí)等結(jié)構(gòu)化信息的雙向互動。

3. 應(yīng)用性

       Inte3D可廣泛應(yīng)用于制造業(yè)企業(yè)產(chǎn)線建模和仿真、產(chǎn)品三維工藝規(guī)劃和仿真、三維現(xiàn)場作業(yè)指導(dǎo)，以及崗位培訓(xùn)、產(chǎn)品3D維修手冊制作、三維可視化宣傳展示、數(shù)字孿生三維場景輸出等。

       Inte3D應(yīng)用的軟硬件環(huán)境要求：

• • 操作系統(tǒng)： Win7 sp1以上；
  • 硬件環(huán)境：電腦CPU主頻2.0GHZ或者以上，內(nèi)存4GB 或者以上；
  • 三維建模平臺支持：ProE Wildfire，Croe，UG NX，SolidWorks，SolidEdge， Invertor 等。

       Inte3D是在天喻軟件公共平臺的基礎(chǔ)上研發(fā)的套件，確保了產(chǎn)品數(shù)模的一致性和互通性，并且采用基于SOA的多層體系結(jié)構(gòu)，具有高度開放性。

4. 創(chuàng)新性

• • 技術(shù)創(chuàng)新：
  • 利用三維模型表達(dá)的直觀性來完成工藝路線的規(guī)劃與優(yōu)化，改變了基于二維的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式，形成基于三維的工藝設(shè)計(jì)思路，使復(fù)雜產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)范更完整、更準(zhǔn)確；
  • 通過三維模型承載工藝信息的方式可避免二維和三維信息的轉(zhuǎn)換，從而降低信息在轉(zhuǎn)換和傳遞過程中的失真率和錯(cuò)誤率；
  • 打通了三維技術(shù)從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)核心業(yè)務(wù)鏈上的應(yīng)用，有利于三維數(shù)?？焖傺诱沟缴a(chǎn)環(huán)節(jié)，是生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控的技術(shù)基礎(chǔ)。

• • 模式創(chuàng)新
  • 通過構(gòu)建企業(yè)工藝知識庫，形成經(jīng)驗(yàn)和知識的復(fù)用體系，幫助企業(yè)提升工藝設(shè)計(jì)能力，保護(hù)智力資產(chǎn)；
  • 將文字、圖形、動畫等形式與三維模型的融合，使工藝呈現(xiàn)更直觀、更準(zhǔn)確，降低了生產(chǎn)人員對工藝的理解難度；
  • 產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型可以直接復(fù)用，極大減少了工藝人員繪制三維工序模型的工作量，使工藝人員能夠有更多的時(shí)間和精力專注于工藝創(chuàng)新上；
  • 該APP在企業(yè)的實(shí)施過程中，可幫助企業(yè)對資源、流程和管理進(jìn)行優(yōu)化，形成適應(yīng)于企業(yè)的方法論和配套制度，有利于企業(yè)向數(shù)字化轉(zhuǎn)型的發(fā)展。

三、解決方案應(yīng)用情況

1. 總體應(yīng)用情況

       天喻軟件二十多年來專注于服務(wù)國內(nèi)制造企業(yè)，擁有大量裝備、汽車、航空、航天、軌道交通等行業(yè)客戶，并且與華中科技大學(xué)、武漢理工大學(xué)等高校保持著密切的產(chǎn)學(xué)研協(xié)作關(guān)系。三維工藝規(guī)劃系統(tǒng)（Inte3D）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)APP目前已經(jīng)在國內(nèi)多個(gè)制造業(yè)企業(yè)和高校成功應(yīng)用，應(yīng)用企業(yè)近100家、裝機(jī)量近10萬臺，尤其是在制造行業(yè)具有標(biāo)桿性案例。

       通過眾多規(guī)模型企業(yè)用戶的穩(wěn)定應(yīng)用，該APP的通用性、安全性、適用性、穩(wěn)定性和擴(kuò)展性均得到了有效檢驗(yàn)及迭代提升，也積累和沉淀了豐富的行業(yè)知識和項(xiàng)目實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，可進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化的快速復(fù)制與推廣。

2. 典型應(yīng)用案例

• • 吳忠儀表

       吳忠儀表是中國控制閥行業(yè)的龍頭企業(yè)，被國家工信部評為“智能制造試點(diǎn)示范”企業(yè)。

       吳忠儀表三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)平臺以三維裝配、機(jī)加、焊接等工藝過程為切入點(diǎn)，在三維模型輕量化基礎(chǔ)上，綜合應(yīng)用Inte3D提供的工藝設(shè)計(jì)、動畫、技術(shù)圖解、干涉檢查、仿真等功能，實(shí)現(xiàn)了工藝設(shè)計(jì)的三維化轉(zhuǎn)換，以及相關(guān)零部件生產(chǎn)參數(shù)、生產(chǎn)設(shè)備、工裝夾具等的數(shù)字化轉(zhuǎn)換。

       另外，利用該APP的數(shù)字化樣機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在可視化環(huán)境下分析產(chǎn)品的可裝配性、可拆卸性、可維修性、可加工性，分析產(chǎn)品加工和裝配精度，并幫助工藝人員對產(chǎn)品生產(chǎn)工序進(jìn)行合理調(diào)序或優(yōu)化，既節(jié)省了試驗(yàn)樣機(jī)的成本，也進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

圖表 7吳忠儀表三維數(shù)字化工藝車間

• • 登奇機(jī)電

       登奇機(jī)電技術(shù)有限公司是國內(nèi)領(lǐng)先的伺服電機(jī)研發(fā)和生產(chǎn)廠家，是國家智能制造專項(xiàng)數(shù)字化工廠。

       Inte3D在登奇機(jī)電佛山生產(chǎn)基地得到了深入的應(yīng)用：

• • 產(chǎn)線規(guī)劃和仿真：通過該APP實(shí)現(xiàn)了登奇V8和T5電機(jī)裝配生產(chǎn)線的三維虛擬建模，并對產(chǎn)線中物流機(jī)器人、AGV小車、雙層傳輸帶、上下料機(jī)器人、機(jī)器設(shè)備、工件托盤等組成進(jìn)行運(yùn)動仿真，對產(chǎn)線設(shè)備的空間布局合理性進(jìn)行檢查和驗(yàn)證；
  • 工藝規(guī)劃和仿真：實(shí)現(xiàn)對三維裝配工藝的建模與仿真，支持幾何細(xì)節(jié)層面上的裝配工藝驗(yàn)證與優(yōu)化，將生產(chǎn)運(yùn)行監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)實(shí)景可視化展示，并驗(yàn)證了基于生產(chǎn)數(shù)據(jù)驅(qū)動的設(shè)備運(yùn)動仿真，以及作業(yè)工時(shí)預(yù)估。

圖表 8登奇機(jī)電裝配線建模與仿真

圖表 9登奇機(jī)電工藝規(guī)劃和設(shè)備仿真