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基于Tecnomatix軟件的動(dòng)力總成產(chǎn)品裝配工藝開(kāi)發(fā)研究

2021-01-13 02:58:20任淑榮
關(guān)鍵詞:工步二次開(kāi)發(fā)工裝

任淑榮

(泛亞汽車技術(shù)中心有限公司,上海 201201)

0 引言

利用數(shù)字化虛擬平臺(tái)來(lái)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證裝配工藝是當(dāng)前產(chǎn)品裝配領(lǐng)域的一大發(fā)展趨勢(shì)。借助數(shù)字化手段,不僅能在較短時(shí)間內(nèi)制定理想可行的裝配工藝方案,而且可以及早發(fā)現(xiàn)工裝、工具乃至產(chǎn)品零件的設(shè)計(jì)問(wèn)題,從而縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期,節(jié)省開(kāi)發(fā)成本,提高裝配質(zhì)量。因此,推廣應(yīng)用數(shù)字化方法對(duì)于裝配行業(yè)的革新和發(fā)展具有重要意義和價(jià)值。

汽車動(dòng)力總成產(chǎn)品試制裝配是整車開(kāi)發(fā)的重要一環(huán)。在以往情況下,工藝設(shè)計(jì)人員通常依靠經(jīng)驗(yàn)對(duì)產(chǎn)品裝配進(jìn)行工藝規(guī)劃,并制定規(guī)范的工藝文件來(lái)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)品裝配。該過(guò)程周期較長(zhǎng),且需耗費(fèi)大量人工工時(shí)。數(shù)字化虛擬平臺(tái)的應(yīng)用可大大改善這一現(xiàn)狀,顯著提高產(chǎn)品工藝開(kāi)發(fā)效率。但數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)結(jié)果往往不能直接服務(wù)于現(xiàn)場(chǎng)裝配工作,需要經(jīng)過(guò)人工進(jìn)一步處理,才能生成對(duì)實(shí)際裝配操作有指導(dǎo)意義的工藝文件[1]。所以在采用數(shù)字化平臺(tái)進(jìn)行裝配工藝開(kāi)發(fā)時(shí),還需注意應(yīng)根據(jù)企業(yè)的定制需求,輸出滿足企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的裝配工藝文件。

本文基于Tecnomatix數(shù)字化虛擬軟件,以某型汽車動(dòng)力總成產(chǎn)品為研究對(duì)象,對(duì)其裝配工藝進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究。在完成工藝規(guī)劃的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)Tecnomatix軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工藝信息的提取和標(biāo)準(zhǔn)工藝文件的輸出。

1 Tecnomatix及PD模塊介紹

西門(mén)子數(shù)字化生產(chǎn)制造數(shù)據(jù)管理軟件Tecnomatix是PLM(product lifecycle management)領(lǐng)域的領(lǐng)先者,其子模塊豐富多樣,可根據(jù)需求單獨(dú)或集成使用,擁有很強(qiáng)的工藝規(guī)劃管理和裝配仿真功能[2]。如把軟件的優(yōu)勢(shì)與企業(yè)自身產(chǎn)品特點(diǎn)結(jié)合在一起,就可以高效完成生產(chǎn)或裝配工藝規(guī)劃[3]。

PD (Process Designer) 是Tecnomatix軟件的重要子模塊之一,可以對(duì)工藝信息和裝配過(guò)程分別進(jìn)行管理和規(guī)劃。PD模塊中包括4類基本的工藝要素,分別為操作(operation)、零件(part)、資源(resource)和制造特征(manufacturing feature)。其中,操作要素是指裝配產(chǎn)品的具體實(shí)施行為,有一定的順序和邏輯關(guān)系;零件要素是指構(gòu)成產(chǎn)品的零件和部件,可表示零部件之間的相互包含關(guān)系;資源要素包括裝配過(guò)程中涉及到的工具、工裝、設(shè)備等資源,同操作要素有一致的邏輯關(guān)系,構(gòu)成雙胞胎結(jié)構(gòu);制造特征是零件間的連接特征,主要有焊接、涂膠等。各類工藝要素集合在一起,可共同組成一個(gè)多層數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu),將產(chǎn)品與工藝關(guān)聯(lián)在一起,并貫穿于整個(gè)產(chǎn)品裝配周期。因此,PD可為產(chǎn)品裝配提供完整的設(shè)計(jì)框架,描述復(fù)雜的產(chǎn)品工藝過(guò)程。本文將結(jié)合PD模塊的特點(diǎn),開(kāi)展動(dòng)力總成產(chǎn)品裝配工藝的開(kāi)發(fā)工作。

2 工藝規(guī)劃制定

工藝規(guī)劃是產(chǎn)品工藝開(kāi)發(fā)的第一步,它可系統(tǒng)地表達(dá)產(chǎn)品裝配工藝路線,包含從零件到總成的每一步裝配內(nèi)容。在模塊中制定裝配工藝規(guī)劃時(shí),需把實(shí)際的裝配工藝通過(guò)軟件語(yǔ)言進(jìn)行合理表達(dá)。這就要求識(shí)別該工藝所包含的關(guān)鍵信息,并將此信息與模塊的結(jié)構(gòu)內(nèi)容和功能屬性建立關(guān)聯(lián)。本文將從工步和工序定義及工藝流程設(shè)計(jì)2方面來(lái)制定產(chǎn)品工藝規(guī)劃。

2.1 工步和工序定義

在動(dòng)力總成產(chǎn)品試制中,裝配工藝通常以工步和工序進(jìn)行表述。工步包含完成特定操作的一系列動(dòng)作步驟;工序則是一個(gè)或多個(gè)工步的集合,包含安裝功能相對(duì)獨(dú)立部件所涉及的全部任務(wù)。在PD中完整、準(zhǔn)確地表達(dá)產(chǎn)品的裝配工藝,需要先在模塊中對(duì)工步和工序進(jìn)行定義。

在PD中,為了條理有效地表示描述工藝數(shù)據(jù),可將操作要素設(shè)為工藝信息的基本載體,以其為中心將零件要素、資源要素和制造特征要素關(guān)聯(lián)起來(lái),如圖1所示??梢钥闯?,一個(gè)操作節(jié)點(diǎn)便可以完整地表達(dá)一項(xiàng)具體工藝環(huán)節(jié)所涵蓋的內(nèi)容。進(jìn)一步地,將多個(gè)操作節(jié)點(diǎn)按照一定的原則有機(jī)地結(jié)合在一起,就能建立起系統(tǒng)的工藝模型。所以,可將產(chǎn)品裝配的工步和工序映射到相應(yīng)的操作節(jié)點(diǎn)概念中來(lái),便能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工藝在PD中的完整呈現(xiàn)。本例中,將名為復(fù)合操作(compound operation)的操作節(jié)點(diǎn)定義為動(dòng)力總成產(chǎn)品裝配工步,將高一層級(jí)的名為工位操作(Pr station process)的操作節(jié)點(diǎn)定義為工序,通過(guò)操作結(jié)構(gòu)樹(shù)圖來(lái)表達(dá)產(chǎn)品的裝配工藝,如圖2所示。

2.2 工藝流程設(shè)計(jì)

裝配工步和工序定義完成后,就可按照產(chǎn)品原型和裝配結(jié)構(gòu),在PD中進(jìn)行工藝流程設(shè)計(jì)。動(dòng)力總成產(chǎn)品的裝配工藝流程主要包括裝配序列規(guī)劃、零件信息描述、裝配步驟表達(dá)、工具和工裝使用、圖片示意等。本文把以上工藝信息與各操作節(jié)點(diǎn)聯(lián)系在一起,使所有工藝流程信息體現(xiàn)在操作結(jié)構(gòu)樹(shù)中。

在PD中,產(chǎn)品裝配先后順序可用操作樹(shù)節(jié)點(diǎn)的上下次序來(lái)表示。但產(chǎn)品裝配序列設(shè)計(jì)是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工程,涉及工裝和工具的可達(dá)性和操作空間[4]。對(duì)于傳統(tǒng)而言,設(shè)計(jì)者往往根據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行設(shè)定,但常常由于客觀局限致使某些環(huán)節(jié)出錯(cuò),需要經(jīng)過(guò)多次修正和優(yōu)化才能得到最終的方案。本例將基于Tecnomatix軟件,采用更為準(zhǔn)確和高效的仿真方法進(jìn)行裝配序列規(guī)劃。首先根據(jù)產(chǎn)品模型和零件結(jié)構(gòu)樹(shù)來(lái)理清裝配結(jié)構(gòu)。按照可拆即可裝的原則,對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行逐級(jí)拆解和試安裝。在此過(guò)程中將涉及到的工具和工裝進(jìn)行引用和檢驗(yàn),并優(yōu)化工裝和工具的可達(dá)性。在得到合理的拆解順序后將整個(gè)序列取反,并為操作節(jié)點(diǎn)進(jìn)行工步和工序定義,就能獲得產(chǎn)品最終的裝配序列。

在制定裝配產(chǎn)品裝配序列的同時(shí),可將每工步所需的零件、資源和制造特征與相應(yīng)的操作節(jié)點(diǎn)進(jìn)行關(guān)聯(lián),則該節(jié)點(diǎn)的屬性中便含有了零件信息,工具、工裝和設(shè)備信息及制造特征信息。零件裝配步驟、物料工位信息、示意圖片等其他相關(guān)的工藝信息,也可以錄入到操作節(jié)點(diǎn)屬性框的對(duì)應(yīng)位置。這樣,產(chǎn)品裝配工藝流程便全部輸入到PD模塊中。

3 軟件二次開(kāi)發(fā)

工藝規(guī)劃制定完成后,還需要將它按照企業(yè)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行導(dǎo)出并發(fā)布,對(duì)產(chǎn)品裝配人員進(jìn)行操作培訓(xùn)和指導(dǎo)。本例中,包含序號(hào)、零件號(hào)、零件名稱、數(shù)量、工位編號(hào)、步驟描述、詳細(xì)描述、工裝/設(shè)備名稱、工裝編號(hào)、技術(shù)要求、是否關(guān)鍵工藝及圖解在內(nèi)的工藝信息均需導(dǎo)出,為Excel文件。Excel文件標(biāo)準(zhǔn)模板如圖3所示。但截至目前,標(biāo)準(zhǔn)的Tecnomatix軟件并不支持該類需求。所以,為了最終導(dǎo)出符合要求的工藝文件,需要對(duì)Tecnomatix軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),通過(guò)新建插件程序,來(lái)提取工藝規(guī)劃中的數(shù)據(jù)信息,并輸出到標(biāo)準(zhǔn)的工藝模板中。

3.1 二次開(kāi)發(fā)方法

本文采用Tecnomatix提供的.Net API方法進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。此方法所開(kāi)發(fā)出的應(yīng)用程序與軟件本身結(jié)合緊密,具有響應(yīng)好、穩(wěn)定性高的優(yōu)點(diǎn)。而且,該方法具有跨平臺(tái)兼容性,因而可借助多種平臺(tái),將開(kāi)發(fā)出的插件程序工具集成在Tecnomatix軟件中[5]。本文選擇VisualStudio2010平臺(tái),采用C#語(yǔ)言進(jìn)行程序代碼編譯。

3.2 二次開(kāi)發(fā)功能

3.2.1 工藝信息提取功能

工藝信息提取是插件程序首要具備的功能,而實(shí)現(xiàn)該功能的前提是要設(shè)置全局變量。以下程序結(jié)構(gòu)用于定義Tecnomatix中一個(gè)工步節(jié)點(diǎn)的相關(guān)屬性:

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;

}

全局變量設(shè)定完成后,需從所選裝配工藝所包含的所有工步節(jié)點(diǎn)屬性中獲取相應(yīng)的工藝信息。這可通過(guò)調(diào)用Tecnomatix API中自帶的GetSheetContent ()函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)該功能。

3.2.2 工藝信息導(dǎo)出功能

本例中需要將從Tecnomatix中提取的工藝信息,按照既定格式導(dǎo)出至Excel模版,這可通過(guò)調(diào)用Window Office的API中ExportTemplateExcel () 函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。在程序中將工藝信息設(shè)定在Excel sheet頁(yè)中的對(duì)應(yīng)位置,便可以把不同類別的工藝信息寫(xiě)入到對(duì)應(yīng)的單元格中。

3.2.3 對(duì)話框功能

在實(shí)現(xiàn)工藝信息提取和導(dǎo)出的基礎(chǔ)上,還需要建立對(duì)話框程序,實(shí)現(xiàn)模板選定、導(dǎo)出工藝范圍選定、文件保存位置選定等人機(jī)交互功能[6]。本例中建立的對(duì)話框如圖4所示。通過(guò)選定模板及工序、工步范圍,最終將工藝信息導(dǎo)出,成為符合標(biāo)準(zhǔn)的Excel工藝文件。

4 實(shí)例驗(yàn)證

以動(dòng)力總成產(chǎn)品裝配工藝中“A010缸體機(jī)加工”這一工序?yàn)槔M(jìn)行前述工藝開(kāi)發(fā)的實(shí)例驗(yàn)證。首先,在PD中新建項(xiàng)目,建立該工序操作結(jié)構(gòu)樹(shù),如圖5所示。將零件與相應(yīng)工步進(jìn)行關(guān)聯(lián),零件信息就會(huì)出現(xiàn)在該工步節(jié)點(diǎn)的屬性中,如圖6所示。采用同樣的方法將工具、工裝與相應(yīng)的工步進(jìn)行關(guān)聯(lián),并把涉及到的其它工藝信息填寫(xiě)到工步節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的屬性框中,如圖7示。至此完成了該工序的工藝規(guī)劃工作。

接下來(lái),對(duì)該工序的工藝信息進(jìn)行提取和導(dǎo)出。首先,在PD中啟動(dòng)二次開(kāi)發(fā)程序,彈出對(duì)話框如圖8所示。然后,在對(duì)話框中,先選擇新建模板并選定標(biāo)準(zhǔn)模板;在“選擇工作表”框中選擇“Blank”,表示將工藝信息導(dǎo)出到新的Excel表格Sheet中;點(diǎn)擊“新工作表名” 框,并全選該工序下5個(gè)工步,表示工藝信息的提取范圍,此時(shí)框內(nèi)會(huì)自動(dòng)出現(xiàn)該工序名 “A010 缸體機(jī)加工”,以其來(lái)命名新生成的Sheet。最后,選定文件保存位置,點(diǎn)擊保存按鈕,數(shù)據(jù)導(dǎo)出成功,如圖9所示。至此,該工序的工藝信息便全部提取并導(dǎo)出到標(biāo)準(zhǔn)Excel模板上,如圖10所示。

5 結(jié)論

本文基于Tecnomatix數(shù)字化虛擬軟件,對(duì)某汽車動(dòng)力總成產(chǎn)品的裝配工藝進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究,制定了工藝規(guī)劃方案,并對(duì)Tecnomatix軟件進(jìn)行二次開(kāi)發(fā),實(shí)現(xiàn)了工藝信息提取和導(dǎo)出功能,最終輸出符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的工藝文件??梢钥闯觯摷夹g(shù)方案涵蓋了產(chǎn)品裝配工藝開(kāi)發(fā)從規(guī)劃到文件輸出的全過(guò)程,對(duì)企業(yè)在該領(lǐng)域的實(shí)踐提供了一種全新的思路。另外,該技術(shù)方案不僅僅局限于汽車動(dòng)力總成產(chǎn)品的裝配工藝設(shè)計(jì),還可推廣應(yīng)用到其它行業(yè)的產(chǎn)品裝配工藝開(kāi)發(fā)中。

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