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淺談基于成熟規(guī)則的工藝性自動化審查系統(tǒng)

2021-06-22 06:46:12周子榮
日用電器 2021年5期
關(guān)鍵詞:工藝性螺母套筒

周子榮 劉 云 張 杰

(珠海格力電器股份有限公司 珠海 519000)

引言

工藝,是連接產(chǎn)品設(shè)計到生產(chǎn)制造的橋梁。而工藝性審查,是在產(chǎn)品設(shè)計階段,對產(chǎn)品及其零部件工藝性進行全面審查并提出意見和建議的過程。工藝性審查可以有效的彌補產(chǎn)品產(chǎn)品設(shè)計員對生產(chǎn)工藝知識的空白(如生產(chǎn)線體情況、零件加工及整機裝配環(huán)境等要求),更好的保證產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計面向制造。

傳統(tǒng)的工藝性審查以經(jīng)驗、點檢,試錯方式進行,是目前采用一般性方法,其具體方式如下:

1)經(jīng)驗法:審查員基于前期對產(chǎn)品生產(chǎn)情況、工藝零件加工、產(chǎn)線裝配等知識的經(jīng)驗總結(jié),來開展新產(chǎn)品審查。

2)點檢法:經(jīng)驗法對個人經(jīng)驗水平要求較高,但由于人員經(jīng)驗水平差異,容易造成疏漏,尤其是新員工。為此,通常在經(jīng)驗法的基礎(chǔ)上,開展集體經(jīng)驗地整合,形成標準化的產(chǎn)品審查要點點檢表。在后續(xù)新產(chǎn)品開發(fā)過程,審查員基于產(chǎn)品點檢表,對新產(chǎn)品進行逐項點檢審查。

3)試錯法:在新產(chǎn)品所有零件生產(chǎn)出來后,審查員進行實物裝配驗證,識別影響新產(chǎn)品大批量生產(chǎn)的問題,并反饋設(shè)計員進行修改。

但是,隨著企業(yè)的高速發(fā)展,產(chǎn)品類別的極速擴展,經(jīng)驗的不斷沉淀,工藝標準愈來愈多,產(chǎn)品開發(fā)過程更加難以全面考量。傳統(tǒng)工藝性審查方式,由于其信息化程度低,導(dǎo)致審查工作量和壓力愈來愈繁重,不僅影響產(chǎn)品開發(fā)速度,而且不能滿足產(chǎn)品迭代日益快速的市場環(huán)境。為此,以實現(xiàn)全面信息化、自動化、智能化為主,人工審查為輔,建立設(shè)計工藝并行、協(xié)同、一體化的產(chǎn)品工藝性自動化審查系統(tǒng)被提上議程。設(shè)計及工藝部門展開對自動化審查技術(shù)的調(diào)研和探索實施,如黃堅等實現(xiàn)了裝配模型外觀間隙的自動化檢查[1]。

本文立足企業(yè)工藝性自動化審查系統(tǒng)順利實施并取得階段性成果的基礎(chǔ)上,介紹系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及實施過程要點,希望給行業(yè)提供啟發(fā)和借鑒。

1 自動化審查系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

PTC Creo是家電行業(yè)產(chǎn)品三維模型通用化設(shè)計軟件之一,其提供Pro/Toolkit、JLINK、Weblink、VB等豐富二次開發(fā)工具,其中以Pro/Toolkit工具為主[2]。企業(yè)可以根據(jù)自身需求利用二次開發(fā)工具進行定制化開發(fā),并以插件形式嵌入到Creo三維設(shè)計環(huán)境中,實現(xiàn)設(shè)計、審查過程的實時動態(tài)化檢查。

本文介紹的工藝性自動化審查系統(tǒng)基于Creo Pro/Toolkit工具開發(fā)[3],是一款面向家電行業(yè)、集成信息化、自動化、智能化功能的工藝性自動化審查系統(tǒng)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

2 自動化審查的實現(xiàn)

首先,以某產(chǎn)品接管螺母的裝配工藝性的案例來對比展現(xiàn)傳統(tǒng)工藝審查方式和自動化審查方式的異同。

在外機生產(chǎn)過程中,需要使用套筒工具將接管螺母卸下以安裝截止閥。接管螺母卸載過程所涉及的零件及工具如圖2所示。

圖2 接管螺母卸載過程所涉及的零件及工具

假設(shè)生產(chǎn)現(xiàn)場及倉庫存在三種22 mm套筒工具,如圖3所示,其可插入深度的情況不同(從左到右插入深度依次降低);若在應(yīng)該使用右一的套筒工具(淺)時,錯誤使用左一套筒工具(深),則可能造成閥門支架被劃傷,如圖4所示。因此,工藝員在審查時必須對所有適用的套筒型號進行審查,以識別同型號可用/不可用的情況,提前制定限制措施,避免生產(chǎn)過程使用錯誤的套筒工具。

圖3 三種不同可插入深度的22 mm套筒工具(從左到右可插入深度依次降低)

圖4 套筒可插入深度影響生產(chǎn)的對比圖示

2.1 傳統(tǒng)審查方式

對于上述案例的審查,傳統(tǒng)審查方式一般以經(jīng)驗法、三維模擬裝配法為主,其過程如下。

2.1.1 經(jīng)驗法

如圖5所示,經(jīng)驗法使用Creo自帶的測量工具直接測量接管螺母零件與閥門支架曲面的最小間隙、接管螺母中心到閥門支架的投影距離,然后與經(jīng)驗間隙判斷是否存在劃傷風險,如表1所示。

圖5 經(jīng)驗法審查方式

表1 外機接管螺母套筒選配表

按經(jīng)驗整理22 mm套筒工具對應(yīng)的間隙要求適用情況表,如表1所示。

2.1.2 三維模擬裝配法

如圖2所示,在三維裝配環(huán)境下,將不同型號的套筒三維模型通過裝配工具,安裝在整機三維模型上,然后切換視角觀察是否存在干涉問題。

2.2 自動化審查方式

自動化審查在人工經(jīng)驗法基礎(chǔ)上對測量目標的選取方式通過程序再現(xiàn),整體分兩步進行。

第一步:按經(jīng)驗測量方法,明確檢查目標即具體到測量所選擇的面、線或其他特征等信息,如間隙審查將所涉及的內(nèi)容轉(zhuǎn)化為具體零件與零件、面與面、面與零件等的參照關(guān)系,以便程序開發(fā)人員能夠直接讀取并轉(zhuǎn)化為程序。

第二步:以具體程序?qū)崿F(xiàn)時,開發(fā)人員首先通過Pro/Toolkit工具,將第一步中的審查目標信息從三維模型中提取,然后進行比對判斷。其具體實現(xiàn)過程多樣,以運行效率為先,如本文中套筒工具工藝性審查案例,在實際程序自動化實現(xiàn)過程中存在如下兩種常見方式:

1)零件干涉法:將各類套筒工具模型以接管螺母為坐標參考進行自動化裝配,然后檢查套筒工具模型與閥門支架的干涉情況,直接判斷該套筒是否符合標準。

2)間隙檢測法:此種方式已成功實現(xiàn)并運用于日常審查中[1],其不依賴套筒工具模型,而是通過讀取接管螺母特征,識別目標幾何特征,然后與閥門支架進行間隙檢查并判斷是否符合標準,一般過程如圖6所示。

圖6 接管螺母工具使用工藝性間隙法實現(xiàn)方式流程圖

2.3 自動化審查實現(xiàn)過程關(guān)鍵技術(shù)

通過以上案例對比可以發(fā)現(xiàn),實現(xiàn)工藝性自動化審查的兩個關(guān)鍵內(nèi)容:模型特征識別技術(shù)、規(guī)則標準化管理。

2.3.1 模型特征識別技術(shù)

模型特征識別技術(shù)是系統(tǒng)實現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ),具體的技術(shù)實現(xiàn)方式多種多樣,但根本是服務(wù)于系統(tǒng)的實用性和使用舒適性。因此,作為需求方重點應(yīng)關(guān)注如下三個方面:

1)特征識別技術(shù)基本原理的掌握:通過調(diào)研及前期項目開過程中發(fā)現(xiàn),作為需求方優(yōu)勢是清晰的知曉每一個需求的具體內(nèi)容,劣勢是不懂需求程序化實現(xiàn)的方式。這一問題,經(jīng)常導(dǎo)致開發(fā)出來的系統(tǒng)與設(shè)想的存在較大偏差,影響使用。因此,有組織、有計劃的對特征識別技術(shù)原理的學習及形成相關(guān)培訓教材,可以使用戶能夠清晰的知道需求是否可以加入到系統(tǒng)中,并初步判斷實現(xiàn)的邏輯,以便與系統(tǒng)開發(fā)員更好進行討論系統(tǒng)規(guī)劃、發(fā)掘和優(yōu)化識別算法,提高軟件代碼重用率和執(zhí)行準確性,以期完美的實現(xiàn)既定需求。

2)自主開發(fā)與批量維護的規(guī)劃:凡是基于成熟規(guī)則的自動化審查系統(tǒng),其滯后性是不可避免的。新的規(guī)則不能立即形成自動化審查系統(tǒng)程序,勢必影響軟件使用效果。因此,為便于后續(xù)系統(tǒng)使用和維護的時效性,掌握簡單需求的自主開發(fā)能力是非常必要的。同時,對于經(jīng)判斷無法自主開發(fā)的,以每半年組織規(guī)則遴選的頻率進行更新。

3)技術(shù)的選擇:隨著模型特征識別技術(shù)的發(fā)展,需求的實現(xiàn)方式多種多樣。但是,若能根據(jù)企業(yè)實際情況選擇更貼近需求的技術(shù),不僅能夠更好的適應(yīng)產(chǎn)品差異,提高系統(tǒng)識別率,還能減少需求重復(fù)客制化等問題。比如,運用模型相似性識別技術(shù)可以在海量的PDM模型庫中快速地找出目標模型,提高模型的重用率[4];運用相似性特征識別技術(shù),可以直接根據(jù)預(yù)定義的一組工藝特征結(jié)構(gòu),在模型中找到相似特征,并進行數(shù)據(jù)提取和計算,不但減少了需求方和開發(fā)方的工作量,同時提高了系統(tǒng)的可配置度,使用性、實用性都得到了極大的提升[5]。

2.3.2 規(guī)則標準化管理

規(guī)則的標準化管理是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、開發(fā)效率的保證,是系統(tǒng)實施后能否有效地發(fā)揮其作用,能否便捷的開展自主維護和迭代更新的基礎(chǔ)。

工藝性審查內(nèi)容需程序化并以插件等形式嵌入到Creo設(shè)計環(huán)境中,才能實現(xiàn)設(shè)計過程的自動化審查。為此,必須將當前描述性為主的具體審查內(nèi)容,參考特征識別技術(shù)原理進行優(yōu)化,并制定清晰、完整、一致的規(guī)則轉(zhuǎn)化要求,形成規(guī)則數(shù)據(jù)標準化管理的規(guī)范。本系統(tǒng)規(guī)則數(shù)據(jù)從產(chǎn)品類別出發(fā),以裝配級、零件級形成對規(guī)則的結(jié)構(gòu)化、信息化管理,其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樹如圖7所示,管理系統(tǒng)界面如圖8所示。

圖7 產(chǎn)品規(guī)則結(jié)構(gòu)化管理示意圖

圖8 規(guī)則庫管理系統(tǒng)界面

將各項以描述性為主的具體工藝內(nèi)容轉(zhuǎn)化為規(guī)則,其目標是實現(xiàn)較高的程序化效率。因此規(guī)則描述必須從開發(fā)邏輯出發(fā),如對螺釘孔的工藝要求為“螺釘孔需符合標準要求”,該描述性表示不能直接被開發(fā)人員識別,需要重復(fù)溝通確認,效率低;根據(jù)實際情況對該工藝要求進行規(guī)則化轉(zhuǎn)化,可寫作“螺釘孔需符合標準要求——面板上的螺釘孔,內(nèi)徑必須為3.1 mm?!保渚唧w規(guī)則提煉結(jié)果如圖9所示。

圖9 規(guī)則錄入界面

3 應(yīng)用案例

通過以上關(guān)鍵技術(shù)的落實,開展并實現(xiàn)了工藝性自動化審查系統(tǒng)設(shè)計和開發(fā),且同步優(yōu)化了產(chǎn)品開發(fā)流程,如圖10所示。該系統(tǒng)能實現(xiàn)在裝配、零件的設(shè)計過程進行工藝性并行自動化審查,極大的提高了審查效率和設(shè)計質(zhì)量,圖11為該工藝性自動化審查系統(tǒng)軟件界面。

圖10 新產(chǎn)品開發(fā)業(yè)務(wù)流程圖

圖11 工藝性自動化審查系統(tǒng)界面

結(jié)構(gòu)設(shè)計員在零件和裝配模型的設(shè)計過程中必須使用系統(tǒng)進行模型工藝符合性審查,并生成審查報告交由工藝審查員進行進一步審查。

對于不符合硬性工藝標準要求的,設(shè)計員按系統(tǒng)提示進行更改。對于部分全新機型,設(shè)計目標與工藝要求沖突的,可在審查結(jié)果中標記并加入到審查報告中,通過后續(xù)協(xié)商解決。同時,每一次使用審查系統(tǒng)進行審查的情況都會被記錄,并與審查報告一同上傳至PDM系統(tǒng)。其目的在于后續(xù)對設(shè)計過程的回顧性綜合分析,并形成分析報告,以不斷規(guī)范設(shè)計員的設(shè)計規(guī)范。

4 總結(jié)

本文介紹了基于Creo Pro/Toolkit二次開發(fā)的產(chǎn)品工藝性自動化審查系統(tǒng),并從工藝審查傳統(tǒng)方式與自動化方式對比入手,介紹系統(tǒng)實現(xiàn)過程中特征識別技術(shù)和規(guī)則庫的關(guān)鍵作用。目前,該系統(tǒng)已應(yīng)用于家用及部分商用空調(diào)類新產(chǎn)品在設(shè)計階段對三維模型設(shè)計工藝性的自動化檢查,小家電、洗衣機、冰箱等其他產(chǎn)品將基于此系統(tǒng)架構(gòu)按計劃逐步完善。該系統(tǒng)在空調(diào)新產(chǎn)品審查方面的順利實施,極大的降低了審查人員的工作壓力,提高了產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量,縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期。

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