基于模型的协同制造要求

基于模型的协同制造通用要求1范围本文件规定了复杂产品协同制造的设计制造协同、工艺制造协同、复杂实体对象关联以及设计制造变更管理等通用要求。本文件适用于复杂产品的数字化协同设计和制造。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3术语与定义下列术语和定义适用于本文件。3.1协同制造collaborativemanufacturing利用信息技术、网络技术、数字化技术等手段，实现资源共享，改变原有复杂产品研制过程的串行工作，建立复杂产品的设计、建造并行工作的新型生产模式。3.2协同平台collaborativeplatform基于计算机技术、网络技术的具有复杂产品项目管理、产品开发、设计制造模型建立的信息化应用系统，提供异构系统的外部接口、具备一定的兼容性，能够支持数据的生成、存储和传递。4缩略语下列缩略语适用于本文件。MBD：基于模型定义（ModelBasedDefinitiion）BOM：物料清单（BillofMaterial）EBOM：工程物料清单（EngineeringBillOfMaterial）PBOM：工艺物料清单（ProcessBillofMaterlal）MBOM：制造物料清单（ManufacturedBillofMaterial）CAD：计算机辅助设计（ComputerAidedDesign）API：应用程序接口（ApplicationProgrammingInterface）5一般要求协同制造管理过程包括各种静态、动态的工艺信息管理与应用工具、模型以及各种与制造过程相关的MBD工艺设计数据、模型多维度数据、制造过程全周期数据等。构建一个从产品研发设计、工艺规划到生产制造、有利于产品快速创新、易用和可实时变更、基于协同的设计制造环境，实现从设计-工艺-生产的数据流与信息流的有效集成，提高对协同制造过程的信息检索、提取、分析和处理效率，有效提升产品开发效率、降低成本和优化交货期，提高企业的整体效益。6设计制造协同基于MBD的设计制造一体化，是对产品模型及其工艺信息进行全三维基于特征的表达方式，将制造信息和设计信息共同定义到产品的三维数字化模型中，保证制造和设计流程中数据的唯一性。设计部门采用全三维的设计模式设计零部件的MBD模型。经审查发布后，利用特征提取和识别技术分析零件MBD模型，得到以特征为单位的几何、工艺信息。通过工艺推理和决策模块获得所提取特征，识别加工需要的设备和工艺参数信息。在此基础上，通过人机交互编排工艺过程确定每道工序的加工内容，再构建零件毛坯模型，然后基于每道工序加工内容正向从毛坯到零件自动创建每道工序的三维工序模型，最后推理每道工序的设备及刀具等加工参数，从而形成零件的加工工艺过程。7工艺制造协同7.1概述工艺环节中，协同平台应承接EBOM-PBOM-MBOM下发到下游的全过程，即实现工艺环节的BOM全生命周期管理上数据的一致性，包括产品研发、生产制造到下游的采购管理、仓储管理等。实现工艺与制造过程在工艺环节上数据的一致性，实质上是解决不同环节BOM数据的多变协同设计和数据传递，实现正向产品研发体系的模型数据纵向、横向端到端贯通及联动的问题，实现EBOM、PBOM、MBOM全过程管控，如图1所示。工艺与制造过程的BOM管理在工艺研发阶段，EBOM进行签审设计时，通过工艺性审查、变更影响分析等输出工艺性审查结果。设计数据被传递到下游，开展PBOM的构建。在工艺准备阶段，根据EBOM的传递状态，判断是否创建PBOM。若满足创建条件，则根据专业类型的划分，依据不同专业的特点开展PBOM的工艺任务分派和维护工作。包括PBOM工艺结构的设计、工艺路线的规划、技术状态的管理等。同时，工艺员在工艺设计过程中，根据工艺仿真软件需求，将工艺设计过程中产生的工艺数据，包括：工艺参数、工艺路线、工艺文件、三维模型等传递给仿真软件，以支持仿真软件开展工艺仿真设计。在生产准备阶段，制造部门在PBOM的基础上增加详细的工艺内容、工艺资源（工装、设备、刀具和量具等）以及工时定额等信息，形成MBOM，并实现对工艺文件的管理。尽管在定义装配活动时，考虑了各种装配优先关系、约束关系，但是仍然会有许多可行、合理的装配序列提供选择，尤其是当组成产品的零件数量较多时，可行的装配过程会有很多种方案。因此必须根据若干评价标准，通过装配仿真，对装配工艺进行查看，检查装配过程是否存在问题。工艺下发到制造端后，通过一系列的反馈机制和激励机制，包括问题反馈、纠正措施、措施验证、问题关闭等保证制造质量。在信息集成方面，通过系统间的横向集成，实现已有各系统间的集成，打通企业数据流（包括资源库、知识库、模型库、规则库等），实时共享信息以减少人工重复工作量，提高工作效率，提高数据的准确性和一致性。通过系统间的横向集成实现生产过程中管理信息、工艺信息、资源信息、制造信息、质量信息等的有效融合，为实现工艺与制造过程在工艺环节上数据的一致性提供了核心支撑，实现对产品设计、工艺、制造等相关的数据、过程的一体化管理。7.2PBOM设计管理基于设计EBOM进行PBOM设计，实现PBOM的构建、生产类型定义以及工艺路线定义。PBOM设计过程如下：PBOM初始化：根据设计EBOM创建初始化PBOM；PBOM结构调整：查看PBOM结构，并进行结构完善与调整；定义零组件生产类型：定义零组件的生产类型，包括自制、外购、外协等；定义零组件工艺路线：创建完成初始状态的PBOM后，需要完成不同业务下其他物料的工艺路线并进行工艺路线维护。包括：工艺路线的创建：在业务流程中，可实现工艺路线的创建、批量编辑、多工艺路线的创建；典型工艺路线维护：通过对已完成的工艺进行固化，可另存为典型工艺，以便后续新工艺进行引用和借鉴。在PBOM编制过程中工艺员可以随时发起PBOM审签流程，审批流程如图2所示。PBOM审签流程在任意PBOM零部件上触发，将自身及所有下级加入发布流程，工作流程签审完成后将对应PBOM发送至对应的ERP、MOM系统。7.3MBOM设计管理MBOM工艺设计过程包括三维装配模型导入、三维装配信息管理、装配结构调整、装配流程规划、详细装配指令编制、装配过程仿真、3DPDF装配指令输出。协同平台应支持但不限于以下功能：支持导入Catia的集成，将三维CAD原始三维模型格式以及中间格式模型导入系统中并对三维模型进行轻量化处理，为后续的工艺规划与仿真提供数据输入；支持复杂产品数字化装配工艺中工艺知识表达的可视化、准确化需求，面向知识的工艺软件基于全三维模型的工艺信息表达（MBD），将相关工艺信息都能关联到产品模型中，同时能够对数据进行集成管理；支持通过装配结构定义，能够将设计模型调整为装配模型，并以装配模型作为装配工艺规划的基础。装配模型是一种集成化的信息模型，能够完整、正确表达装配信息。装配信息模型不仅能够清晰表达零部件间的装配关系，还要为装配序列规划和装配路径规划提供完整的信息支持；支持装配流程规划，以三维模型为核心，采用人机交互方式或者基于知识推理方式，将产品装配流程进行规划，定义每道工序的装配配套件、工序间的关联关系，形成完整的装配工艺路线；支持装配路径规划，是为装配元件寻求一条从装配起点到装配目标点无碰撞空间运动路径，当零件沿此路径装配时不会与装配环境中的其它物体发生碰撞。以规划好的装配序列为基础，并采用设计的三维操纵柄工具，逐个对序列中的待装配元件划出合理的路径，并生成对应的工艺信息，为后续的装配仿真莫定基础；支持装配过程仿真，其中主要包括装配干涉仿真、装配工艺性评价。根据装配路径的分析装配干涉情况，从而可以定义、仿真和优化产品的装配过程。利用系统提供的装配尺寸测量、装配尺寸链分析等功能，实现三维装配工艺的验证分析，使设计人员可以在产品开发的早期仿真装配过程，验证产品的装配工艺可行性，完善设计的目的；支持将三维工艺输出成3DPDF工艺卡片，结合文字与三维动画一起进行工艺展示。7.4BOM全生命周期管理7.4.1层次模型根据三维结构化工艺中的各种信息模型的特性，可以将工艺数据抽象为业务对象和数据对象两类，业务对象用来描述某个工艺数据（如PBOM、工艺路线和工序等）或它们之间关系的信息；而数据对象则被用来控制文件或索引表，它包括了一条描述文件或索引表属性的数据记录和指明其在计算机网络中存储位置的指针。数据对象由两部分组成，即所描述的属性（元数据）和对应的文件或索引表（物理数据）。通过一个解释程序元数据服务，可以将某个业务对象与数据对象在逻辑上联系成一个整体，从而建立基于业务对象和数据对象的多层次产品数据模型，如图3所示。多层次产品数据模型7.4.2工艺数据建模对三维结构化工艺的信息模型，通过统一的元数据定义功能进行建模，能够支撑整个工艺数据对象的数据模型和业务模型。可以通过基于分类的方式，对每一种工艺数据类型定义其存储结构、属性、相互关系、界面展示形式、业务规则和交互逻辑。基于对象类对工艺数据建模，其内容包括（工艺数据分类）：PBOM、工艺规程、工艺路线、工序、工步、检验卡、工艺简图、设备工装等各种工艺类型。通过分类对工艺数据建模至少应包含：类型描述和属性：每一种工艺类型，可以定义其编码、名称、简码、属性集及其数据类型、属性的数据来源和编辑方式、默认值规则等；类之间的关系：如PBOM和工艺规程的关联关系、工序和工步的父子关系等。细致的关系还包括关系产生的模式是自动产生还是手工添加等；业务规则：包括是否支持版本、版本变迁方式、变更控制要求、工艺输出规则等，高级的配置规则还包括工艺任务分派的模式、任务流程的执行者和反馈机制、任务流程的审签方法等；界面显示：对象类定义中应约定工艺数据显示的方式和布局，包括各种属性的占位和排列方式，基于标签页显示或基于网格显示的模式，工艺结构树的节点显示等。基于分类的建模方式，同时应支持工艺知识、工艺资源等的定义。7.4.3统一工艺资源库工艺资源库和工艺知识库，是各个三维设计与仿真应用软件都需要的基础库。在一体化集成环境环境种，需有统一的管理和集成应用模式。在存储上，工艺资源库和知识库应集中存放，并提供统一的接口供使用，如图4所示。工艺资源库集成接口7.4.4统一资源库总体框架通过探索工艺设计与仿真软件各制造资源的科学分类方法和关联关系模型，为工艺资源数据库的构建提供技术基础。建立机床、夹具、量具、刀具、机器手以及传输设备等资源本体模型，对各类资源设备在概念上给出严格的语义定义，同时构建它们的层次分类、内部配置、关系网络等信息。其它信息包括制造能力描述、典型使用案例和资源当前状态表达等。基于工艺资源分类与工艺模型参数，三维工艺设计与仿真软件根据自身的要求特点，通过特定的工艺要求参数，通过统一的应用接口（API）访问统一资源库。在资源库内部，根据工艺参数，查找对应的资源分类、基本资源参数来确定对应的工艺资源及其模型，并根据工艺参数来返回实际需要用到的资源参数、三维模型等数据。整体的架构图如图5所示。统一资源库整体框架图7.4.5工艺资源建模将制造资源模型分为两种，一种是支持工艺设计中智能化推理的资源数据库模型；另一种是支持工艺规程分析的资源数字模型。前者是描述型模型；后者是仿真型模型，涉及到更多细节，用于对工艺规程的执行情况进行评价。对资源数字模型作如下定义：工艺制造资源的三维几何建模：描述制造资源的外形、外观(纹理、表面颜色)及几何装配关系等；工艺制造资源的相互关系建模：描述工件流，通过定义和修改对象接口之间的连接关系，从而控制生产线中存在的物流和信息流，用以提供对加工路线、决策点以及其它控制策略的定义；工艺制造资源的行为建模：行为是关于制造资源的状态、引起状态改变的事件和条件、以及在状态转移过程中对象所执行动作的描述。状态是指制造资源在虚拟仿真过程中，满足某些条件、执行某些活动或等待某些事件时的一个条件或状况；资源制造能力模型。制造资源能力包括形状和尺寸的生产能力、精度获得能力、几何和技术约束等。制造设备资源能力模型包括设备类型、精度能力、工作台尺寸、工作台移动量、坐标行程、刀库参数和形状加工能力。刀具资源能力模型刀具材料、刀具类型、刀具尺寸规格、切削参数。刀具材料包括金属和非金属；刀具类型包括钻头、铣刀、绞刀、丝锥、镗刀和车刀等；刀具尺寸及规格包括刀具直径、刀具角度、刀柄长度、刀具寿命；切削参数包括主轴转速、进给量和切削深度等；资源可靠性模型。在虚拟生产线仿真和虚拟制造单元仿真中，在可靠性模型的基础上对制造过程进行可靠性分析，模拟虚拟制造资源的真实工作状况，评价面对意外情况发生时的健壮性和可靠性。7.4.6统一资源编码通过统一资源编码服务支持配置级、语法级、对象级规则定义和语义解析，满足数据中心资源分类方法，具有规则可定制、可重构、可集成、可解释，具有审批流程。编码生成过程是一个录入或获取编码对象特征信息、基于编码规则、自动或人工辅助产生唯一性码值的过程。编码生成服务设计要求一般包括：编码生成时提供多视角辅助录入信息方案，支持树状分类节点选取，用于按照分类选择物料的大中小类，支持表格式多参数同时选取，或基于树状结构全路径信息选择，支持可变参数录入用于生成时确定变量取值，支持辅助信息描述用于描述物料的相关属性；支持基于软硬件系统环境值作为编码参数，支持全局、分组流水号及其回收，支持时间日期参与编码，支持机器环境参与编码。流水号码段格式支持多种格式的配置；支持直接根据规则定义产生编码，同时也支持需要人工介入的方式产生编码；支持编码过程事件定义，支持新建编码、新建申请的事件定义。事件定义需要全面支持语法级解释能力，部分常用语法可以建立词汇，支持语义解释；支持连接数据中心各软件系统的基于编码的深度集成；编码规则可以组合，重构出新的、更复杂的规则。在不影响先前编码体系结构的情况下，还应支持规则的变更和拓展。8复杂实体对象关联8.1端到端数据关联建立大型成套复杂装备全周期数据涉及多个环节，包括客户、需求部门、设计部门、制造部门、外协厂