一、項目背景

       工藝設計是產品研制過程中的重要環(huán)節(jié)，而基于三維模型的工藝設計仿真技術是近十幾年來興起的數字化工藝設計新技術。

       近年來，國外以西門子、達索、PTC等為代表的國際大型軟件廠商的三維工藝設計和仿真軟件產品，已經在全世界的制造企業(yè)推廣應用，功能和性能先進，成熟度較高。雖然目前國內已有一些具有自主品牌的三維工藝設計仿真軟件工具，但在軟件的底層技術、產品功能、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用需求。

       從研發(fā)技術方面，目前國外工業(yè)軟件供應商在工藝設計軟件方面呈現出平臺化、集成化、服務化的趨勢，已形成產用結合的三維工藝設計仿真軟件生態(tài)體系。而國內同類廠商則多從面向行業(yè)的工藝知識建模與應用的角度著手，依托CAD引擎進行開發(fā)，而CAD引擎等核心技術和關鍵軟件工具大多還需要從國外引進，研發(fā)技術整體還是受制于人，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)互聯網APP研制方面，國產軟件雖然具有一定的基礎，但已經成為制約裝備發(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)互聯網APP解決方案由天喻軟件研發(fā)，是在三維數字化實體模型的基礎上，借助于虛擬仿真技術等人機交互手段來規(guī)劃與仿真產品的工藝過程，輸出結果用于指導現場生產，是未來數字化工廠發(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、拓撲等信息，以三維標注、干涉檢查、動畫、可視化等實時的“所見即所得”的方式，來實現裝配、焊接、加工等工藝的三維設計規(guī)劃和仿真，大幅提升企業(yè)工藝制作效率，及時發(fā)現設計缺陷，縮短產品上市時間。

       該解決方案基于成熟度較高的國產三維引擎、結合復雜產品研制實際需求進行深度研發(fā)，突破了模型輕量化轉換、知識庫構建、EBOM向PBOM轉換、PLM系統(tǒng)集成等關鍵技術瓶頸，可滿足復雜機電產品復雜工藝設計與仿真的要求。

       該解決方案具有完全自主知識產權，是自主可控的高性能國產三維工藝設計APP，是同類產品的進口替代解決方案。

1. 應用架構

圖表 1 系統(tǒng)架構

       如上圖，該解決方案技術架構含五個層級：

• • 底層支撐層：確保APP正常運行的軟硬件支撐工具和環(huán)境，包括操作系統(tǒng)、數據庫系統(tǒng)及硬件和網絡環(huán)境等；
  • 工業(yè)互聯網層：用于實現網絡互聯、數據互通和標識解析等基礎數據采集和分析功能，包括工業(yè)物聯網IOT引擎、數據分析和AI引擎；
  • 工業(yè)APP知識層：用于實現各類工藝知識庫的管理和應用，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，也可根據用戶實際需求進行自定義擴展；
  • 工業(yè)APP操作層：核心應用層。工藝設計平臺與三維CAD深度集成，完成三維模型的數據交換與傳遞，同時提供豐富的三維工藝設計、可視化、仿真、設計結果輸出等功能；
  • 行業(yè)應用層：基于該APP在各行業(yè)應用的技術經驗，形成具備行業(yè)特色的方案和功能套件，以便于在行業(yè)內進行快速推廣應用。

2. 功能設計

• • 三維工藝模型數據輕量化

       將零部件設計模型進行輕量化轉換，以提高三維模型在工藝設計中的性能和復用性，并有利于三維工藝向生產制造環(huán)節(jié)的傳輸和應用。Inte3D兼容市場上主流的三維模型文件格式，同時可提取三維模型的產品結構以及零部件屬性信息。

• • 三維機加工藝規(guī)劃

       基于特征識別、智能特征推導等技術，系統(tǒng)可自動識別出三維模型中的加工特征，并自動推導出機加工藝路線。工藝設計人員可在此基礎上對工藝內容進行調整，可對模型進行PMI標注，可利用技術圖解增加加工參數、技術要求等描述，形成完整的三維加工工藝。

圖表 2三維PMI標注

圖表 3三維機加工藝規(guī)劃

• • 三維裝配工藝規(guī)劃

       Inte3D系統(tǒng)支持三維結構化裝配工藝設計，打通了EBOM到PBOM、裝配BOM的數據流，可對產品裝配過程進行三維動態(tài)仿真以判斷工藝設計的合理性和正確性，可下發(fā)三維作業(yè)指導書到裝配現場。

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、焊縫、螺柱焊等工藝信息進行快捷定義，并輸出為焊接工藝文件。

圖表 5三維焊接工藝表達

• • 三維工藝可視化輸出

       Inte3D工藝設計提供多種輸出形式，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現場的工藝瀏覽和應用提供了技術基礎。

圖表 6三維工藝輸出為3DPDF格式

• • 工藝知識庫和資源庫構建

       在復雜產品的工藝設計中，尤其是裝配、焊接等工藝，通常需要大量的工藝規(guī)則應用。Inte3D提供了工藝規(guī)則庫、資源庫等知識庫構建，通過預定義的規(guī)則快速進行工藝匹配，提高工藝設計效率。

• • 與PLM系統(tǒng)深度集成

       Inte3D與PLM已實現雙向深度集成，支持三維設計模型從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、工藝內容、物料、輔料、工具工裝、工時等結構化信息的雙向互動。

3. 應用性

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

       Inte3D應用的軟硬件環(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上研發(fā)的套件，確保了產品數模的一致性和互通性，并且采用基于SOA的多層體系結構，具有高度開放性。

4. 創(chuàng)新性

• • 技術創(chuàng)新：
  • 利用三維模型表達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)設計模式，形成基于三維的工藝設計思路，使復雜產品的工藝設計技術規(guī)范更完整、更準確；
  • 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換，從而降低信息在轉換和傳遞過程中的失真率和錯誤率；
  • 打通了三維技術從設計到生產核心業(yè)務鏈上的應用，有利于三維數?？焖傺诱沟缴a環(huán)節(jié)，是生產現場數據采集和監(jiān)控的技術基礎。

• • 模式創(chuàng)新
  • 通過構建企業(yè)工藝知識庫，形成經驗和知識的復用體系，幫助企業(yè)提升工藝設計能力，保護智力資產；
  • 將文字、圖形、動畫等形式與三維模型的融合，使工藝呈現更直觀、更準確，降低了生產人員對工藝的理解難度；
  • 產品設計模型可以直接復用，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間和精力專注于工藝創(chuàng)新上；
  • 該APP在企業(yè)的實施過程中，可幫助企業(yè)對資源、流程和管理進行優(yōu)化，形成適應于企業(yè)的方法論和配套制度，有利于企業(yè)向數字化轉型的發(fā)展。

三、解決方案應用情況

1. 總體應用情況

       天喻軟件二十多年來專注于服務國內制造企業(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、武漢理工大學等高校保持著密切的產學研協(xié)作關系。三維工藝規(guī)劃系統(tǒng)（Inte3D）工業(yè)互聯網APP目前已經在國內多個制造業(yè)企業(yè)和高校成功應用，應用企業(yè)近100家、裝機量近10萬臺，尤其是在制造行業(yè)具有標桿性案例。

       通過眾多規(guī)模型企業(yè)用戶的穩(wěn)定應用，該APP的通用性、安全性、適用性、穩(wěn)定性和擴展性均得到了有效檢驗及迭代提升，也積累和沉淀了豐富的行業(yè)知識和項目實施經驗，可進行標準化的快速復制與推廣。

2. 典型應用案例

• • 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“智能制造試點示范”企業(yè)。

       吳忠儀表三維數字化工藝設計平臺以三維裝配、機加、焊接等工藝過程為切入點，在三維模型輕量化基礎上，綜合應用Inte3D提供的工藝設計、動畫、技術圖解、干涉檢查、仿真等功能，實現了工藝設計的三維化轉換，以及相關零部件生產參數、生產設備、工裝夾具等的數字化轉換。

       另外，利用該APP的數字化樣機技術，實現了在可視化環(huán)境下分析產品的可裝配性、可拆卸性、可維修性、可加工性，分析產品加工和裝配精度，并幫助工藝人員對產品生產工序進行合理調序或優(yōu)化，既節(jié)省了試驗樣機的成本，也進一步提高了生產效率和產品質量。

圖表 7吳忠儀表三維數字化工藝車間

• • 登奇機電

       登奇機電技術有限公司是國內領先的伺服電機研發(fā)和生產廠家，是國家智能制造專項數字化工廠。

       Inte3D在登奇機電佛山生產基地得到了深入的應用：

• • 產線規(guī)劃和仿真：通過該APP實現了登奇V8和T5電機裝配生產線的三維虛擬建模，并對產線中物流機器人、AGV小車、雙層傳輸帶、上下料機器人、機器設備、工件托盤等組成進行運動仿真，對產線設備的空間布局合理性進行檢查和驗證；
  • 工藝規(guī)劃和仿真：實現對三維裝配工藝的建模與仿真，支持幾何細節(jié)層面上的裝配工藝驗證與優(yōu)化，將生產運行監(jiān)控數據進行實時實景可視化展示，并驗證了基于生產數據驅動的設備運動仿真，以及作業(yè)工時預估。

圖表 8登奇機電裝配線建模與仿真

圖表 9登奇機電工藝規(guī)劃和設備仿真