武漢開目信息技術股份有限公司總經(jīng)理陳萬領

    一、對工藝與工藝信息化的思考

    在今年的兩會報告里，第一次寫入工匠和工匠精神，也讓這兩個詞在今年非常流行。此前網(wǎng)上有中國游客去日本買電飯煲和馬桶蓋的新聞，是中國連馬桶蓋和電飯煲都生產(chǎn)制造不出來嗎？不是，是我們在精益求精方面還有所欠缺，所以我們現(xiàn)在很需要工匠和工匠精神。

    百度對工匠的解釋是有工藝專長的匠人，是專注于某一領域，針對這一領域的產(chǎn)品研發(fā)或加工過程全身心投入，精益求精，一絲不茍地完成整個工序的每一個環(huán)節(jié)的人，對產(chǎn)品的生產(chǎn)制造有豐富的經(jīng)驗。但是目前我們在工藝經(jīng)驗的支撐傳承方面，實際上是缺失的。隨著老匠人的離開，很多東西失傳了。在工藝經(jīng)驗、工藝技巧的總結(jié)方面，傳承承擔著重要和關鍵的作用，尤其是對工匠的培養(yǎng)至關重要。在整個制造環(huán)節(jié)里，從需求到最終的交互，工藝是非常重要的環(huán)節(jié)。產(chǎn)品設計完成后，要進行工藝評價；車間生產(chǎn)制造，需要制造工藝的路線和方法；做生產(chǎn)計劃需要了解工藝BOM；成本管理需要做工時定額和材料定額等，工藝規(guī)劃在整個制造環(huán)節(jié)至關重要。

    從信息系統(tǒng)的角度，工藝的信息化無論對PDM，還是ERP和MES都是非常重要的信息中樞和橋梁，許多信息系統(tǒng)所需要的信息均來自于工藝信息化這個系統(tǒng)。

    智能制造整體解決方案包括智能研發(fā)、智能工藝、智能制造、智能服務和智能管理，其中智能工藝非常重要，但在我們國家，對工藝和工藝信息化的重視程度遠遠不夠。在前端產(chǎn)品研發(fā)領域有許多軟件和電腦工作站，在生產(chǎn)車間有數(shù)控機床、加工中心和先進的生產(chǎn)線，但在工藝設計環(huán)節(jié)還是非常落后的狀態(tài)。很多企業(yè)，包括一些軍工企業(yè)，甚至還在做二維設計，還有些用excel或一些非專業(yè)的CAD軟件來做工藝的電子化，對這一塊的投入和重視嚴重不夠。就好比在前端和后端都是高速公路，但是在工藝環(huán)節(jié)還是國道和省道，整個信息通道不流暢。

    二、智能制造中的工藝創(chuàng)新技術研究

    1、制造工藝可行性分析（DFM）

    設計只占成本的5%，這是一個影子理論，但是設計的更改所帶來的影響可能超過70%。在實際工作中，經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)一些設計不合理的地方，原因在于搞設計的人可能未必懂得工藝和制造，因而有時候設計出的作品讓工藝人員很費解或是覺得有問題。例如設計的非標準的孔徑比太大，難以加工，或者孔的入孔面是非平面，無法加工等。在很多企業(yè)，設計和工藝是兩個部門，設計部門完成交由工藝部門評審，評審完成又交回給設計部門，來回反復，導致產(chǎn)品研發(fā)中心受到影響，在設計和工藝環(huán)節(jié)缺少溝通和交流。

    基于此，開目做了一個基于知識的3D工藝審查，從三個方面幫助產(chǎn)品設計人員對工藝的可制造性進行分析的工具。一是從結(jié)構(gòu)方面進行分析，設計的結(jié)構(gòu)哪些地方有缺陷或者不合理；二是對MBD的標注規(guī)范進行分析，標注哪里有問題；三是公差精度分析，最終生成一個可加工性的分析報告，輔助企業(yè)進行產(chǎn)品設計的成本估算。

    以下對各類產(chǎn)品進行舉例分析：

    鉆削類，底部的壁厚太薄，沒有錐角，不可能加工出來；銑削類，長度尺徑過大，沒有倒圓，此外還有銳角，加工成本太豪華；鈑金類，孔到邊的距離太小，鈑金類很多是沖壓加工，離太近加工變形。孔徑孔距比太小，彎曲半徑過小，很難加工；車削類，圓角半徑過小，很難加工，此外退到槽寬度不一樣，實際加工可能要多次換刀等；MBD標注類檢查時公差超出設備加工精度，缺少基準標注，孔徑?jīng)]有標注，沒有標準粗糙度，包括其它一些尺寸，表面粗糙度低于公差精度要求。

    最終分析完以時會生成如圖1所示的報告，這是在UG環(huán)境下三維的模型，模型里哪些地方有結(jié)構(gòu)、尺寸或是精度方面的不合理，都會生成一個分析報告。原理是基于后臺有一個知識庫，把加工工藝設計手冊或者企業(yè)里面平常設計用到的知識做了后臺的支撐，建立了一些規(guī)則，而這些規(guī)則可以進行擴充。

圖1 UG環(huán)境下三維的模型

    圖2是最終生成的PDF格式的檢查報告。主要是跟目前主流的NX、Greo、Catia進行無縫集成并對設計知識進行管理。

圖2 PDF格式檢查報告

    2、基于知識的零件3D加工工藝規(guī)劃

    隨著三維CAD的應用，三維工藝下車間是一個熱點，同時是一個難點。傳統(tǒng)的是用二維的卡片，目前很多企業(yè)是工藝人員畫工件圖，填工藝卡片，它的核心還是工藝人員。實際上這些企業(yè)的工藝已經(jīng)好了，只是借助工具把它填上去，沒有真正的輔助工藝來進行工藝的創(chuàng)新設計�，F(xiàn)在很多是三維的模型，在三維環(huán)境下如何進行加工工藝設計。如圖3所示這個零件要進行數(shù)控加工，工藝路線有很多種，如何利用計算機來進行輔助的設計？開目做了一個基于知識的零件，三維的加工工藝規(guī)劃，從零件的特征識別到最后的加工，跟CAM的集成，到信息的發(fā)布。

圖3 3D加工工藝設計

    如圖4所示是對特征進行識別，這個零件是在CAD的環(huán)境下運行，可以自動識別出零件加工的地方。然后，在加工特征后臺有一個知識庫推進工藝人員選用合適的加工方法。比如這個孔是粗糙半徑還是正常，還是鉆擴較。

圖4 對特征進行識別

    上述步驟完成后，可以基于工藝模型進行切削驗證，輸入刀具參數(shù)、工藝參數(shù)和切削參數(shù)以后，借助于分析切削力，觀察是否有應力的變形，基于工藝模型進行切削力的驗證。此外還可以和CAM做集成生成NC代碼。

    這個軟件之所以可以跟主流的NX、Creo、Catia進行無縫集成，是開目基于之前的條件做了插件，模型來自于三維CAD，后面的工藝也可以在插件上進行無縫運行。后臺也有一些工藝的知識庫，基于知識來推進它來進行工藝的生成。

    3、基于MBD的可視化裝配工藝規(guī)劃與作業(yè)指導

    三維工藝下車間還有三維裝備的作業(yè)指導。傳統(tǒng)的模式是裝配工作人員對產(chǎn)品裝配的時候，寫一些大段的文字或是拍攝相片，這是裝配工藝規(guī)劃。這種規(guī)劃車間工作人員基本都不看，文字太多，看不懂，所以經(jīng)常發(fā)生錯裝漏裝。車間多采用這種方式之后，對車間的作業(yè)工人培訓有很大的問題，很多人憑自己的經(jīng)驗對零件來進行裝備，培訓簡單或是培訓周期較長。開目針對于此做了一個工具，如圖5所示，利用3DAST，一塊是裝配，第二塊是裝配的仿真，第三塊是培訓，基于這個三維環(huán)境下的裝配工藝規(guī)劃和作業(yè)指導。

圖5 基于MBD的可視化裝配工藝規(guī)劃與作業(yè)指導3DAST

    如圖6所示是裝配工藝的規(guī)劃過程，這個界面不是大段的寫文字，而是通過圖形化的方式來定義裝配的過程，也是在這個環(huán)境下進行裝備的詳細工序的定義。里面可能會設計到一個線纜工藝，這是一個非常關鍵的技術，現(xiàn)在很多是機電一體化，里面可能有柔性線纜，柔性線纜本身的裝備也是個難題，這個問題目前已經(jīng)解決了。

 
圖6 裝配工藝的規(guī)劃過程

    對于電裝工藝，有相應二維的電路圖，可以生成一個精確的三維的裝配模型。還可以進行虛擬樣機的三維驗證，最終可以輸出各種各樣的格式，可以輸出輕量化的3D工藝模件，也可以形成傳統(tǒng)的工藝卡片。比如說跟車間的MES系統(tǒng)做集成的話，也可以直接形成這樣一個集成的工具。

    圖7所示的產(chǎn)品是跟三維CAD做集成，主流的三維CAD的模型都可以與之進行集成，此外開目HIA采用一些輕量化的技術，性能也更好。而且支持柔性線纜裝配。
 

圖7 三維CAD集成

    三、應用案例與實踐

    開目成立于1996年，2015年做了第一輪的增資擴股，從注冊資金三千萬到五千萬，目前做了股改，是股份公司。開目目前做的內(nèi)容包括幾塊，一是傳統(tǒng)的產(chǎn)品設計管理、工藝規(guī)劃和車間制造執(zhí)行系統(tǒng)，另外還做企業(yè)資源技術管理系統(tǒng)，即SAP的解決方案交互用戶�，F(xiàn)在開目從設計、工藝到制造到企業(yè)管理整個全生命周期的解決方案都可以做。

    開目在軍工，包括汽車裝備、電子電器，在全國有八千多家用戶。去年開目參與了工信部三個智能制造示范專項，包括東莞的勁勝，蘇州的勝利精密，中國西電集團的智能制造的示范項目建設，參與PRM和CADPP。

    開目近年來3D工藝的用戶很多，包括航空航天、電子科技集團以及金風科技等，國家做風電的龍頭企業(yè)，都使用了開目三維工藝的一些設計工具和產(chǎn)品。

    開目還專門編寫了三維工藝的教材。例如前不久開目為一個航空發(fā)動機企業(yè)做了一個典型零件的三維工藝設計，這個產(chǎn)品是UG環(huán)境下建模的，如何在現(xiàn)有環(huán)境下進行三維工藝設計有一百多道工序，而且是數(shù)控加工。開目跟NX是無縫集成的，兩個界面可以很好地結(jié)合在一起，將把零件的特征進行識別后，各種各樣的特征可以自動識別出來。識別的時候不僅可以識別它的制造特征，還包括一些幾何數(shù)據(jù)，后期可以輔助進行工藝的設計，推進加工的步驟。加工的一些參數(shù)，后臺有知識庫來進行支撐。可以生成中間的工序模型，為它后續(xù)的數(shù)控指令的生成打下一個很好的基礎。包括生成各種各樣的工序模型，借助三維CAD模型，通過智能工藝的分析，可以比較智能地生成中間的工序模型，包括工序尺寸的一些標注，還有跟CAM的集成，也可以自動生成傳統(tǒng)的二維卡片。

    第二個例子是上海煙機廠的內(nèi)框紙切割裝置的裝配工件，包括三千多個零件，裝配工序多，過程繁雜，而且精度要求高。開目首先對它進行輕量化模型處理，然后補充一些緊固件，有些在設計的時候沒有，之后補充進來。然后是裝配的過程設計，完全通過圖形化的界面來進行設計。之后進行詳細裝配工序設計，增加一些特殊的效果，比如工序到底怎么做的，局部放大等。比較特別的地方是在裝配的時候使用了一些工具，扳手、起子等等，輔助工藝人員進行裝備。還有工藝驗證，包括裝配的仿真，最終生成裝配工藝的輸出，這是3D的作業(yè)指導，已經(jīng)突破了傳統(tǒng)的二維文字、相片的方式。

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本文標題：工藝創(chuàng)新驅(qū)動企業(yè)智能制造

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