武漢開目信息技術(shù)股份有限公司總經(jīng)理陳萬領(lǐng)

    一、對(duì)工藝與工藝信息化的思考

    在今年的兩會(huì)報(bào)告里，第一次寫入工匠和工匠精神，也讓這兩個(gè)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(duì)工匠的解釋是有工藝專長的匠人，是專注于某一領(lǐng)域，針對(duì)這一領(lǐng)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(gè)工序的每一個(gè)環(huán)節(jié)的人，對(duì)產(chǎn)品的生產(chǎn)制造有豐富的經(jīng)驗(yàn)。但是目前我們在工藝經(jīng)驗(yàn)的支撐傳承方面，實(shí)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(yàn)、工藝技巧的總結(jié)方面，傳承承擔(dān)著重要和關(guān)鍵的作用，尤其是對(duì)工匠的培養(yǎng)至關(guān)重要。在整個(gè)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(shè)計(jì)完成后，要進(jìn)行工藝評(píng)價(jià)；車間生產(chǎn)制造，需要制造工藝的路線和方法；做生產(chǎn)計(jì)劃需要了解工藝BOM；成本管理需要做工時(shí)定額和材料定額等，工藝規(guī)劃在整個(gè)制造環(huán)節(jié)至關(guān)重要。

    從信息系統(tǒng)的角度，工藝的信息化無論對(duì)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(gè)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(wù)和智能管理，其中智能工藝非常重要，但在我們國家，對(duì)工藝和工藝信息化的重視程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。在前端產(chǎn)品研發(fā)領(lǐng)域有許多軟件和電腦工作站，在生產(chǎn)車間有數(shù)控機(jī)床、加工中心和先進(jìn)的生產(chǎn)線，但在工藝設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，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(duì)這一塊的投入和重視嚴(yán)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(gè)信息通道不流暢。

    二、智能制造中的工藝創(chuàng)新技術(shù)研究

    1、制造工藝可行性分析（DFM）

    設(shè)計(jì)只占成本的5%，這是一個(gè)影子理論，但是設(shè)計(jì)的更改所帶來的影響可能超過70%。在實(shí)際工作中，經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)一些設(shè)計(jì)不合理的地方，原因在于搞設(shè)計(jì)的人可能未必懂得工藝和制造，因而有時(shí)候設(shè)計(jì)出的作品讓工藝人員很費(fèi)解或是覺得有問題。例如設(shè)計(jì)的非標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計(jì)和工藝是兩個(gè)部門，設(shè)計(jì)部門完成交由工藝部門評(píng)審，評(píng)審?fù)瓿捎纸换亟o設(shè)計(jì)部門，來回反復(fù)，導(dǎo)致產(chǎn)品研發(fā)中心受到影響，在設(shè)計(jì)和工藝環(huán)節(jié)缺少溝通和交流。

    基于此，開目做了一個(gè)基于知識(shí)的3D工藝審查，從三個(gè)方面幫助產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員對(duì)工藝的可制造性進(jìn)行分析的工具。一是從結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)哪些地方有缺陷或者不合理；二是對(duì)MBD的標(biāo)注規(guī)范進(jìn)行分析，標(biāo)注哪里有問題；三是公差精度分析，最終生成一個(gè)可加工性的分析報(bào)告，輔助企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成本估算。

    以下對(duì)各類產(chǎn)品進(jìn)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(shí)際加工可能要多次換刀等；MBD標(biāo)注類檢查時(shí)公差超出設(shè)備加工精度，缺少基準(zhǔn)標(biāo)注，孔徑?jīng)]有標(biāo)注，沒有標(biāo)準(zhǔn)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(shí)會(huì)生成如圖1所示的報(bào)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(huì)生成一個(gè)分析報(bào)告。原理是基于后臺(tái)有一個(gè)知識(shí)庫，把加工工藝設(shè)計(jì)手冊或者企業(yè)里面平常設(shè)計(jì)用到的知識(shí)做了后臺(tái)的支撐，建立了一些規(guī)則，而這些規(guī)則可以進(jìn)行擴(kuò)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(bào)告。主要是跟目前主流的NX、Greo、Catia進(jìn)行無縫集成并對(duì)設(shè)計(jì)知識(shí)進(jìn)行管理。

圖2 PDF格式檢查報(bào)告

    2、基于知識(shí)的零件3D加工工藝規(guī)劃

    隨著三維CAD的應(yīng)用，三維工藝下車間是一個(gè)熱點(diǎn)，同時(shí)是一個(gè)難點(diǎn)。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(shí)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(jìn)行工藝的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。現(xiàn)在很多是三維的模型，在三維環(huán)境下如何進(jìn)行加工工藝設(shè)計(jì)。如圖3所示這個(gè)零件要進(jìn)行數(shù)控加工，工藝路線有很多種，如何利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行輔助的設(shè)計(jì)？開目做了一個(gè)基于知識(shí)的零件，三維的加工工藝規(guī)劃，從零件的特征識(shí)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(shè)計(jì)

    如圖4所示是對(duì)特征進(jìn)行識(shí)別，這個(gè)零件是在CAD的環(huán)境下運(yùn)行，可以自動(dòng)識(shí)別出零件加工的地方。然后，在加工特征后臺(tái)有一個(gè)知識(shí)庫推進(jìn)工藝人員選用合適的加工方法。比如這個(gè)孔是粗糙半徑還是正常，還是鉆擴(kuò)較。

圖4 對(duì)特征進(jìn)行識(shí)別

    上述步驟完成后，可以基于工藝模型進(jìn)行切削驗(yàn)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(yīng)力的變形，基于工藝模型進(jìn)行切削力的驗(yàn)證。此外還可以和CAM做集成生成NC代碼。

    這個(gè)軟件之所以可以跟主流的NX、Creo、Catia進(jìn)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(jìn)行無縫運(yùn)行。后臺(tái)也有一些工藝的知識(shí)庫，基于知識(shí)來推進(jìn)它來進(jìn)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(dǎo)

    三維工藝下車間還有三維裝備的作業(yè)指導(dǎo)。傳統(tǒng)的模式是裝配工作人員對(duì)產(chǎn)品裝配的時(shí)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(cuò)裝漏裝。車間多采用這種方式之后，對(duì)車間的作業(yè)工人培訓(xùn)有很大的問題，很多人憑自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)零件來進(jìn)行裝備，培訓(xùn)簡單或是培訓(xùn)周期較長。開目針對(duì)于此做了一個(gè)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(xùn)，基于這個(gè)三維環(huán)境下的裝配工藝規(guī)劃和作業(yè)指導(dǎo)。

圖5 基于MBD的可視化裝配工藝規(guī)劃與作業(yè)指導(dǎo)3DAST

    如圖6所示是裝配工藝的規(guī)劃過程，這個(gè)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(gè)環(huán)境下進(jìn)行裝備的詳細(xì)工序的定義。里面可能會(huì)設(shè)計(jì)到一個(gè)線纜工藝，這是一個(gè)非常關(guān)鍵的技術(shù)，現(xiàn)在很多是機(jī)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(gè)難題，這個(gè)問題目前已經(jīng)解決了。

 
圖6 裝配工藝的規(guī)劃過程

    對(duì)于電裝工藝，有相應(yīng)二維的電路圖，可以生成一個(gè)精確的三維的裝配模型。還可以進(jìn)行虛擬樣機(jī)的三維驗(yàn)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(gè)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(jìn)行集成，此外開目HIA采用一些輕量化的技術(shù)，性能也更好。而且支持柔性線纜裝配。
 

圖7 三維CAD集成

    三、應(yīng)用案例與實(shí)踐

    開目成立于1996年，2015年做了第一輪的增資擴(kuò)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(shè)計(jì)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(shù)管理系統(tǒng)，即SAP的解決方案交互用戶。現(xiàn)在開目從設(shè)計(jì)、工藝到制造到企業(yè)管理整個(gè)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(gè)智能制造示范專項(xiàng)，包括東莞的勁勝，蘇州的勝利精密，中國西電集團(tuán)的智能制造的示范項(xiàng)目建設(shè)，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(tuán)以及金風(fēng)科技等，國家做風(fēng)電的龍頭企業(yè)，都使用了開目三維工藝的一些設(shè)計(jì)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(gè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)企業(yè)做了一個(gè)典型零件的三維工藝設(shè)計(jì)，這個(gè)產(chǎn)品是UG環(huán)境下建模的，如何在現(xiàn)有環(huán)境下進(jìn)行三維工藝設(shè)計(jì)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(gè)界面可以很好地結(jié)合在一起，將把零件的特征進(jìn)行識(shí)別后，各種各樣的特征可以自動(dòng)識(shí)別出來。識(shí)別的時(shí)候不僅可以識(shí)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(jìn)行工藝的設(shè)計(jì)，推進(jìn)加工的步驟。加工的一些參數(shù)，后臺(tái)有知識(shí)庫來進(jìn)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(gè)很好的基礎(chǔ)。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(biāo)注，還有跟CAM的集成，也可以自動(dòng)生成傳統(tǒng)的二維卡片。

    第二個(gè)例子是上海煙機(jī)廠的內(nèi)框紙切割裝置的裝配工件，包括三千多個(gè)零件，裝配工序多，過程繁雜，而且精度要求高。開目首先對(duì)它進(jìn)行輕量化模型處理，然后補(bǔ)充一些緊固件，有些在設(shè)計(jì)的時(shí)候沒有，之后補(bǔ)充進(jìn)來。然后是裝配的過程設(shè)計(jì)，完全通過圖形化的界面來進(jìn)行設(shè)計(jì)。之后進(jìn)行詳細(xì)裝配工序設(shè)計(jì)，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(shí)候使用了一些工具，扳手、起子等等，輔助工藝人員進(jìn)行裝備。還有工藝驗(yàn)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(dǎo)，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(biāo)題：工藝創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)企業(yè)智能制造

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