三维数字化工艺系统打通徐工研发数字链
e-works数字化企业
文章图片
导读(文/e-works整理)
本文为“2019年度中国智能制造最佳实践奖”参评案例 。 本次活动将评选出2019年度 ， 在智能制造各领域有实践案例 ， 或者有突出效益的最佳实践工程 ， 全面介绍企业实施智能制造的过程、步骤、重点与难点、获得效益等 ， 分享建设过程中的经验 ， 有效推动中国智能制造应用 ， 供广大制造业行业企业学习供鉴 。
01
企业简介
徐工集团成立于1989年 ， 成立30年来始终保持中国工程机械行业第1位 ， 连年行业出口第一 ， 是中国工程机械行业规模最大 ， 产品品种与系列最齐全、最具竞争力、影响力和集工程机械研发、制造、出口为一体的大型企业集团 。
徐工集团工程机械股份有限公司 ， 简称徐工机械 ， 是徐工集团旗下优势工程机械资产上市板块 ， 拥有国家认定企业技术中心、高端工程机械智能制造国家重点实验室、中国合格评定国家认可委员会（CNAS）认可实验中心、国家级工业设计中心等研发平台 ， 所属单位均通过了质量管理、环境管理、职业健康安全、武器装备质量等体系认证 。 近年来 ， 公司采用数字化研发手段大力实施集成创新 ， 保持了国内行业领先地位 。
文章图片
图1徐工集团
02
企业在智能制造方面的现状
徐工集团将智能制造作为先进制造业高质量发展的主战场 ， 以智能制造作为主攻方向 ， 强化数据的价值作用 ， 通过产品研发的数字化、制造过程的数字化 ， 真正打造出高端、高可靠的智能化产品 ， 向客户提供全生命周期数字化服务 ， 充分将数字化、智能化技术融入到这些重点领域 ， 并加速迈向智能制造发展的更高阶段 。
文章图片
图2数字化协同研发
从2007年开始 ， 公司瞄准数字化研发这一智能制造环节上的难点 ， 大力投入 。 面向产品设计、工艺、试验、制造、服务等产品实现全过程 ， 通过全球范围的平台统一规划、统一建设和统一管理 ， 以及与企业其他信息化系统、数据和业务的创新集成 ， 建立了以数字化产品设计、数字化工艺与制造、数字化仿真试验、数字化服务设计、数字化协同管理等模块为基础的全球协同研发信息平台 。 以平台建设为抓手 ， 企业获得了数字化研发技术与应用的核心能力 ， 有效支撑智能制造和高端智能装备的突破 。
03
参评智能制造项目详细情况介绍
1、项目背景介绍
数字化是实现智能化的基础 ， 而研发的数字化是智能制造建设中不可或缺的关键环节 。 研发过程中的各种信息如何高效、完整、精确的定义 ， 如何有效的管理 ， 如何无失真、无缺漏的向生产制造等各环节传递是多年来困扰企业的重要问题 。
工程机械装备具有结构复杂、多品种和变批量的研制特点 ， 这就要求研制企业具有较高的柔性设计能力 ， 以快速响应客户的个性化需求 。 采用数字化设计技术是提高企业柔性研发能力的主要手段之一 。 在研发过程中 ， 产品设计的数字化已经具备了良好的基础 ， 各类三维设计和仿真软件应用比较成熟；制造阶段的数字化问题借助相对成熟的ERP、MES等系统也获得了比较好的解决 。 与之对比 ， 工艺设计的数字化程度普遍较低 ， 工艺设计工具多样、数据离散 ， 和研发数据脱节 ， 成为研发数字化的短板 。
对于数字化工艺 ， 近年来有各类CAPP软件的三维衍生版本 ， 有侧重于数据和流程管理的结构化工艺系统 ， 但是这些系统中往往仍存留着文件化工艺的模式 ， 难以保证数据的深层次同源和集成 。 航空航天领域普遍以MBD技术为核心 ， 采用全三维数字化设计技术来促进研发和制造的协同 ， 就目前来看 ， 这应该是最接近于智能制造对研发数据需求的解决方案 。
因此 ， 综合企业需求和技术发展趋势 ， 从2012年开始 ， 公司启动了三维数字化工艺系统的建设和应用项目 。 力图打通研发数字化数据链 ， 建设“所见即所得的工艺指导生产”的新型研发机制；统一研发环境 ， 实现产品设计和工艺设计的有效协同；提高工艺的指导性和研发的规范性 ， 并提高研发整体效率 ， 降低研发成本 。
2、项目实施与应用情况详细介绍
项目以三维工艺软件为中心 ， 配合以三维标注、模型检测等软件实现从设计到工艺的全三维化 ， 以缩短流程、促进协同、提高工艺设计的水平和深度 。 项目从3个方面开展工作 ， 包括标准研制、软件开发和实施应用：
①建立三维数字化产品和工艺协同设计及管理系统平台 。
自主研发搭建三维工艺设计管理所需要的系统平台 ， 形成了全三维数字化产品与工艺协同设计及管理系统平台主要功能 ， 构建了工艺知识、工艺流程和工艺参数等基础信息库 ， 研发了三维标注、三维工艺快速设计、模型轻量化及可视化发布等多项功能 ， 实现基于MBD的产品与工艺协同设计、模型规范性自动审查、基于模型的工艺快速设计以及面向制造的三维可视化发布 。
文章图片
图3三维数字化产品和工艺协同设计
及管理系统平台架构
②开展数字化工艺的标准化工作 ， 建立国际先进的数字化工艺标准体系 。
数字化建设和标准息息相关 ， 在建设过程中 ， 项目沿照技术标准化建设路线 ， 项目建立了国际先进的三维数字化工艺标准体系 ， 制定企业标准 ， 包括术语定义、设计建模、三维标注、三维工艺设计过程、数据审批、管理和发布等内容 ， 配以相关国标 ， 支撑系统和业务运行 。 在此基础上 ， 上升国家/行业标准和国际标准 。
③应用于产品设计、工艺设计、生产制造等各阶段 ， 形成完整应用模式 。
对企业而言 ， 数字化研发技术突破只是成功的第一步 ， 工程化应用同样是重要的课题 。 在项目过程中 ， 广泛开展业务调研 ， 制定了三维工艺设计、三维工艺数据管理等核心业务专题方案和系统应用上线策略 。 形成三维数字化工艺设计系统应用指南 ， 全面指导企业的核心业务处理、上线推广步骤、数据切换、实施周期和资源配置等 。 据此形成了产品和工艺全三维设计、制造可视化发布的基本模式 ， 如图4所示 。
文章图片
图4总体应用模式
●全三维产品设计
在产品设计阶段 ， 实现标准化建模 ， 建模中着重考虑模型面向下游工艺应用的建模要求 ， 遵循相应的企业建模规范 。 实现各类设计信息的三维标注 ， 在几何、标注和属性等方面对数据进行标准化 ， 从而省去工程图 ， 以带有完整信息的模型作为下游工艺设计的输入 ， 见图5 。 将离散在三维模型和工程图上的设计信息 ， 集中表达在三维模型上面 ， 统一研发数据源头 。
文章图片
图5产品设计MBD模型
●三维数字化的工艺设计
对焊接装配、机加、钣金等主要工艺类型进行三维工艺设计 。 梳理、总结并标准化工艺设计流程、资源、参数、工艺方法、工艺参数等信息数据 ， 建立结构化工艺数据库 ， 并通过几何模型、标注和属性等综合表达工序工步设计信息 ， 见图6 。
文章图片
图6三维数字化工艺设计
三维工艺设计围绕模型进行 ， 在继承设计模型的基础上进行工序、工步特征的构建 ， 形成工序/工步模型 。 对于零件 ， 参考产品设计模型特征 ， 利用级进的模型特征表达各工序/工步的加工几何状态 ， 对于组件 ， 利用模型分解视图表达装配顺序 ， 利用动画表达装配路径 。 利用工艺信息框格将加工方法、加工参数、加工设备等信息以图形化、符号化的形式直观标注在模型特征上 ， 工序/工步的加工尺寸也标注于三维模型上 。 按照加工顺序构建工艺规程的树状结构 ， 并与工序工步模型、工艺标注、工艺资源等关联 ， 在规程节点上以属性的形式定义加工要求等工艺详细信息 。
●产品和工艺数据关联管理
工艺数据和设计数据一起保存在PDM系统中 ， 以工艺设计驱动生成工艺BOM和工艺路线 ， 以EBOM和PBOM的关联管理研发数据（见图7） ， 统一研发数据源的同时 ， 实现数据的结构化和可追溯管理 。
文章图片
图7基于BOM的产品和工艺数据管理
●产品和工艺模型数据质量的控制
在综合建立基于MBD的产品研发标准化后 ， 同步建立多种数字化手段保证传递数据质量 。 主要通过总结模型数据标准化要求 ， 开发模型质量检测软件 ， 建立覆盖设计、工艺等多阶段、多类型数据的检测项百余项 ， 提高数据质量保障和传递效率 。 设计人员在设计过程中进行数据的自检和交互式修改（见图8） ， 将数据规范化的问题解决在前端 ， 避免返工 。
文章图片
图8模型交互式检测
●生产制造可视化发布
工艺部门完成工艺设计后 ， 将工艺规程包上传到PDM系统 ， 并通过“三维工艺可视化发布软件”将其发布到企业生产、装配车间 ， 生产人员可以在现场终端上进行工艺数据的浏览和交互式操作 ， 从而准确规范地进行制造与装配（见图9） 。
文章图片
图9车间可视化发布
生产车间在进行工件全三维化加工应用时 ， 前提必须对车间可视化终端进行合理布局 ， 才能保证各工位能快速准确地获取相关加工信息 。
3、效益分析
【三维数字化工艺系统打通徐工研发数字链】项目取得了良好的经济和社会效益 。 全面建立了全三维数字化产品与工艺协同设计及管理系统平台和三维数字化工艺标准体系 ， 实现数据源统一、模型规范化、设计协同化、生产无图化 ， 提高了研发质量 ， 缩短了研发周期 。 同时 ， 项目产出了一系列上级标准 ， 包括国际和国家标准 ， 有助于行业数字化研究和应用水平的进步 。
推荐阅读
- 中国扎根中国20年 F5助力企业加速数字化转型
- 技术与商业双轮驱动下，数字化商业将走向什么样的未来？
- 华为云应用平台ROMA 构筑数字化转型之道
- 美最新实体清单，奇虎360在列，华为追加12nm工艺产能
- 2020年过半，信用科技推动金融数字化转型和智能升级任重道远
- 全国政协委员刘永好：稳就业，复产能，推动农业数字化
- 数字化赋能服务腾飞 国美管家5月推“321”服务标准
- 航空工业航宇热表处理中心工艺室提升班组执行力实践
- 陕西秦农银行与腾讯云达成合作，推进智慧信贷与银行数字化转型
- “数字化+体验”的新旅游方式，圣商觉得旅游企业可以多加尝试