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摘要：基于TCM的三维工艺设计与管理的研究方向，分析了当前二维工艺设计技术的劣势和三维工艺设计与管理的发展趋势，重点阐述了基于TCM系统进行三维工艺设计与管理的方式，内容涵盖设计工艺协同、PBOM的创建与管理、工艺任务分工、流程的签审、设计与工艺一体化的变更、工艺资源管理等方面的研究应用。
关键词：BOM转换；三维工艺；设计工艺协同；TCM系统
引言
为了支持设计与工艺的并行过程，需要一种协同平台，支持单一数据源，实现从设计到工艺以及全生命周期的数据和过程管理，这种平台就是TC平台。这种平台极大地提升了工艺管理的能力，使得工艺能够及时、有效地获得产品设计信息，并基于设计信息（MBD模型），快速生产结构的工艺信息，将工艺设计从传统的基于二维图纸向三维模型的方向迈进。
1传统二维工艺设计技术劣势
工艺设计是连接设计与生产的桥梁，传统二维工艺设计的过程数据传递量大、周期长，极易出现由于设计、工艺及生产人员对于二维、三维信息理解不同而导致意图表达不清，甚至理解完全错误的危险[1]。
2三维工艺设计与管理发展趋势
将来支持三维工艺设计的核心是需要有一个设计制造一体化的平台，TC平台中的PDM系统主要面向设计管理，本身不对工艺过程进行管理。对工艺数据管理主要是通过TCM进行工艺设计和管理，PDM与TCM同属于统一TC平台，很好地实现了设计和工艺单一产品数据源，这种管理方式在某种程度实现了对产品和工艺的一体化管理，主要体现在以下几点：1）实现产品设计、工艺设计、制造资源设计等过程中的紧密协作；2）基于单一平台进行产品、工艺、制造资源的设计和管理工作；3）实现以BOM为核心的工艺信息组织管理；4）实现工艺数据的结构化管理；5）工艺设计和管理过程中充分利用3D优势；6）在工艺设计和仿真过程中运用仿真和动画能力。
3基于TCM系统的三维工艺设计与管理方案的实现
西门子公司的TCM系统需要以Teamcenter（简称TC）为基础平台来实现，而PDM系统也同样需要以TC为基础平台来实现，因此工艺设计与产品设计能够更好地实现一体化衔接。TCM系统仅作为三维工艺设计的编制工具，通过它编制的工艺文件既包含以文字形式表达的结构化工艺信息，同时又包含三维装配动画，三维工序中间模型，这些结构信息和实体文件都是在TC服务器中统一管理。同时三维工艺数据通过与数字化制造执行系统（ERP、MES）可建立集成接口，可以到数字化生产制造执行系统中，车间生产现场的工人可以通过MES直接读取结构化工序、结构化工艺资源以及三维工艺并可对模型进行轻量化浏览[2]。根据对装备现行工艺设计与管理程序的理解，结合工艺设计与管理的最新趋势，以及最终要达成的项目建设目标，三维数字化工艺设计与管理的主要研究内容主要有以下几点，从而保证系统的先进性、适用性。基于TC平台构建设计工艺协同环境，实现工艺部门在统一环境下对设计数据进行预审/会签，确保在设计阶段满足可制造性要求。通过以PBOM为核心的数据对象关联管理，将工艺相关数据通过BOM有机的关联起来，改变原有离散化的管理模式，通过统一的平台进行管理，构建产品工艺制造环节的单一产品数据源。细化工艺信息的管理力度，管控粒度从整本工艺规程下沉到工序对象。建立工序、工艺资源、工序模型、设计模型之间的关联管理。对设计发放的三维模型进行重构和有效组织，为工艺规划、设计及等工作提供准确有效的设计模型数据；尽可能减少数据冗余，确保数据一致性。通过建设以产品阶段为主线的数据模式，将设计、工艺等数据按照产品阶段重新组织并封存、锁定阶段基线。不同阶段数据互不影响，并能追述某产品不同阶段的历史数据。设计部门通过协同平台向工艺制造部门预审/会签/发放产品设计数据（EBOM）。设计数据包括文件、模型、产品结构信息等；工艺部门登陆三维工艺设计与管理系统（TC系统），基于系统与PDM一体化集成能力，在系统中接收预审/会签等任务，参与对于设计的审核工作，确保工艺要求在设计环节得到充分考虑[3]。通过协同平台接收设计部门数据后，工艺部门要先进行项目创建，指配项目负责人和技术负责人，创建并分发项目工作区。项目负责人和技术负责人创建项目团队，根据项目成员工作内容将工作区文件夹授权给主管工艺师；主管工艺师接收后可进行二级任务分解，向工艺师下发任务。工艺员根据接收到工艺任务和要求，直接在TCM系统中查看型号设计数据，以此为依据在TCM系统中进行基于三维模型或二维图纸的工艺路线和材料定额的编制、工艺规程的编制、加工CAM仿真、工装设计等相关工艺设计工作。在设计部门通过协同平台正式发放型号设计数据后，工艺部门相关人员在三维工艺设计与管理系统中即可直接获取EBOM。根据接收到的EBOM，在TCM环境下开展工艺规划与PBOM设计，相关产品工程师可以设置PBOM中零部件的制造信息（如指配原材料编码、批次管理和首件鉴定等信息）。产品工艺师在产品BOM信息完善后，工艺师基于产品BOM编制零部件工艺路线，同时可实现添加工艺拆分件、工艺试件、分叉工艺路线、工艺备件和工艺备注等工艺信息并最终按照现行模板输出工艺路线，待ERP、MES系统接口打通后，可直接将工艺路线输送给ERP系统，完成工艺PBOM转换。产品工艺师在产品BOM信息完善后，工艺师基于产品BOM编制零件、标准件、辅助材料的材料定额，并最终按照现行模板输出材料定额或将材料定额直接输送给ERP系统。在结构化零件工艺设计过程中，充分利用设计模型数据，在工艺设计过程中使用零件模型制作MBD工序模型及标注信息说明零件的制图过程，操作要求、检验标准等。结构化工艺设计涵盖备料工艺、机加工艺、焊接工艺、电装工艺、铸造工艺、表面处理工艺和总装工艺等。在系统中定义工艺资源与知识库，包括设备、工装、量具、卡具、刀具和辅助材料等工艺资源，后续也包括工艺知识、标准工序、工艺常用术语和典型工艺库等，在工艺设计过程中支撑快速选用。在工艺设计过程中，系统工装库缺少专用工装设备，根据生产需要必须使用工装时，将由工艺设计人员申请工装编号，系统统一管理、分配工装编码。工艺人员基于NX开展工装设计，并实现工装设计数据及工装BOM的管理，同时提供工装审签管理能力，工装数据通过审批入库后提供工艺设计使用[4]。工艺设计和管理的相关人员可以基于TCM底层统一的工作流引擎和工程变更功能实现各类工艺文件的电子签审。完成工艺设计后经过流程确认后，工艺规程可以成交互式页面（html格式）或者pdf的传统2D电子卡片等多种格式，同时可以将结构化的工艺数据传递给MES系统，满足下游生产制造管理要求。在设计端发生变更时，将直接升级原来零部件版本，通过协同平台将变更后的数据同变更单发送过来，工艺人员按需对PBOM进行更改，并根据实际需要下达工艺更改任务并进行相关工艺文件的更改，并在平台中完成工艺文件更改流程，实现设计工艺更改的闭环归零。在工艺端发生变更时，由工艺人员在系统内向设计人员提交变更申请，设计人员接受申请的，设计人员将在系统内按照上述方法发起设计工艺一体化变更流程，最终形成设计工艺统一。
4结语
基于TCM的三维工艺设计与管理的实施应用，可以给企业带来业务模式的全新变革，在实现产品全生命周期管理的同时，基于统一平台开展三维工艺设计与管理系统建设，打通了设计工艺制造一体化通路，让设计数据与制造数据切实连接起来，确保数字化制造过程进行有效的信息共享与交流，提升了业务执行与业务管理水平，而且通过工程数据和工程知识的充分管理与良好应用，将形成新的核心竞争力，实现技术带动生产。
参考文献
[1]周秋忠，范玉青.MBD技术在飞机制造中的应用[J].航空维修与工程，2008（3）：55.
[2]巫鹏伟，于勇等.基于模型系统的集成应用[J].航空制造技术.2010（21）：68.
[3]肖?，谢曦鹏.数字化三维工艺设计[J].数字技术与应用.2010（12）：9.
[4]唐健钧，贾晓亮，田锡天，等.面向MBD的数控加工工艺三维工序模型技术研究.航空制造技术，2012（16）：62-66.
[5]陈祝林.产品设计与三维CAD系统[M].上海：同济大学出版社，1997.
作者:赵永刚 刘庆东 顾长捷 单位:山西汾西重工有限责任公司