程五四，张红旗，周红桥，陈兴玉

(1.中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

(2.合肥市雷达机电装备先进设计工程技术研究中心，安徽 合肥 230088)

(3.中国电子科技集团公司第三十八研究所国家级工业设计中心，安徽 合肥 230088)

(4.安徽省技术标准创新基地，安徽 合肥 230088)

三维工艺是目前电子行业的研究热点，旨在以三维模型为载体实现信息的存储和传递，消除大量三维转二维环节，打通设计—工艺—制造全流程数字信息链路，显著缩短产品研制周期。传统二维制造模式逐渐被制造业舍弃，取而代之的是全三维的制造模式[1]。三维工艺技术是数字化技术的延伸，是实现产品制造过程数字化的手段，涉及到多种信息系统，如产品数据管理(PDM)、企业资源计划(ERP)和制造执行系统(MES)等[2]。南京晨光集团有限责任公司的焦光明等人，开展了基于Pro/E的线缆装配工艺规划系统关键技术研究，实现了线缆快速建模、装配并生成装配动画，输出三维电子工艺卡片，进行装配车间的现场示教。南京电子技术研究所的吴欣开展了一体化三维工艺设计在复杂电子装备中的应用研究，以三维装配工艺技术为例，将三维装配工艺文件整合到工艺管理平台上，便于PDM、ERP或MES系统的调用；建立了有效的数字量传递机制，将产品几何信息和非几何属性信息(如装配顺序说明或动画装配产品结构等信息)传递到操作者手中，使之能够准确、迅速地查阅装配过程中需要的信息。

目前，电子行业的企业在应用三维工艺设计技术时，工具软件繁多，产生的工艺数据、发布至下游的技术和手段也不尽相同，导致现场发放应用存在不足，合理的发放形式和经验无法共享。与二维工程图相比，以三维工艺模型为主的工艺数据之间存在非常高的依存度、结构性和关联性，如何将三维工艺数据与已有业务流程和信息系统结合，实现三维工艺数据的有效集成，达到三维工艺数据到车间现场的数据贯通，是亟待解决的问题。

1 发放技术研究

1.1 发放模式

1)发放流程。

三维工艺发放系统将根据用户需求选择发送轻量化模型或者原三维模型到车间生产现场。按需发放加工制造、数控编程和数字化检测等环节所需的信息，确认发放内容、版本、发放形式和接收对象等信息。发放前应按照规定履行审批手续，经审批同意后方可发放。设置不同的发放权限和使用权限，确认工艺数据的有效性，发放后的任何变动都需按规定办理更改手续，并进行重新三维工艺设计，生成新版本的三维工艺数据。重新发放时，应确认发放的版本，并提出申请，经批准后方可再次发放新版本数据，对重新发放的状态进行记录，并通知相关用户，保证用户及时更新版本数据。支持对数据发放过程的管理和查询，包括发放时间、成功状态等信息。采用离线发放和纸介质发放产生的信息载体，进行统一受控管理，保证发放信息完整，无冗余，无与下游相关用户无关的信息。三维工艺数据发放模式及流程如图1所示。

图1 三维工艺数据发放模式及流程

2)发放管理。

考虑到模型三维化、信息结构化和数据同源化的要求，针对三维模型的不同应用需求，需确认发放能被解析应用的合适模型。如图2所示，能够按照零件工艺、部件工艺、整机工艺等产品结构层级发放，也能够按照机加工艺、钣金工艺、机械装配工艺、电子装联工艺等专业类型发放。通过工艺物料清单(PBOM)结构发放，默认情况下，父级结构一旦发放，子级结构也应关联发放，并保证发放数据的可继承性和一致性。通过系统集成，实现工艺路线、物料数据、材料定额和工时定额等信息的无缝传递。

图2 三维工艺数据管理

1.2 发放内容

工艺数据发放内容应包括工艺总方案、PBOM等，常见工艺数据的发放包含(但不限于)以下内容：1)机加工艺数据发放，包括工艺路线、机加工艺模型、机加工序模型、数控加工系统模型、工装模型、数控程序、技术要求和管理技术信息等；2)钣金工艺数据发放，包括工艺路线、钣金展开模型、钣金工艺模型、钣金工序模型、钣金工步模型、模具模型、技术要求和管理技术信息等；3)机械装配工艺数据发放，包括BOM信息、工艺路线、装配工艺模型、装配工序模型、装配仿真动画、零部件明细表、工装模型、技术要求和管理技术信息等；4)电子装联工艺数据发放，包括BOM信息，工艺路线、接线表，元器件明细表、电子装联工艺模型、技术要求等；5)三维布线工艺数据发放，包括工艺路线、布线模型、装配顺序、布线路径、固定控制点、特殊线缆保护措施、线缆状态参数(转弯半径、绑扎间距、线缆间距)等。

1.3 发放要求

1)模型三维化。

发放的工艺数据继承三维模型及模型上的保存视图、标注、分解状态、动画以及简化状态、尺寸公差、剖切面等内容，在工艺文件发放审签过程中和制造车间现场支持对三维模型的旋转、缩放、剖切显示、测量、多视图显示等交互操作，与工艺规程中工序、工步节点关联，并被数控加工设备、数字化检测设备直接调用。针对数字化检测需求，发放数字化检测系统可解析使用的三维模型，包括用于工序检测的三维工序模型，用于产品检测的设计模型等。三维模型一般采用轻量化的格式进行存储，如图3所示。针对数控编程要求，发放计算机辅助制造(CAM)系统支持的三维模型，包括数控加工工序的三维工序模型、产品的设计模型等。

图3 轻量化三维模型的存储

2)信息结构化。

对发放的工艺数据进行结构化存储和组织，即以工艺路线为核心，将工艺数据进行关联组织，如工艺节点对应状态的轻量化模型文件信息等；发放的工艺数据包含完整的结构化工艺信息，形成结构化文件格式，能够被其他系统进行解析接收，如PBOM、MBOM构建所需的XML文件，提取打印的工艺过程卡等。如图4所示，基于XML的工艺过程信息集成是将数据对象以树形结构进行存储，信息之间的关联属性将在XML树节点中得到体现，并形成一个层层嵌套的树状结构来表达工艺信息数据之间的关系[3]。以数据库形式表达的工艺数据，可通过数据库表、视图等方式生成制造资源统计表、定额统计表等数据库数据。数据库通常用于ERP、PDM等信息系统中，对产品数据进行统一存储和管理，能够对发放后的工艺数据进行信息提取，形成各种自定义报表文档，如按照检验工序提取形成的检验操作指导书、外购件汇总表、关键工序明细表、专用工艺装备明细表、工艺文件目录表、铸锻件汇总表、材料消耗工艺定额表、工艺状态表、工艺分工表、热处理/表面处理/关重件零件清单和材料统计表等。

图4 结构化工艺信息

3)数据同源化。

保证数据的一致性、同源性和可继承性，即对存储于不同介质(不同数据库)的工艺文件，在更改前后要保持一致性，对工艺资源信息进行存储和同步更新，如图5所示。信息宜单独存放在特定的位置，保证数据源头的唯一性；对信息的复制、镜像操作后形成的数据，保证与源数据之间的关联映射关系，能够及时更新，并保证三维模型上标注的工艺信息与结构化属性信息之间的一致性。采用不同的发放形式，均应要求发放信息与所存储的结构化信息之间的一致性。对不同系统中的信息交换，应设置访问权限和信息同步机制，保证数据版本及内容的一致性。

图5 工艺资源信息存储及同步

1.4 发放形式

1)在线发放。

通过企业互联网/局域网等渠道在线发放，实现基于网络浏览器的工艺数据在线阅读。随MES系统下发的任务计划一起，将数字化工艺规程URL链接地址推送至生产现场的接收对象，包括设备、工站、工位、人员等。根据不同的工艺类型和数据，展示不同的数字化工艺规程，能够查看交互的三维模型、装配动画，静态电子文件、工艺附件文件(如电路原理图、数控程序、操作指导书等)、采用表格或树状等形式展示的工艺信息(如工艺规程、设备资源、装配零部件明细表、工序内容、工艺参数等)等工艺数据。工艺规程中的工序/工步节点应与三维工序/工步模型、结构化属性信息同步关联，如数控程序与数控加工设备信息、数控加工工序、工序模型的关联，装配仿真动画文件与工序节点、工序模型、保存视图及简化状态的关联，并支持查看审签的状态信息、数据版本标识等信息，如图6所示。通过可视化显示为加工人员提供完整自检信息，为检验人员提供专检信息。用户可以浏览树结构中各个节点的工序信息、刀量具信息、工装信息和设备信息，同时还支持对每一道工序的模型进行切换、浏览和信息提取[4]。

图6 数字化工艺规程及附件

2)离线发放。

与三维工艺设计管理系统物理隔离，不具备在线阅读三维工艺数据的加工现场可进行离线发放。以完整的离线三维工艺数据包的形式呈现，包含全部工艺数据信息，如网页版数据文件。离线三维工艺数据格式包含(但不限于)Word、Excel、HTML、3D PDF、exe、XML等，且能够被第三方工具打开或解析转换。离线三维工艺数据包应根据用户要求，在办理申请和审批手续后，通过储存介质和其他网络发放给用户。采用HTML格式发放的网页版离线三维工艺数据包，通过采用三维可视化工艺表示方法，将工艺属性、工序属性及工步属性显示在表格中，其他工艺信息以PMI以及颜色区分的形式定义在模型中，车间人员能够直观地了解加工过程和工艺信息，并能交互操作三维模型[5]。

3)纸介质发放。

①数字化工艺规程打印输出。

若数字化工艺规程满足要求，则直接由网页打印输出；若加工工序内容复杂，为了信息的清晰和完整，三维模型可以单独打印输出。工艺文件和工序/工步模型应正确对应匹配，并按规定的目录、格式和要求进行文件整理和编号。

②结构化信息提取打印。

提取的工艺路线等结构化信息，形成工艺过程卡并打印输出，工艺附图则通过三维模型进行单独打印输出；对提取形成的自定义结构化列表进行打印输出，包括检验操作指导书等。

③三维模型打印输出。

若能够获取三维模型上的最佳视角，且三维模型上的三维标注、尺寸特征能够完全显示，则基于该视角直接打印输出。采用多个视图表达工艺信息的三维模型，应能继承三维模型上保存的视图信息，并按照工序号+视图名称+流水号进行编号并打印输出，必要时，也可以进行多个视图的拼图打印。三维模型的渲染模式能够根据需要进行设置，一般情况下，宜采用消隐的线框模式打印输出，必要时，可以采用实体渲染模式下的彩色打印，且模型区域背景色宜采用对比性和可视性强的色系。

2 结束语

本文通过对三维工艺数据发放技术的研究，确立了合理的三维工艺数据发放内容、发放形式和发放要求。通过开发三维工艺设计平台及发放系统，可实现对三维工艺设计结果的管理以及三维工艺数据向下游环节的发放，使车间用户从三维模型上定义的信息就可以认识和了解产品的设计意图、方法和过程，在提高实际生产效率的同时也促进了三维工艺在实际工程中的应用。