吴安新 张兆辉 许楠

国营芜湖机械厂 安徽 芜湖 241007

引言

相比于设计、制造行业，修理行业始终处于整个行业中的末端，相应的维修图样、修理要求等文件均依托于设计、制造行业。而近年来，研制单位已普遍采用三维绘图软件进行产品设计开发，相比二维设计，三维设计不仅提高了设计绘图效率，更能直观反映出产品构造、装配关系，提前发现装配干涉等问题，对于设计开发而言可以说是质的飞跃[1]。作为修理行业，如果想继续承担相关产品的修理任务，就势必要有一套工艺系统可以承接研制单位的三维设计文件，并能有效转换为适用于自身的三维工艺文件。本文主要介绍基于Cortona 3D软件的三维工艺系统。

1 三维工艺软件简介

1.1 IETM结构化工艺编辑器

IETM，中文名为交互式电子技术手册，作为结构化工艺编辑器，其依据S1000D标准要求，实现对结构化技术工艺文件的设计、变更以及出版浏览的功能。可与PLM系统集成，实现对工艺资源、数据模块等结构化信息的便捷引用和汇总。系统可实现对二维图样、三维数模、音频视频等多媒体素材的阅览支持，并有良好的扩展接口，方便对其他需求进行扩展使用。可实现与MES系统的集成，能够实现对实例工卡在电脑端及移动终端上的内容浏览和数据填报功能。

1.2 Cortona 3D三维编辑软件

Cortona 3D（以下简称C3D），是基于3D模型的交互式技术文档创建系统，基于Cortona 3D系统可以快速编制操作手册、培训手册等三维技术文档。Cortona 3D软件可以对基于其他三维设计软件创建的数模文件进行轻量化转换，同时可对转换后的文件进行三维标注、制作图解零部件目录、编制动画等。

1.3 PLM工艺管理系统

PLM，产品全生命周期管理系统，是贯穿产品从需求收集、概念设定、产品设计、工艺设计、产品制造、产品上市、产品报废等全生命周期过程，实现对三维结构化工艺、三维素材等文件的创建、存储、审批、作废等的管理。

2 三维工艺系统架构

三维工艺系统架构如图1所示。

图1 三维工艺系统架构

PLM系统是产品技术工艺文件的管理平台，将在PLM系统中创建的结构化工艺文件发送至IETM系统编辑，在编辑器中进行工艺文件的结构化编制，同时可将通过C3D软件制作好的三维素材通过本地上传或从素材库中引用的方式引入编辑器中，工艺文件编制后，会将编辑的内容以XML的形式存储在PLM中，同时将编辑过程中上传的三维素材存储到PLM系统素材库中，后续使用该素材时，可直接从素材库中引用[2]。

审批后的三维工艺文件通过主数据平台推送至修理MES系统进行实例化，生成电子工作卡，执行时通过IETM系统进行操作结果的线上填报及三维素材的浏览，支持在电脑及平板等终端中执行。完成工卡填报任务后，执行数据会自动保存至MES中，再经主数据平台将执行后的工作卡回传至PLM系统中进行记录归档。

3 三维素材的制作

3.1 三维素材类型的选取原则

三维素材形式的选择需要根据产品结构复杂程度、装配流程难易程度等因素进行合理选择。一般性原则为：对于装配结构相对复杂、装配空间相对开敞空间叠加不多、无严格的装配顺序的产品或部位，建议使用三维标注；对于装配结构相对复杂、有严格装配顺序的产品或部位，建议采用三维动画；对于装配结构相对复杂、产品零部件较多且存在较多叠加层次的产品或部位，建议采用图解零部件目录。

3.2 三维动画

三维动画主要应用C3D软件中的快速手册（RM）模块，实现对产品动画（通过使用移动、旋转、高亮、隐藏/显示、视角变换、透明度等动作指令实现）的编辑，以便于展示产品的装配顺序或执行步骤。

图2为三维动画编辑窗口，编辑时选取需要动作的部件（或组合件，在左上侧窗口中可预先定义，以便快速选取），创建动作指令，在弹出的窗口中（见图3）选择动作指令进行动作编辑，通过设置关键帧动画（Key-frame Animation）及动作对应的时间轴持续时间以达到指定动画的效果设置。在右下侧的procedureStep窗口中，对选取的动作步骤定义动作指定标识码（图示中id栏为S1000），当动画中有多个动画步骤时，分别设置指令唯一的动作标识码，后面在工艺编辑器中通过该标识码调取对应动作，实现动画动作随文字的联动[3]。

图3 动作指令选择窗口

编辑好的动画可发布成在浏览器中查看的WRL文件，该文件可插入至结构化工艺编辑器中。

3.3 三维标注

三维标注是在三维动画编辑界面中，利用了Dimension功能对产品进行零部件图号/名称、结构尺寸、装配关系、技术指标等信息的三维标注，不过并没有设置动画动作指令，动画时长为零，其本质上还是三维动画。

图4为三维标注界面，通过标注功能对选定零部件进行图号/名称、技术指标等信息的标注，在Callout Parameters弹窗中进行展示样式、文本信息、展示空间坐标等设置。三维标注的发布文件与三维动画相同。

图4 三维标注编辑界面

3.4 图解零部件目录

图解零部件目录主要应用C3D软件中的快速目录（RC）模块对产品零部件的爆炸图展示，通过合理的爆炸分解构图，以便于展示产品的部件构成及装配关系。

在编辑界面中，通过Activate创建爆炸效果，同时根据系统模板，制作零件明细表，再应用Edit Links with Items功能，将三维模型与对应的明细表进行关联。选取对应的零件，设置HotspotsID热点标识码，以便后面在工艺编辑器中用以实现与工艺中零件明细表的关联。

编辑好的素材可发布成浏览器中查看的CGM文件，该文件可插入至结构化工艺编辑器中。

4 三维工艺的编制

以IETM作为三维工艺编辑器，可对工艺编制涉及的各类要素进行结构化定义，同时可根据修理企业特点对其内部结构进行标准化定制，实现对工艺内容、工艺资源、素材的结构化引用与编辑[4]。

在编辑器中将三维动画素材插入至选择的节点，根据动画内容编辑对应的多媒体操作步骤，在右侧属性窗口中的“调用”属性栏中输入三维动画编制时设定的动作步骤指定标识码，完成步骤内容与动画步骤的联动关联设置，见图5。

图5 工艺编辑器中三维动画与步骤联动设置

图解零部件目录的关联设置与三维动画类似，不同的是，在编辑器中选中的对象是零件明细表中零件条目，通过设定“调用”属性指令来完成与图解零部件目录素材中相应零件的关联。

三维标注素材在工艺编辑器中的引用与三维动画相同，因其无动画步骤，故无须动作调用设置。

5 三维工艺的执行

图6 三维动画执行界面

按照三维工艺系统架构规划，在生产MES系统中进行三维工艺实例化，生成电子工作卡。由于生产执行时涉及多种场景，为方便操作人员使用，电子工卡在支持电脑端及无线终端执行。执行时，在生产MES系统中进行电子工卡的派工、交检、报工等任务操作，通过嵌入的IETM系统读取工卡内容，进行执行内容的预览及结果的填报。

图6为三维动画执行界面，当点击动画步骤文字时，会将界面一分为二，在右侧展示对应的动画，可通过暂停键停止播放，此时通过鼠标或触屏滑动可对动画中素材进行旋转、放大/缩小等操作，更直观的展示零件装配结构及装配关系。

图解零部件素材的工艺执行界面与三维动画执行界面类似，通过点击零件明细表中的条目，界面一分为二，右侧窗口中展示对应的图解零部件素材，同时被选中的零件会高亮显示，点击图解零部件素材中的零件时，左侧零件明细表中相应零件同样也会高亮显示。

6 结束语

数字化已然成为全球各领域发展大势所趋，修理行业作为行业的末端，能够将上游的设计数据通过适合的方式转化为适用于自身特点形式的文件，无论对企业的生存能力还是生产效率或是修理质量，都将有较大程度的提升。基于Cortona 3D的三维工艺应用提供了一种解决思路，但这仅仅只是一个开始，随着科技的快速发展及数字化修理与MBD概念的广泛推广应用，适用于修理行业的三维工艺系统将会频频迸发。