PDM技术在航空工业工装夹具设计的应用

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PDM技术在航空工业工装夹具设计的应用

    随着航空科技的飞速发展,要实现航空企业信息集成和建立信息传递的平台和桥梁,不但对航空产品的质量提出了很高要求,而且针对整个航空企业的管理体系也要求信息化管理,PDM系统集成各类设计软件、管理软件、数据库等正迎合了这个发展需求,以产品数据管理为核心,其它软件系统集成已经成为航空企业发展的一大优势,为目前航空企业的工装夹具设计管理解决了很多不足之处。
 
1.1航空企业工装夹具设计PDM管理体系
    航空工业的产品结构复杂、种类多、加工难度大,不但对夹具设计的质量、精度、效率也有了更多的要求,而且对整个夹具设计、修改、审批、入库、制造等都有了巨大的变化。目前,结合某航空动力企业的工装设计部门实际设计生产过程,介绍PDM在航空工业在夹具工装设计应用现状。
 
    PDM (Product Data Management)可为航空铣削夹具设计与制造提供良好的信息支撑环境,是实现航空夹具虚拟制造的一项重要支撑技术。该系统为产品模型信息管理和信息共享提供了一个很好的平台它还可以让工作人员在设计、工艺、审批等过程都是实时在线进行,同时可以完成航空铣削夹具所有文档的管理、典型夹具库、标准件库的实例模型信息管理、以及整个夹具设计装配仿真环境的管理,还包括与CAD、LAPP的集成以及与Office文档的集成等。
 
    通过在线方式使得各部门工作人员及时的发现问题并解决问题。所以将数据管理、夹具设计、夹具虚拟装配、仿真、夹具优化设计以及夹具制造整个过程都在PDM平台上进行,很好解决了整个过程中在线设计、修改、审批、项目管理、信息共享的问题,为航空企业的夹具设计装配制造带来良好的经济效益,并提高了整个企业管理水平。
 
    随着某航空动力企业有关大飞机及重大装备信息化示范项目的研究和应用,取得了很多成果,采用先进PDM管理系统,Teamcenter Engineering 2005工艺流程管理软件,集成NX5.0企业版,CAXA企业版等,结合二次开发技术,该己经形成了成熟的航空制造页信息化平台,很大程度地解决了该企业夹具乃至产品的设计装配无纸化和资源信息共享的问题。
 
    Teamcenter是德国西门子公司研发制作的一款制造业内非常强大的集并行工程、协同管理、产品生命周期管理、及其他软件集成的行业解决方案。目前,最新版本为2013年版:Teamcenter 10,该航空企业使用版本是2005年企业版:Teamcenter Engineering 2005,它不仅仅是一个产品数据管理软件,还能支持电子仓库、企业外协、标准件库、售后服务、设计制造工作流管理、查询索引、用户权限、保密安全管理、并行工程,三维实例库等一系列的功能,为企业制造信息化提供了巨大的便利和完整的管理体系。

    PDM系统可以定义为一种行业管理软件系统,面向企业产品整个生命周期,以软件技术为基础产品信息为核心,从而实现产品设计和装配制造过程中零件信息、设计流程、设计人员信息管理以及相关设计知识库的统一管理。
 
    工装夹具设计PDM管理体系结构分为四层(如图2.1所示):
    用户界面层:由主客户端浏览器、Web页面和应用客户端组成,通过InternetExplorer等主流浏览器向用户提供准确的交互图形界面,包括各种菜单、对话框等;运用以下三类协议方式来实现系统用户的通信管理:HTTP、TCP/IP、SSL等,从而支持各类命令的操作与信息的输入输出。

    PDM系统软件的核心功能包括:文档管理与电子仓库、用户权限管理、二维工程图纸信息管理、夹具设计流程管理、数据查询与检索、夹具设计知识库、系统集成等。
 
    PDM系统支持层:通过WindowsXP系统、网络服务器、API接口、数据管理系统、SQL Server数据库、保密管理系统、对象管理器为基础支持平台,很好的辅助系统管理者对系统的统一管理,从而实现PDM各种功能的核心功能,另外,PDM系统的对象管理的框架能够有效屏蔽异构操作系统、外界网络系统、外界数据库的特点,用户在使用PDM系统的各个模块的时候,能够很好的对数据应用透明化调用和过程管理。

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    目前,某航空动力企业已经形成了较为完善的Teamcenter管理体系结构,并且成熟的使用在数据管理、项目管理、设计管理、工艺流程管理、生产过程管理、使用权限管理等,随着航空科技迅速发展,Teamcenter的管理体系要适应快速、动态的企业环境还需要在实用性、稳定性、安全性、易操作性等方面做出更多的努力。
 
2.2用户权限管理
2.2.1 Teamcenter系统权限管理
    Tearncenter系统权限管理定义:通过不同用户和角色处于不同状态和位置分配不同的操作权限(如图2.3所示),例如,设置用户进行访问或操作权限,当不同的使用角色状态发生变化或转移,以前角色的操作权限就被撤销并且可以自动更新权限。
 
2.2.2用户权限的操作
    用户权限的操作定义:可以定义为一种在Teamcenter系统中对夹具数据存取、编辑的方式,内容包括:创建新建、提交、校对、修改、审批、发布和存档七个方面,每个方面都可设置添加、更新、删除、检索与查询、复制、剪切、签入、签出和发布等功。
 
2.2.3 Teamcenter系统用户角色权限管理机制
    Teamcenter系统用户角色权限管理机制(如图2.4所示)是通过用户和权限之间设置相应角色,角色的权限内指定操作内容的方式构成的机制,角色相当于某企业的工作职能或某个员工权限属性,该系统能够为每一位使用者分配不同的多个角色,同时能把把一个角色分配给多个不同的使用者。因此,能实现一个登陆账号可以同时在一个系统进行登陆在线操作,并不产生冲突。当某个用户有一个角色权限,而这个用户岗位发生变化时,只需注册之前的角色,在新岗位上自动添加新的角色权限,这样使得整个Teamcenter系统的系统柔性更好,使用方便快捷。

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2.3二维工程图纸信息管理
2.3.1二维图纸管理图库管理
    目前某航空企业的二维工程图纸的管理形式有以下两类:一类是传统的纸质图纸,将大量图纸存放在档案室中由管理员统一编号标注并放置在对应图架上,方便工作人员或管理者的检索和查询;另一类形式是将所有纸质图纸扫描为电子版或者电脑设计电子版图纸上传到档案系统,系统管理员进行统一管理,后者正是前者逐步转变的目标,目前正在走向成熟。
 
2.3.2电子版二维工程图纸的检索与查询
    Teamcente:中绝大部分的档案信息由档案资源综合管理系统统一管理,对于电子版工程图纸也是如此通过登录档案资源综合管理系统,在检索界面中搜索铣削夹具二维工程图编号,进而得到铣削夹具明晰表界面,可以清晰看到该夹具的设计信息、代号、文件代号、归属单位、具体图纸数量及PDF连接等等,打开所属PDF连接就可以得到铣削夹具电子版工程图总装图及其零件图。
 
2.3.3该企业二维工程图纸信息管理存在的问题
    结合航空设计部门设计生产过程,目前的无纸化办公已经日趋成熟,但仅限于设计人员在设计部内,针对二维工程图使用工程图数据库统一进行编号管理,但对于加工车间仍然处于传统工人参照打印纸质工程图进行加工生产,工人在加工过程产生的问题带着纸质图纸直接到设计部门与设计人员协商,在探讨过程中主要针对的是工人手中的纸质图纸,日积月累这样可能会导致电子版的工程图库中会出现大量有设计细节错误的工程图纸,对工程图纸信息化管理带来不便。另外,部分电子版工程图是70年代前保密图纸的扫描版,并不是CAXA工程图文件,这样对图纸的可编辑性和可使用性大大降低。
 
    针对上述存在的问题,该企业对工程图纸的管理还需要做出以下几点的努力:
    1)通过对该企业目前使用的管理系统进行升级扩展,对其他部门的在线交流的程度要更加加强,无纸化办公的的使用范围应该更加广泛,而不是仅仅在某个或者某几个部门,对于车间工人加工图纸问题应该逐步的向电子版转变,或者与设计人员交流讨论主要以电子版图纸为主,纸质版为参考,这样可以及时更新电子版图纸方便下一次查阅和库存管理,也可以避免电子图纸与实际纸质图纸的不一致,给生产加工带来质量隐患。
 
    2)对于以前的60或70年代老图纸在使用时尽力保持完好,老图纸应当尽量翻新为CAXA或者其他CAD软件的电子图版文件,这样方便设计人员及其其他部门查阅,也便于对一些经典机构的图纸直接修改使用从而减轻设计人员的劳动强度,翻新好的电子图,依据国标(GB ) ,航标(HB)、企标(QB)以及其它行业典型分类方式进行分类,然后上传到Teamcenter管理系统的数据库中,由管理员进行统一管理,在图纸的下载使用后,有编辑权限的用户要进行及时更新,并备注更新内容。
 
2.4工装夹具设计过程管理
2.4.1工装夹具设计过程管理模型
    工装夹具设计过程管理模型(如图2.4所示)以Teamcenter管理系统为管理环境,产品主管部门根据某航空产品信息及其性能指标,向技术中心该产品夹具设计申请,技术中心查收、汇总之后向设计总师/各分厂主任提交夹具设计申请材料,设计总师/各分厂主任研究、审批之后发放到各分厂工装设计部门;各分厂工装设计部门主任/科长制定总体结构设计任务书,进行结构评审,之后移交各设计员进行产品零件所需夹具详细设计,然后对设计的零部件进行装配,装配完成之后对装配体在三维软件的干涉检测模块完成干涉检测,完成之后由工装设计部门主任/科长签字审核;完成设计过程后,发放夹具设计信息到工艺处,有工艺处审核夹具工艺性能,不合理则返回设计部门,合理则绘制工程图、编制制造工艺规程,之后由工艺处领导签字审核;审核完成之后由工装夹具设计Teamcente:管理员将整个夹具设计、工艺信息定版、转入Teamcenter数据库,由保密处对相应信息加密管理并设置用户角色浏览更改权限等级,之后由设计总师/各分厂主任最后签字审核,最后把最终结果发放到生产部门,由生产部门进行实际加工生产。

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2.4.2工装流程管理
    工装流程管理是通过Teamcente:系统对夹具设计、修改、审批、归档的过程进行跟踪与控制,定义了各个用户角色之间的关系、权限、审批等级流程,提高了工作人员的工作的效率。
 
    夹具设计工装流程的创建过程(如图2.5所示)包括八方面内容:建立工装Revision、夹具种子模型或工艺设计、制定流程对象及审批对象、通过Inbox提交审批对象、校对、完成审批、设置访问权限及加密、归档,所有的过程是以人机交互方式在计算机上完成的。

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    1)工装Revision
    在Teamcenter文件结构树下的工装Revision(如图2.6所示)内容包括:数据集文件、模型信息属性表、模型NX种子文件。通过工装Rev ision可以实现在Teamcenter环境下创建NX种子文件进而打开NX进行工装设计并保存在该目录下,使得Teamcenter管理更加简单、快捷。

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    2)夹具种子模型或工艺设计
    结构或工艺设计人员打开工装Revision下的NX种子文件,在NX中进行模型设计(如图2.7所示),模型设计完成并通过审批之后,由工艺人员在线找到对应模型设计工艺规程,完成并审批之后上传至档案综合管理数据库中,由管理员统一归类管理。

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    3)制定流程对象及流程审批对象
    流程审批过程中选取的目标文件对象是工装Revision(如图2.8所示),选定对象以后,Teamcente:为审批过程种不同角色工作环境模式,制定了多种审批流程模板(如图2.9所示),对于当前承担夹具项目审批过程,选择通用一级流程,通用一级流程模板process view共包含五级审批流程:开始、提交、校对、归档、完成。以此五种方式完成对设计文件的审批工作。

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    4)通过Inboxe,提交审批对象
    对象审批设置完成之后通过Ctrl+P快捷操作使得对象进入Inboxes提交模式(如图2.10所示)。

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    5)校对
    在进入提交模式后,选择指派所有任务栏,点击校对,填写被指派对象的组别、角色、用户名信息(如图2.11所示),然后选择签发小组的用户栏,指派对象的组别、角色、用户名信息(如图2.12所示),最后在执行Do任务栏下完成提交。

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    6)设置对象访问权限及加密
    在完成校对之后,由系统管理员对校对后的文件进行归类,进而由保密处对文件设置访问权限,对机密文件进行加密。
    7)归档
    在权限设置和加密完成之后,有系统管理员将文件类型进行归档,并对归档文件进行定期维护和更新。
 
2.5夹具模型信息管理
    Teamcente:系统对夹具模型信息管理包括:典型夹具工装实例库、标准件库。在该管理系统中夹具数据信息的属性文档种类有以下几种:Item、General、Remote、ItemRevision、Checked-Out DatasetItem、文件夹、零件组、数据集、属性文档。管理工具为Teamcenter的夹具信息数据库,系统管理员将已完成并且审批的模型文件统一进行分类管理。
 
2.6夹具数据查询与检索
    Teamcenter中夹具的查询与检索方式有两类:一类是在Teamcenter软件环境内我的导航器下的home中直接点击搜索(如图2.13所示),搜索文件类型包括:零部件文件、项目文件、审批文件、外协文件、工装设计文件、订单文件、零部件工艺文件、General、Item、Item Revision、Remote、Checked-Out、Dataset等等;搜索对象是对应国标/航标/企标/其它对象编号的文件夹,而所搜到的文件夹中包括工程图、NX种子文件、属性文档、相关技术文档等,搜索到所需对象之后根据角色权限可以直接打开查看编辑。

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    另一类是在Teamcenter集成的NX5.0环境下,文件打开随择添加组件,再选择整个Teamcenter环境下输入文件代号进行有目的查找对象。
 
2.7夹具设计知识库
2.7.1基于Teamcenter系统航空夹具设计知识库
    该夹具设计知识库可定义为:以Teamcenter系统为系统支撑环境,产品模型信息存放在Teamcenter系统的电子仓库中,通过Teamcenter数据管理系统进行统一管理和分类,能够很好地保证夹具数据统一性与完整性。Teamcente:简称为TC,它的结构体系(如图2.14所示)包含:夹具设计资源库、夹具设计决策库、夹具工艺知识库、夹具工装实例库四部分内容,通过CAD软件与Teamcenter集成,以NX种子文件、工程图文件、三维模型文件、技术信息文档形式为Teamcenter系统、夹具设计知识库和CAD软件的信息转换与传递提供了桥梁。

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2.7.2基于Teamcenter知识库的夹具快速设计模型
    航空夹具设计知识库在夹具设计能不能在夹具设计装配过程中被高效利用,就意味着该知识库的所发挥实际作用大小,因此,我们引入了基于Teamcenter知识库夹具快速设计模型(如图2.15所示),该模型能快速将所需新航空产品信息获取,与知识库典型产品信息对比,选择典型夹具设计方案,通过人机交互进行方案修正,得到航空新产品夹具设计方案,进而得到设计模型,进行有限元分析、装配仿真、干涉检测等,然后进行夹具工艺性能评价,获取典型工艺规程信息,人机交互修正,得出工艺规程和工程图,再经过提交领导审批发放车间生产。如果系统找不到典型方案或典型工艺规程则转入设计师重新设计模式,设计完成之后入库、审批。通过该设计模型有效降低设计人员工作强度、缩短航空产品夹具设计制造周期,增加企业经济效益。

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2.8系统集成
    NX与Teamcenter集成(如图2.16所示):以Teamcenter文件属性映射模块为桥梁,将Teamcenter, NX5.O、夹具设计知识库集成在一起,在Teamcenter环境下集成NX5.O,并在选项中设置显示在NX中打开命令,同时设置NX Manager Ideas选项(如图2.17所示),从而实现在Teamcente:环境下完成文件创建、上传、审批、审批、查询、浏览、编辑、发放等操作,在NX Manager Ideas模式下进行夹具设计并对夹具知识库高效利用。

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2.9本章小结
    本章提出航空企业工装夹具设计PDM管理体系,在该基础上详细阐述了用户权限管理、二维工程图纸信息管理、工装夹具设计过程管理、夹具模型信息管理等八部分内容,并对个部分详细介绍。

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