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工业4.0实战：装备制造业数字化之道 [:1704005763]
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工业4.0实战：装备制造业数字化之道 第11章 基于模型的装配工艺解决方案
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11.1 业务挑战
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当前大型装备制造业的产品结构普遍比较复杂，产品配套的零件品种和数量众多。将数量繁多、结构复杂的零件按规定的技术要求进行组配和连接，使之成为半成品或成品的工艺过程，就是装配工艺所要研究的内容。产品的复杂性导致了产品装配过程的复杂性，这也是影响产品制造周期最主要的因素。产品装配在整个制造过程中，占据了很重要的地位。据统计，产品的装配费用占整个生产成本的30%~50%乃至更高，因此以提高质量和效率、降低成本为目标，对产品装配工艺进行改进和再规划，是增强制造业竞争力的重要环节。
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企业要在最短的时间内高质量地完成产品的制造任务，加快新产品的研制，必须在设计和制造观念及手段上突破传统方法，从过去的凭经验、依靠物理试验的方法转变为采用数字化仿真技术，采用先进的软件工具来协助设计、工艺人员进行装配分析、装配规划，进一步保证装配质量，缩减装配周期。
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目前很多企业主要依赖于二维设计手段，这使得它们在失去三维模型的准确性和直观性带来的便利的同时，也使得基于三维几何模型的工艺仿真与验证过程无从谈起，带来的问题包括：主要强调工艺规划，缺乏基于三维几何模型的工艺规划的验证和持续改进；产品的工艺设计过程主要依赖个人工作经验和空间想象力，导致企业过于依赖有经验的工艺师和工人，经常容易发生装配干涉、装配顺序不合理、路径不优化等问题；设计结果（工艺卡片）的表达方式也主要依赖二维表达方式，表现手段单一，表达方式不直观，手段不丰富，需要操作人员具有较强的读图和空间想象能力。从而导致现场验证成本高，新产品推出周期长，不利于企业的创新和发展。
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在目前企业已经大量使用三维设计手段的今天，这种主要利用二维图信息来进行工艺设计的方式已经不能适应企业迅速发展的需要。现代制造企业为了提高竞争力，必须以最快的产品上市速度、最好的产品质量、最低的成本和最优的服务来满足不同顾客的需求。要达到这样的目的，在产品真正制造出来之前，需要在虚拟制造环境中以数字样机代替物理样机进行各种试验，对其性能和可制造性进行预测和评价，从而大大缩短产品设计和制造周期，降低产品的开发成本，提高产品快速响应市场变化的能力。而这种虚拟制造的基础不仅仅是在产品设计过程中实现精确的三维实体造型，而且还涉及基于三维实体造型的工艺规划、加工、装配及维修等一系列过程，例如基于仿真的制造过程碰撞干涉检验及运动轨迹检验、材料加工成形仿真、产品虚拟装配等。
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工业4.0实战：装备制造业数字化之道 [:1704005764]
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工业4.0实战：装备制造业数字化之道 11.2 解决方案
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基于模型的装配工艺解决方案（见图11-1）建立于企业PLM平台之上，由流水分工、MBOM创建、结构化工艺设计、工艺仿真与优化、可视化工艺输出、工艺统计报表部分组成，并实现各环节的数据管理，与PLM系统共用制造资源库。系统与产品设计、工装设计、维护维修、试验测试等实现数据共享和协同，与ERP、MES实现系统集成，如图11-1所示。
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图11-1 装配工艺解决方案
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基于模型的装配工艺解决方案建立于企业PLM平台之上，使得工艺设计与管理成为企业PLM平台中的一个有机部分，实现了与PLM共享统一的产品数据，实现统一的可视化、更改、流程、权限、文档管理，共享应用工具和集成工具，如图11-2所示。
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图11-2 基于PLM的数字化工艺平台
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装配工艺规划所涉及的信息类型主要包括EBOM、MBOM、工艺路线以及工艺规程（BOP）。具体来说，工艺人员以设计部门发放的针对特定型号的EBOM（包含产品设计信息、结构信息以及零件信息）作为输入信息，引用企业最佳实践知识及以往的工艺设计经验，并参考企业现有的生产组织形式、可利用的制造资源以及相关的工艺规范等，定义用于装配此产品的工艺路线。针对工艺路线里的每一道工序（或子工艺），工艺设计内容包括该工序（或子工艺）的装配方法、装配工位、装配对象（中间件及消耗物料）及装配次序等信息。以此为基础，工艺路线里的设计内容得到进一步的丰富，包含每道工序所需的装配资源信息（包括设备、工夹量具、工人技能水平等）、工序图、在制品模型、测试及质量控制信息、装夹及测量的注意事项、材料及工时定额信息等。如有必要，可将工序细分为工步或工序前准备，并进一步阐明工作内容细节。工艺规程经过验证及优化后，以电子或纸张的形式输出为工艺卡片，用于指导装配生产线上的制造工程师和工人实施产品装配过程。
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基于MBD的装配工艺解决方案把装配工艺仿真放在PLM环境中统一考虑，提供在PLM环境下的装配工艺仿真能力。可以与数字化装配工艺规划结合起来，以方便地验证装配工艺规划的准确性和合理性。
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1.MBOM编制
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·基于EBOM编制MBOM（见图11-3）；
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·实现MBOM与EBOM的关联；
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·实现MBOM与EBOM协同一致的更改和构型管理；
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·MBOM向ERP、MES系统传递集成信息。
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