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一、面向机电混合产品的三维装配工艺规划和仿真系统3DAST
开目三维装配工艺规划系统（简称3DAST）是在三维数字化实体模型的基础上，借助于虚拟仿真技术等人机交互手段，来规划与仿真产品的设计装配过程，并指导现场生产。从而克服传统的装配工艺设计中主要依赖于人的装配经验和知识，以及设计难度大、设计效率低、优化程度低等问题。
3DAST充分考虑了产品全生命周期的各个环节，利用产品的三维CAD模型，由装配工艺规划人员在计算机环境中对产品的装配工艺过程进行交互式的定义和分析，包括建立产品各组成零部件的三维模型、装配顺序、空间装配路径、装配工艺文件编制/输出、装配工艺决策、虚拟仿真等，并以三维工艺来指导三维装配，从而使装配人员能更加直观、准确、高效地完成装配工作，为企业提高装配质量和效率，降低装配时间和成本，带来革命性进步。
开目三维装配工艺规划系统与企业PLM系统、MES系统集成的典型应用路线，如下图所示。通过PLM系统创建三维工艺并调用3DAST软件进行工艺设计、仿真，检入PLM系统进行工艺审签与发布，然后通过集成接口传递至MES系统进行现场生产指导，实现三维工艺下车间。3DAST提供标准的系统集成接口，能够实现与企业多种软件系统的集成，构建设计-工艺-制造一体化平台。
二、3DAST的应用目标
1. 总体目标
对于复杂产品来说，数字化装配是虚拟制造的核心技术之一，是实际装配过程在计算机上的本质体现，它和CAD技术相结合，可以解决设计与装配的对象在研制过程中难以实现的动态性能。它可以在缩短装配周期、降低装配成本、提高装配质量以及为信息系统进行数据交换集成等方面带来突破性改变。并且，通过对装配过程的模拟，可以使下游的有关因素能在设计早期加以考虑，为产品并行设计提供技术支持和保障。3DAST客户价值主要体现在以下几方面：
（1） 优化装配
对产品的装配过程行模拟与分析，对装配方案进行快速评价，优化产品的装配过程，及早发现潜在的装配冲突与缺陷，提高装配设计效率、提升装配质量。
（2） 优化设计
模拟和预估产品装配性能及可装配性等方面可能存在的问题，并将装配信息反馈给设计阶段的设计人员，修改、优化设计，提高设计质量与水平。
（3） 优化制造
提早确定装配方案，可提早进入工艺计划与准备阶段、提早进行工装设计与制造，为设计与工艺、制造的并行提供条件，缩短装配周期、加快制造进度。
（4） 优化售后服务
可以帮助用户快速形成动态、直观的产品维修手册和用户培训教材，以动画的形式帮助企业用户快速理解使用方法和维修过程。
三维装配工艺设计系统功能架构
1. 设计数据继承和转换
三维产品模型是实现装配工艺规划的基础与前提，在定义产品装配结构时，3DAST首先将三维产品模型读入系统，提取相应的信息，并以装配结构树的形式存储在数据库中；其次，对产品模型进行一定的简化处理，以优化系统性能。
2. 装配结构调整
根据产品结构的层次关系，通过人机交互的方式选取子装配体，对装配顺序固定的某些小装配体可以在产品 BOM 中合并为一个零件，以此达到简化模型的目的；最后，根据获得的装配体装配关系，生成装配结构，并以装配关联矩阵的形式进行存储。
装配结构管理模块支持线缆路径的创建以及三维线缆设计，形成三维线缆模型，基于三维实体模型可以准确表达线缆布线的空间位置以及提取线缆的长度，为后续的线缆工艺设计以及线缆下线提供依据。
3. 装配过程规划
装配过程规划是在装配建模的基础上，对零部件的装配顺序进行规划，为下一步实现产品装配过程仿真提供基础。装配过程规划是基于装配结构的装配工艺顺序的生成，产品中零部件之间的几何关系、物理结构以及功能特性等决定了零部件装配的先后顺序，所有零部件的装配序列形成产品的装配过程。基于知识的装配过程规划可以通过智能化手段提高规划效率，以企业标准的流程模板或规则作为依据，以三维模型作为输入数据，通过既定的规则逻辑判定快速形成装配流程，以实现智能化的装配工艺规划。
装配过程规划
4. 详细工序设计
通过详细工序设计模块，能够规划装配的每一道装配工序或检测工序（也称“装配步骤”），指定每一道工序装配的零部件清单（也称“装配对象”），定义工序的各个工步（也称“装配活动”）。在拆卸产品的过程中，可以使用如扳手、螺丝刀等工艺装备，并定义使用工艺装备拆卸产品零部件的详细细节。通过技术图解，用户可以指定工序的工序名称、内容，通过自定义属性定义装配的各种信息，包括装配方法、注意事项、检验方法等等，产生完善的装配数据信息。此外，针对线缆装配，系统还提供线缆创建、线缆量调、线缆装配定义等。
装配工序详细设计
5. 三维布线工艺设计与仿真
三维布线模块实现电装产品中的线缆设计，支持定义线缆走线路径，并根据指定线缆规格生成线缆实体从而完成三维布线。针对设计的线缆可以进行工序规划，并定义放线活动，实现线缆的敷设仿真。
三维布线工艺设计
6. 装配工艺仿真
装配工艺仿真分析将实现装配过程的装配顺序仿真、装配干涉检查、线缆敷设仿真、产品和制造资源仿真等工作，分析与优化装配顺序，检验工装、工具使用者的可达性、装配空间的开敞性,通过导入人体模型进行产品装配的可视性、可达性的分析验证，提高工艺可行性。并基于装配工艺过程数据自动生成装配工艺指令及可视化装配工艺文件（视频文件、MBOM报表、零组件配套报表）,以指导现场操作人员，实现可视化装配。
装配仿真验证
7. 装配工艺输出
建立面向三维产品数据的生产现场可视化应用系统，以工艺活动为中心，将三维产品工程数据、三维工装资源数据、操作过程工艺图解和操作动画组织起来，将三维数据传递到生产现场的数字化应用终端，实现无纸化生产现场的目标。操作人员能够浏览产品制造工艺数据和工艺图解，观看产品的制造过程动画；同时，通过工艺数据中建立的工程与工装数据链接，可以浏览三维工程和工装数据，并下载操作相关的工艺参数。终端展示方式多样，包括浏览器应用程序、浏览控件以及3Dweb网页等，满足不同形式需要，3Dweb网页可视化浏览支持手机、平板等终端的浏览查看。
3Dweb浏览发布
开目三维装配工艺规划系统与企业PLM系统、MES系统集成的典型应用路线，如下图所示。通过PLM系统创建三维工艺并调用3DAST软件进行工艺设计、仿真，检入PLM系统进行工艺审签与发布，然后通过集成接口传递至MES系统进行现场生产指导，实现三维工艺下车间。
3DAST应用路线
首先在系统内完成装配模型的建立，即通过引入三维模型，建立产品装配结构。可引入的三维模型包括目前主流的国内外三维软件（UG、CREO、SE、SW、CATIA、INVENTOR等）。在引入的三维模型基础之上可以进行结构调整，形成符合装配工艺性要求的装配模型。
在产品装配结构模型之上，用户可以进行装配过程的规划和仿真。用户可以利用3DAST提供的各种辅助功能，如：定义装配结构、选择装配的对象、定义所选装配对象的装配方法、规划装配用的制造资源、细化装配活动的技术图解、对装配工艺进行干涉检查、定义装配的节拍等，通过这些功能可以帮助用户实现面向三维模型的可视化的装配工艺规划，检查装配工艺的可行性，及早反馈装配信息给设计人员以改进。
规划完成后，可自动形成多种形式的装配工艺文件，如装配工艺卡片、三维装配仿真动画等进行工艺信息输出，以及电子信息在生产车间的自动发布。
开目三维工艺规划软件提供标准的系统集成接口，能够实现与企业多种软件系统的集成，构建设计-工艺-制造一体化平台。
（1） 三维产品模型轻量化
系统首先分析三维CAD模型中各种不同类别的特征信息的结构性冗余，然后对冗余特征进行针对性的模型等效转换或按给定精度进行几何逼近计算、模型编码与压缩，以此方式可以实现模型轻量化处理，在满足工艺设计的条件下降低对计算机硬件要求。
（2） 建立三维模型的装配信息模型
装配信息包括：装配零部件几何信息、管理属性信息、物理特性信息、工艺信息、产品层次信息、装配关系信息、约束信息等。通过与主流三维CAD集成实现设计模型信息继承，为后续工艺设计提供支撑。
（3） 基于知识的装配流程规划
模式以三维模型作为输入数据，提取三维模型的属性并自动分析装配产品的连接关系，然后结合知识库中的知识进行推理，最终形成产品的装配流程。
（4） 采用基于Vmap（可视图法）的装配路径规划
通过高斯球求交确定初始拆卸位姿，基于包围盒/三角面片投影进行实时干涉检查和位姿调整，将拆卸路径反求形成装配路径，通过此技术可以实现以拖拽方式快速定义零件运动轨迹。
（5） 标准动作模板库
系统可快速调用实现焊接、涂胶、装配打孔、刷子、榔头敲击、扳手拧螺母、旋具、变形件变形运动等一系列常见的复杂装配动作，实现装配工艺的快速设计与仿真。
项目背景：
特变电工新疆变压器厂，为全球能源事业提供系统解决方案的服务商。企业目前已经实时PDM，全面应用三维设计，三维数模已经有逐步取代传统二维图纸。现有的基于二维卡片式工艺设计模式已无法满足企业三维产品模型完整表达、无障碍应用的要求。由于变压器在制造工程中的工艺更为复杂，因此需要通过三维模拟仿真以及可视化方式提高工艺的可指导性，更好的指导车间现场进行装配作业。
项目成效：
（1） 实现变压器全三维工艺规划与仿真
基于3DAST实现变压器全三维工艺规划与仿真，包括线圈布线仿真、线圈装配仿真、绝缘装配仿真、铁芯装配仿真、器身装配仿真、引线布线及装配仿真、器身试箱仿真、端子箱及二次线布线仿真、变压器附件装配仿真、变压器吊装工艺仿真等，通过虚拟三维装配仿真，可以提前验证工艺可行性，提高工艺质量与效率。
（2） 采用三维技术规范现场作业
由于变压器指导工艺复杂，包含绕线过程、套管吊装工艺、以及铁芯铺台等复杂工艺过程，通过三维动态过程结合技术要求来展示工艺要素，能直观的表达工艺过程与要求，有效减少装配过程中容易因错装、漏装造成装配质量问题，提高装配质量与效率，并且可以有效减少工艺人员频繁下现场解决问题。
（3） 三维线圈绕线模拟缩短新员工培训周期
线圈绕线专业对现场工人要求高，新员工培训困难，线圈绕制过程中的换位种类多且不容易理解，采用老带新模式进行一对一指导，效率低。通过实现三维虚拟教学培训模式，帮助新员工快速掌握线圈绕线的换位过程，新人培训周期由原来的1个月缩短至1周，大大缩短新员工培训周期。
项目背景：
航空工业集团某公司，已发展成为中国航空电源系统和发动机点火系统的研发中心和生产基地。企业致力于成为国际一流的航空电力系统供应商，强调持续深化“市场、技术、生产、服务、质量”五大核心业务领域变革，全面提升运营质量、工作质量和产品质量，支撑和保障年度科研生产及改革发展任务全面完成。2019年10月，公司启动了MBD技术体系建设工作，制定了MBD技术体系建设总体规划。2020年建设基于MBD设计工作。目前已经基本具备了基于MBD设计的能力。2021年，公司决定启动基于MBD工艺能力建设工作，主要包括工艺装配仿真、装配验证和工艺可视化工作。
项目成效：
（1） 实现全流程的三维装配工艺设计与管理
基于3DAST与已有的CAPP系统的深入集成，实现基于PBOM的结构化工艺规划、详细可视化装配工艺设计、三维工艺验证与仿真、三维工艺审签发布等全流程应用。通过CAPP系统与MES系统进行集成，将发布的三维工艺通过集成发送给MES系统，并实现现场终端的可视化浏览。通过三维手段实现生产现场可视化指导，可以提高现场装配效率，减少现场装配问题。
（2） 实现MES系统终端集成应用
实现与企业MES系统集成，通过生产工单扫码，实现在工位MES终端显示屏上，调用产品的二维工艺文件或三维可视化指导文件，以指导工位人员现场操作，提高工艺文件现场指导性，减少失误。
项目背景：
航天科技集团某公司是专业研制生产机、电、液伺服控制系统产品的企业。企业在信息化建设上每年不断投入，设计的三维模型已经应用成熟，工艺环节逐步开展结构化工艺设计，生产现场已经应用了车间信息管理系统。随着企业快速发展，车间生产开始构建柔性装配生产线，为了能够实现三维下车间，因此通过三维装配工艺设计打通上游设计到车间的可视化指导，提高现场柔性装配质量。
项目成效：
（1） 打通三维模型从设计到制造的数据传递
实现三维装配动画设计工具与结构化工艺系统、车间信息管控系统与三维装配动画浏览工具的集成应用，通过后台的流程驱动，接口调用，以及内部数据交互，为操作工人提供三维装配工艺现场指导。
（2） 实现三维工艺的现场可视化指导
操作工人在工位客户端扫描待操作零件的条形码，系统可根据零件编号读取系统中维护归档的工艺参数等数据以及该零件对应工序的三维装配动画文件，展示在规划的区域内。用户还可以点选模型进行旋转、放大浏览、暂停、重放等操作。通过车间现场工作台调阅待操作任务相关三维装配动画，用于指导生产操作，提高生产效率。
