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摘要：基于TCM的三維工藝設計與管理的研究方向，分析了當前二維工藝設計技術的劣勢和三維工藝設計與管理的發展趨勢，重點闡述了基于TCM系統進行三維工藝設計與管理的方式，內容涵蓋設計工藝協同、PBOM的創建與管理、工藝任務分工、流程的簽審、設計與工藝一體化的變更、工藝資源管理等方面的研究應用。
關鍵詞：BOM轉換；三維工藝；設計工藝協同；TCM系統
引言
為了支持設計與工藝的并行過程，需要一種協同平臺，支持單一數據源，實現從設計到工藝以及全生命周期的數據和過程管理，這種平臺就是TC平臺。這種平臺極大地提升了工藝管理的能力，使得工藝能夠及時、有效地獲得產品設計信息，并基于設計信息（MBD模型），快速生產結構的工藝信息，將工藝設計從傳統的基于二維圖紙向三維模型的方向邁進。
1傳統二維工藝設計技術劣勢
工藝設計是連接設計與生產的橋梁，傳統二維工藝設計的過程數據傳遞量大、周期長，極易出現由于設計、工藝及生產人員對于二維、三維信息理解不同而導致意圖表達不清，甚至理解完全錯誤的危險[1]。
2三維工藝設計與管理發展趨勢
將來支持三維工藝設計的核心是需要有一個設計制造一體化的平臺，TC平臺中的PDM系統主要面向設計管理，本身不對工藝過程進行管理。對工藝數據管理主要是通過TCM進行工藝設計和管理，PDM與TCM同屬于統一TC平臺，很好地實現了設計和工藝單一產品數據源，這種管理方式在某種程度實現了對產品和工藝的一體化管理，主要體現在以下幾點：1）實現產品設計、工藝設計、制造資源設計等過程中的緊密協作；2）基于單一平臺進行產品、工藝、制造資源的設計和管理工作；3）實現以BOM為核心的工藝信息組織管理；4）實現工藝數據的結構化管理；5）工藝設計和管理過程中充分利用3D優勢；6）在工藝設計和仿真過程中運用仿真和動畫能力。
3基于TCM系統的三維工藝設計與管理方案的實現
西門子公司的TCM系統需要以Teamcenter（簡稱TC）為基礎平臺來實現，而PDM系統也同樣需要以TC為基礎平臺來實現，因此工藝設計與產品設計能夠更好地實現一體化銜接。TCM系統僅作為三維工藝設計的編制工具，通過它編制的工藝文件既包含以文字形式表達的結構化工藝信息，同時又包含三維裝配動畫，三維工序中間模型，這些結構信息和實體文件都是在TC服務器中統一管理。同時三維工藝數據通過與數字化制造執行系統（ERP、MES）可建立集成接口，可以到數字化生產制造執行系統中，車間生產現場的工人可以通過MES直接讀取結構化工序、結構化工藝資源以及三維工藝并可對模型進行輕量化瀏覽[2]。根據對裝備現行工藝設計與管理程序的理解，結合工藝設計與管理的最新趨勢，以及最終要達成的項目建設目標，三維數字化工藝設計與管理的主要研究內容主要有以下幾點，從而保證系統的先進性、適用性?；赥C平臺構建設計工藝協同環境，實現工藝部門在統一環境下對設計數據進行預審/會簽，確保在設計階段滿足可制造性要求。通過以PBOM為核心的數據對象關聯管理，將工藝相關數據通過BOM有機的關聯起來，改變原有離散化的管理模式，通過統一的平臺進行管理，構建產品工藝制造環節的單一產品數據源。細化工藝信息的管理力度，管控粒度從整本工藝規程下沉到工序對象。建立工序、工藝資源、工序模型、設計模型之間的關聯管理。對設計發放的三維模型進行重構和有效組織，為工藝規劃、設計及等工作提供準確有效的設計模型數據；盡可能減少數據冗余，確保數據一致性。通過建設以產品階段為主線的數據模式，將設計、工藝等數據按照產品階段重新組織并封存、鎖定階段基線。不同階段數據互不影響，并能追述某產品不同階段的歷史數據。設計部門通過協同平臺向工藝制造部門預審/會簽/發放產品設計數據（EBOM）。設計數據包括文件、模型、產品結構信息等；工藝部門登陸三維工藝設計與管理系統（TC系統），基于系統與PDM一體化集成能力，在系統中接收預審/會簽等任務，參與對于設計的審核工作，確保工藝要求在設計環節得到充分考慮[3]。通過協同平臺接收設計部門數據后，工藝部門要先進行項目創建，指配項目負責人和技術負責人，創建并分發項目工作區。項目負責人和技術負責人創建項目團隊，根據項目成員工作內容將工作區文件夾授權給主管工藝師；主管工藝師接收后可進行二級任務分解，向工藝師下發任務。工藝員根據接收到工藝任務和要求，直接在TCM系統中查看型號設計數據，以此為依據在TCM系統中進行基于三維模型或二維圖紙的工藝路線和材料定額的編制、工藝規程的編制、加工CAM仿真、工裝設計等相關工藝設計工作。在設計部門通過協同平臺正式發放型號設計數據后，工藝部門相關人員在三維工藝設計與管理系統中即可直接獲取EBOM。根據接收到的EBOM，在TCM環境下開展工藝規劃與PBOM設計，相關產品工程師可以設置PBOM中零部件的制造信息（如指配原材料編碼、批次管理和首件鑒定等信息）。產品工藝師在產品BOM信息完善后，工藝師基于產品BOM編制零部件工藝路線，同時可實現添加工藝拆分件、工藝試件、分叉工藝路線、工藝備件和工藝備注等工藝信息并最終按照現行模板輸出工藝路線，待ERP、MES系統接口打通后，可直接將工藝路線輸送給ERP系統，完成工藝PBOM轉換。產品工藝師在產品BOM信息完善后，工藝師基于產品BOM編制零件、標準件、輔助材料的材料定額，并最終按照現行模板輸出材料定額或將材料定額直接輸送給ERP系統。在結構化零件工藝設計過程中，充分利用設計模型數據，在工藝設計過程中使用零件模型制作MBD工序模型及標注信息說明零件的制圖過程，操作要求、檢驗標準等。結構化工藝設計涵蓋備料工藝、機加工藝、焊接工藝、電裝工藝、鑄造工藝、表面處理工藝和總裝工藝等。在系統中定義工藝資源與知識庫，包括設備、工裝、量具、卡具、刀具和輔助材料等工藝資源，后續也包括工藝知識、標準工序、工藝常用術語和典型工藝庫等，在工藝設計過程中支撐快速選用。在工藝設計過程中，系統工裝庫缺少專用工裝設備，根據生產需要必須使用工裝時，將由工藝設計人員申請工裝編號，系統統一管理、分配工裝編碼。工藝人員基于NX開展工裝設計，并實現工裝設計數據及工裝BOM的管理，同時提供工裝審簽管理能力，工裝數據通過審批入庫后提供工藝設計使用[4]。工藝設計和管理的相關人員可以基于TCM底層統一的工作流引擎和工程變更功能實現各類工藝文件的電子簽審。完成工藝設計后經過流程確認后，工藝規程可以成交互式頁面（html格式）或者pdf的傳統2D電子卡片等多種格式，同時可以將結構化的工藝數據傳遞給MES系統，滿足下游生產制造管理要求。在設計端發生變更時，將直接升級原來零部件版本，通過協同平臺將變更后的數據同變更單發送過來，工藝人員按需對PBOM進行更改，并根據實際需要下達工藝更改任務并進行相關工藝文件的更改，并在平臺中完成工藝文件更改流程，實現設計工藝更改的閉環歸零。在工藝端發生變更時，由工藝人員在系統內向設計人員提交變更申請，設計人員接受申請的，設計人員將在系統內按照上述方法發起設計工藝一體化變更流程，最終形成設計工藝統一。
4結語
基于TCM的三維工藝設計與管理的實施應用，可以給企業帶來業務模式的全新變革，在實現產品全生命周期管理的同時，基于統一平臺開展三維工藝設計與管理系統建設，打通了設計工藝制造一體化通路，讓設計數據與制造數據切實連接起來，確保數字化制造過程進行有效的信息共享與交流，提升了業務執行與業務管理水平，而且通過工程數據和工程知識的充分管理與良好應用，將形成新的核心競爭力，實現技術帶動生產。
參考文獻
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[2]巫鵬偉，于勇等.基于模型系統的集成應用[J].航空制造技術.2010（21）：68.
[3]肖?，謝曦鵬.數字化三維工藝設計[J].數字技術與應用.2010（12）：9.
[4]唐健鈞，賈曉亮，田錫天，等.面向MBD的數控加工工藝三維工序模型技術研究.航空制造技術，2012（16）：62-66.
[5]陳祝林.產品設計與三維CAD系統[M].上海：同濟大學出版社，1997.
作者:趙永剛 劉慶東 顧長捷 單位:山西汾西重工有限責任公司