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北京市创新天河软件技术有限公司
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天河三维工艺解决方案
1. 天河三维工艺解决方案概述

天河三维工艺解决方案为制造企业提供基于产品三维模型的工艺制定、验证、描述、管理的平台。尤其针对高端装备产品装配环节中面临的制造周期、产品质量、成本消耗等压力，提供基于产品三维模型和数字样机的工艺规划和信息管理支撑工具。

天河三维工艺解决方案的核心业务流程包括产品三维模型准备，工艺规划与仿真，工艺后处理与数据管理等阶段。核心支撑系统包括三维CAD模型转换接口，装配工艺规划系统，数据管理与协同平台等。

系统方案由三维CAD模型转换接口和虚拟装配工艺规划系统1提供工艺规划与仿真的核心功能，由天河T5平台2提供数据管理和企业协同设计制造平台，该解决方案具有如下特点：

实现传统工作模式向三维工艺的平滑升级。
先进的工艺规划、验证和仿真工具。
多样化工艺数据定制、展示和输出。
全面的工艺数据管理。
强大的协同化工作支撑平台。
2. 核心业务功能

天河三维工艺解决方案旨在接收多种主流CAD模型格式(包括：Pro/E、 PTC Creo、NX、CATIA以及Solidworks、Inventor、SolidEdge等），基于统一的产品三维模型和集成化仿真环境进行工艺规划和仿真，工艺和仿真数据交由数据管理平台，并可与企业其他信息平台进行集成和信息互通。解决方案的核心业务包括：产品三维模型转换；工艺规划与仿真；装配精度预分析；物性和运动学仿真；线缆仿真；管路仿真；数据管理与网络协同等。对应的系统功能如下。

1)模型转换接口

数据转换接口模块将主流CAD系统（如Pro/E、 PTC Creo、NX、CATIA以及Solidworks、Inventor、SolidEdge等）建立的三维模型，包括零件、装配 体、工具、 夹具等转换为中性格式数据，进而在装配工艺规划系统中构建几何模型、轻量化模型、碰撞检测模型等，为工艺规划和仿真提供数据基础。

2)三维装配工艺规划与仿真

三维装配工艺规划首先根据产品CAD模型提取和构建零部件的几何特征、管理属性信息和物理特征信息等。

提供一个交互式的仿真环境，集成交互式装配操作仿真、装配过程建模、实时碰撞检测、装配约束管理、自动路径求解等一系列核心功能，通过产品的装配过程仿真确定零部件的装配顺序、装配路径、工夹具使用、装配要求、特殊装配操作技巧等信息。

以装配仿真结果为主干，通过装配过程管理功能补充和完善产品的装配工艺，将装配工艺以装配动画、交互式静态三维结果、动态三维装配动画、符合工厂标准的装配工艺卡片等形式输出，并可提交至数据管理服务器进行管理。

3)装配精度预分析

装配精度预分析基于产品三维模型，实现了产品实际装配之前预测产品最终的装配精度，并提前设计出合理可靠的装调方案，解决装配工艺师在装配工艺设计中的一个核心问题。采用带公差的产品建模技术和装配预分析技术，应用于复杂机电产品的装配设计中。装配精度预分析的基本过程包括产品精度建模、尺寸链生成、装配精度预测、装配精度优化与选配。

4)基于物理属性的物性仿真及运动学仿真

以零部件的物理属性建模为基础，通过碰撞检测及响应、稳态分析及运动学分析等支撑技术的研究，实现基于物理属性虚拟装配过程仿真与分析。

5)线缆建模、布局设计及仿真

线缆是机电产品中的重要组成部分，线缆的布局设计、装配工艺规划、活动线缆的干涉、疲劳等问题是产品设计制造中得工程难题。通过线缆的建模实现复杂线缆拓扑、几何、电气和其他工程信息的表达，通过三维环境中的布局设计和装配仿真设计线缆在产品中的布局方案并获取相应装配工艺，通过运动线缆仿真可预测活动线缆在产品运行过程中潜在的干涉、疲劳损伤等问题，最终生成仿真和工艺数据包括线缆三维模型、平面展开图、装配过程三维动画等，用于指导线缆的下料、制作和安装实施。

6)管路布局设计与安装过程仿真

机电产品中的管路往往是空间管路，传统的管路施工主要采取现场取样进行弯曲和装配的生产方式，这种生产方式的加工精度比较低，装配的效率、可靠性都比较低，装配过程不规范，装配过程返工比较多。而采取虚拟管路布局的方法，可以在三维环境下，实现管路的快速布局，高效的管路及元件的统计和计算。

7)数据管理与网络协同平台

三维工艺解决方案通过天河T5平台实现产品模型数据、工艺数据、仿真数据等的集成化管理，该平台可通过强大的数据汇总处理能力和复杂报表能力实现与企业ERP、PDM、MES等信息系统的集成，并可通过业务流程建模、用户权限管理以及与其他系统的集成作为驱动企业的协同设计制造的网络平台。

3. 技术体系架构

（一）人机交互层

人机交互层主要实现设计者与系统的信息交流，主要包括虚拟外设数据的读取，装配规划过程中装配操纵指令和参数的输入、虚拟场景的漫游等。其中，命令解释器负责对用户指令进行解释，并调用应用层相应模块进行相关处理。通过命令解释器的转发，使人机交互层具有较好的可扩展性。

（二）应用层

包括CAD数据接口、装配顺序规划、装配路径规划、装配知识管理、零部件选择装配、装配工艺后处理、装配信息管理和装配现场动画浏览等模块组成。系统支持设计者进行面向过程的装配建模，并通过装配约束关系的自动识别来实现零部件的精确定位，同时实时干涉检测能够保证装配路径的有效性。另一方面，系统将虚拟装配建模的过程进行记录，并通过装配工艺后处理模块，形成对实际装配操作有指导意义的装配工艺卡片和装配过程动画。

（三）核心服务层

主要为应用层提供底层支撑。包括碰撞干涉检测、约束识别、装配知识辅助决策、运动仿真、场景管理和和行为控制。其中场景管理负责整个装配环境的显示控制（包括不同物体的方位设置，隐藏设置等）。行为控制负责装配环境中不同零部件行为的响应控制（如物体间发生碰撞时的行为），用户在虚拟装配环境中视点的控制以及环境中发生相应事件时的响应控制。

（四）数据层

系统的数据层主要包括装配过程数据存储区和装配知识库两个部分。其中：装配过程数据存储区保存了系统所有的装配相关数据信息，包括各零部件的几何数据、属性信息、管理信息、装配结构信息、装配工艺文件描述信息、装配约束信息、装配顺序、装配路径等所有装配过程信息。装配知识库保存经过整理的规范表达的装配知识，包括零部件装配优先规则，装配工艺知识（工具、夹具、工艺方法等）。在系统运行过程中，系统访问知识库，可以获得知识帮助并辅助用户进行决策。

备注：

注1：模型接口和虚拟装配工艺规划系统（VAPP系统）由北京理工大学数字化制造研究所开发。

注2：天河T5平台为天河软件开放式企业数字化制造协同平台。
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