三维工艺规划系统（Inte3D）工业互联网APP应用解决方案

作者：天喻软件

发布于： 2023-02-28 10:47

分类：图形核心

一、项目背景

工艺设计是产品研制过程中的重要环节，而基于三维模型的工艺设计仿真技术是近十几年来兴起的数字化工艺设计新技术。

近年来，国外以西门子、达索、PTC等为代表的国际大型软件厂商的三维工艺设计和仿真软件产品，已经在全世界的制造企业推广应用，功能和性能先进，成熟度较高。虽然目前国内已有一些具有自主品牌的三维工艺设计仿真软件工具，但在软件的底层技术、产品功能、性能、可靠性和稳定性等方面与国外同类软件还存在较大的差距，市场占有率低，也无法完全满足我国高端装备的应用需求。

从研发技术方面，目前国外工业软件供应商在工艺设计软件方面呈现出平台化、集成化、服务化的趋势，已形成产用结合的三维工艺设计仿真软件生态体系。而国内同类厂商则多从面向行业的工艺知识建模与应用的角度着手，依托CAD引擎进行开发，而CAD引擎等核心技术和关键软件工具大多还需要从国外引进，研发技术整体还是受制于人，存在“卡脖子”的问题。

综上所述，在自主可控的三维工艺规划系统工业互联网APP研制方面，国产软件虽然具有一定的基础，但已经成为制约装备发展的隐患，是必须且亟待解决的问题。

二、解决方案简介

三维工艺规划系统（Inte3D）工业互联网APP解决方案由天喻软件研发，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工艺过程，输出结果用于指导现场生产，是未来数字化工厂发展的必然要求。

该解决方案基于三维轻量化模型，在三维环境下可直接利用模型中的属性、几何、拓扑等信息，以三维标注、干涉检查、动画、可视化等实时的“所见即所得”的方式，来实现装配、焊接、加工等工艺的三维设计规划和仿真，大幅提升企业工艺制作效率，及时发现设计缺陷，缩短产品上市时间。

该解决方案基于成熟度较高的国产三维引擎、结合复杂产品研制实际需求进行深度研发，突破了模型轻量化转换、知识库构建、EBOM向PBOM转换、PLM系统集成等关键技术瓶颈，可满足复杂机电产品复杂工艺设计与仿真的要求。

该解决方案具有完全自主知识产权，是自主可控的高性能国产三维工艺设计APP，是同类产品的进口替代解决方案。

1. 应用架构

图表 1 系统架构

如上图，该解决方案技术架构含五个层级：

- 底层支撑层：确保APP正常运行的软硬件支撑工具和环境，包括操作系统、数据库系统及硬件和网络环境等；
- 工业互联网层：用于实现网络互联、数据互通和标识解析等基础数据采集和分析功能，包括工业物联网IOT引擎、数据分析和AI引擎；
- 工业APP知识层：用于实现各类工艺知识库的管理和应用，系统出厂配置包含零件工艺知识库、加工方法库、工艺资源库和典型零件加工工艺库等，也可根据用户实际需求进行自定义扩展；
- 工业APP操作层：核心应用层。工艺设计平台与三维CAD深度集成，完成三维模型的数据交换与传递，同时提供丰富的三维工艺设计、可视化、仿真、设计结果输出等功能；
- 行业应用层：基于该APP在各行业应用的技术经验，形成具备行业特色的方案和功能套件，以便于在行业内进行快速推广应用。

2. 功能设计

- 三维工艺模型数据轻量化

将零部件设计模型进行轻量化转换，以提高三维模型在工艺设计中的性能和复用性，并有利于三维工艺向生产制造环节的传输和应用。Inte3D兼容市场上主流的三维模型文件格式，同时可提取三维模型的产品结构以及零部件属性信息。

- 三维机加工艺规划

基于特征识别、智能特征推导等技术，系统可自动识别出三维模型中的加工特征，并自动推导出机加工艺路线。工艺设计人员可在此基础上对工艺内容进行调整，可对模型进行PMI标注，可利用技术图解增加加工参数、技术要求等描述，形成完整的三维加工工艺。

图表 2三维PMI标注

图表 3三维机加工艺规划

- 三维装配工艺规划

Inte3D系统支持三维结构化装配工艺设计，打通了EBOM到PBOM、装配BOM的数据流，可对产品装配过程进行三维动态仿真以判断工艺设计的合理性和正确性，可下发三维作业指导书到装配现场。

图表 4三维装配工艺规划

- 三维焊装工艺规划

对于焊接工艺，Inte3D支持在三维模型上对焊接的焊点、焊缝、螺柱焊等工艺信息进行快捷定义，并输出为焊接工艺文件。

图表 5三维焊接工艺表达

- 三维工艺可视化输出

Inte3D工艺设计提供多种输出形式，既可以是三维的工艺文件、三维PDF、视频等，也可以输出为二维的工艺卡片、Excel文件。三维工艺的可视化输出为车间生产现场的工艺浏览和应用提供了技术基础。

图表 6三维工艺输出为3DPDF格式

- 工艺知识库和资源库构建

在复杂产品的工艺设计中，尤其是装配、焊接等工艺，通常需要大量的工艺规则应用。Inte3D提供了工艺规则库、资源库等知识库构建，通过预定义的规则快速进行工艺匹配，提高工艺设计效率。

- 与PLM系统深度集成

Inte3D与PLM已实现双向深度集成，支持三维设计模型从PLM的自动获取、三维工艺文件向PLM的上传和变更，以及对工艺路线、工艺内容、物料、辅料、工具工装、工时等结构化信息的双向互动。

3. 应用性

Inte3D可广泛应用于制造业企业产线建模和仿真、产品三维工艺规划和仿真、三维现场作业指导，以及岗位培训、产品3D维修手册制作、三维可视化宣传展示、数字孪生三维场景输出等。

Inte3D应用的软硬件环境要求：

- 操作系统： Win7 sp1以上；
- 硬件环境：电脑CPU主频2.0GHZ或者以上，内存4GB 或者以上；
- 三维建模平台支持：ProE Wildfire，Croe，UG NX，SolidWorks，SolidEdge， Invertor 等。

Inte3D是在天喻软件公共平台的基础上研发的套件，确保了产品数模的一致性和互通性，并且采用基于SOA的多层体系结构，具有高度开放性。

4. 创新性

- 技术创新：
- 利用三维模型表达的直观性来完成工艺路线的规划与优化，改变了基于二维的传统设计模式，形成基于三维的工艺设计思路，使复杂产品的工艺设计技术规范更完整、更准确；
- 通过三维模型承载工艺信息的方式可避免二维和三维信息的转换，从而降低信息在转换和传递过程中的失真率和错误率；
- 打通了三维技术从设计到生产核心业务链上的应用，有利于三维数模快速延展到生产环节，是生产现场数据采集和监控的技术基础。

- 模式创新
- 通过构建企业工艺知识库，形成经验和知识的复用体系，帮助企业提升工艺设计能力，保护智力资产；
- 将文字、图形、动画等形式与三维模型的融合，使工艺呈现更直观、更准确，降低了生产人员对工艺的理解难度；
- 产品设计模型可以直接复用，极大减少了工艺人员绘制三维工序模型的工作量，使工艺人员能够有更多的时间和精力专注于工艺创新上；
- 该APP在企业的实施过程中，可帮助企业对资源、流程和管理进行优化，形成适应于企业的方法论和配套制度，有利于企业向数字化转型的发展。

三、解决方案应用情况

1. 总体应用情况

天喻软件二十多年来专注于服务国内制造企业，拥有大量装备、汽车、航空、航天、轨道交通等行业客户，并且与华中科技大学、武汉理工大学等高校保持着密切的产学研协作关系。三维工艺规划系统（Inte3D）工业互联网APP目前已经在国内多个制造业企业和高校成功应用，应用企业近100家、装机量近10万台，尤其是在制造行业具有标杆性案例。

通过众多规模型企业用户的稳定应用，该APP的通用性、安全性、适用性、稳定性和扩展性均得到了有效检验及迭代提升，也积累和沉淀了丰富的行业知识和项目实施经验，可进行标准化的快速复制与推广。

2. 典型应用案例

- 吴忠仪表

吴忠仪表是中国控制阀行业的龙头企业，被国家工信部评为“智能制造试点示范”企业。

吴忠仪表三维数字化工艺设计平台以三维装配、机加、焊接等工艺过程为切入点，在三维模型轻量化基础上，综合应用Inte3D提供的工艺设计、动画、技术图解、干涉检查、仿真等功能，实现了工艺设计的三维化转换，以及相关零部件生产参数、生产设备、工装夹具等的数字化转换。

另外，利用该APP的数字化样机技术，实现了在可视化环境下分析产品的可装配性、可拆卸性、可维修性、可加工性，分析产品加工和装配精度，并帮助工艺人员对产品生产工序进行合理调序或优化，既节省了试验样机的成本，也进一步提高了生产效率和产品质量。

图表 7吴忠仪表三维数字化工艺车间

- 登奇机电

登奇机电技术有限公司是国内领先的伺服电机研发和生产厂家，是国家智能制造专项数字化工厂。

Inte3D在登奇机电佛山生产基地得到了深入的应用：

- 产线规划和仿真：通过该APP实现了登奇V8和T5电机装配生产线的三维虚拟建模，并对产线中物流机器人、AGV小车、双层传输带、上下料机器人、机器设备、工件托盘等组成进行运动仿真，对产线设备的空间布局合理性进行检查和验证；
- 工艺规划和仿真：实现对三维装配工艺的建模与仿真，支持几何细节层面上的装配工艺验证与优化，将生产运行监控数据进行实时实景可视化展示，并验证了基于生产数据驱动的设备运动仿真，以及作业工时预估。