可视化装配VAPP系统解决方案

1、VAPP系统二维可视化装配解决方案武汉理康科技有限公司二0一0年一月MM目录1.应用前景31.1 概述31.1.1 国内现状31.1.2 国外现状41.1.3 可视化装配的主要特征 41.1.4 可视化装配实现途径 81.2 功能81.2.1 CAPPWorks三维装配工艺设计 91.2.2 基于3Dvia的动态装配过程设计 101.2.3 可视化装配管理系统 121.3 用途121.3.1 用于装配流水线121.3.2 用于焊接生产流水线 131.4 涉及行业141.5 经济效益、社会效益分析 141.5.1 社会效益14经济效益14可视化装配 VAPP 系统1. 应用前景装配是产品生命周期

2、中的重要环节， 是影响产品性能、 质量、 开发周期和成本的主要因 素之一，尤其是象军工、汽车、造船、机械设备等以组装为主要工序的相关制造行业，由于 缺乏有效的装配工艺规划手段，使得装配已成为影响产品质量、时间和成本的瓶颈。可视化装配工艺规划系统 VAPP， 是 (Visual assemble Process Planning) 的英文缩 写，它已成为继虚拟装配之后又一项创新技术； 采用该技术不但为解决工艺编制与指导现场 操作提供了一种的理想工具，同时也为装配、焊接过程的可视化，提供了一条实用、直观、 精确、可靠的途径。1.1 概述1.1.1国内现状目前国内企业普遍对装配技术缺乏研究， 加之资

3、金投入不足， 仅仅满足于能把产品 制造出来，产品装配还是沿袭着过去几十年来批生产的手工作业模式；未实现一个完整产品的全面数字化， CAD/CAPP/PDM 系统应用仍存在信息孤岛现 象 ，特别在三维数字化制造技术方面，未能将设计数字化贯穿到制造生产线，模拟 量传递依然大量存在；缺乏有效的装配工艺分析手段， 包括装配精度分析， 零部件选配， 装配结构运动仿 真等，使得所建立的装配工艺运用于实际装配过程时的正确性和可靠性不能得到有效 保证。工装、工艺设计与产品设计脱节 ， 设计人员普遍缺乏工艺知识，又未能充分实现 并行工程，设计的产品经常出现装配协调困难，返工率高；未能在数字化装配技术方面实现新的

4、突破， 装配工艺的建立在很大程度上依赖于经验和基于实物模型的反复试装，导致产品研发周期和成本的大幅增加。这种二维在装配现场用于指导装配的仍然是装配工艺卡片和相关零部件装配图纸，指导三维的现状使得实际装配过程很容易发生偏差， 从而产生装配质量问题， 并延长装 配周期。 装配工人在现场工作需要仔细翻阅大量的图纸、 工艺文件， 而且经常会出现工 作上的失误，造成装配质量问题，影响装配周期 。1.1.2国外现状国外装配技术，特别是飞机装配技术自 20 世纪 90 年代初波音公司在研制 B777 时全 面实施数字化设计方法以来，国外飞机装配技术已得到长足的发展，B787、A380、 A400M、A350

5、、F -22 和 F -35 等新型军民机大量地应用柔性装配工装、数控钻铆系统、数字化测 量系统、数字化移动系统、离线编程和仿真软件等进行自动化装配，实现了飞机的高质量、 高效率装配。 目前国外蓬勃发展的飞机柔性装配技术能适应快速研制生产及低成本制造的要 求，具有数字化、自动化、模块化、集成化等特点。其主要技术关键如下：设计与制造并行， 产品设计与装配设计紧密结合， 实施并行工程。 在生产组织和管 理上广泛采用精益生产的思想和方法，精简了工作业务流程。全面采用数字化设计制造技术， 这项技术以全面采用数字化产品定义、 数字化预装 配、产品数据管理、 并行工程和虚拟制造技术为主要标志， 从根本上改

6、变了传统的 设计与制造方式，大幅度地提高了设计制造技术水平。建立单一产品数据源，实现工程 BOM 、制造 BOM 以及维护 BOM 的有效转换， 保证数据传递过程中的一致性。大幅度减少零部件工装， 采用统一结构的动态工夹具的设计， 发展柔性工装和数字 化装配定位技术。利用先进的装配互换协调技术1.1.3可视化装配 VAPP 系统的主要特征为什么要推出可视化装配系统 VAPPWorks世界是三维的 我们倡导的理念是 3D For All ，就是说所有我们能看到现实世界的物体，都是三维的，但是目前大多数的工程人员还是使用二维的图纸来进行表达和交流，我们有了 Solidworks、UG Catia、

7、PTC等三维CAD软件，改变了工程师交流的形态，从二维变成了三维，但是还有另一个问题出现了，就是产品的设计者与最终操作 者用户之间仍然是通过二维在交流，即使通过产品图纸、工艺文件或说明书，也是二维 的，如果不去改善与最终用户沟通和交流的方法，那么设计生产阶段的发展是越来越会 受到制约的；在虚拟世界里 3Dvia 能把一件产品描述的跟真一样， 但如果只是限于工程师之间的交流就太可惜了，基于 3Dvia开发的VAPP系统，就是要把这种描述贯穿到生产现场， 这就是为什么致力于推广这项技术的根本原因 .VAPPWorks 技术上有那些特点 开发平台 VAPPWorks 是基于 3Dvia 环境开发的，

8、 利用 3Dvia 兼容多 CAD 文件 格式的优势可以大大扩展市场空间，特别是我们过去较少涉足的产品工艺制造 领域，利用可视化装配解决方案，比较容易敲开 KATIA 、 Pro/e、 UG 等用户的 大门。 应用系统 VAPPWorks 是一个包含 3Dvia 动画制作的全装配过程可视化制作与 播放系统，而不仅仅是一个动画制作工具： 工艺过程设计 VAPPWorks 提供了一整套装配工艺过程设计的工具（包括装配流程设计、装配工序建模、装配用设备、工夹模具的设定、装配操作要领），这个过程和结果是装配现场操作工人必须通过视频所能获得的，3Dvia 无法系统提供这方面的功能。 庞大模型库 VAPP

9、Works 用一个有 5000 多种工装、设备三维模型数据库来支撑整个系统，从而确保了装配过程可视化的真实、形象； 3Dvia 目前还不能提供数 据库管理功能。 播放系统 VAPPWorks 系统在终端机上不但要播放动画，还需要在视频上显示 “零部件配餐卡” “工装、辅料配餐卡” “操作要领”，这些参数是操作者工作的依据，也是可视化装配过程中必不可少的。 3Dvia 无法做到如此详细的叙述。 网络系统 VAPPWorks 提供了一套网络远程控制系统，文件存放在服务器数据 库中，管理人员通过网络将播放文件传给操作现场终端机，现场操作者也可以 通过网络向服务端提交申请；同时操作者还能够对屏幕上的文

10、字与动画进行必 要的掌控。哪些企业和部门更适合VAPPWorks 信息化示范企业数字化包含CAD/CAE/CAM/PDM除了 CAM面向生产现场，基本都是只能在办公室 用，VAPPWorks正好弥补了生产现场数字化的空白，现在汽车行业的一些示范企业，正在实施数字工程，如“数字五菱”“数字长安”项目正在启动，维修、 装配、焊接都有需求。 军工企业3Dvia在装配动画制作过程中， 可实现动态间隙与干涉检查、规划装配路径；VAPP能实现配置设备与工夹具等，使可视化装配过程更可靠，视觉更逼真，提高了 装配的质量和效率，航天、航空、船舶行业关键产品对装配有非常高的要求。 汽车行业和出口企业汽车行业经历“

11、丰田召回事件”后，更加注重售后服务，过去那种维修手册已经不能满足服务要求，通过 VAPP系统可实现网络远程可视化的维修服务，对用 户和4S店，对产品维修方法做达到一目了然，提高了企业的信誉度和用户的满 意度。出口企业可以少出国或不出国，也能通过VAPP系统实现产品网络远程可视化的维修服务。 经常参加招投标的企业在招投标活动中，用一套图文并茂的播放系统，可更为直观地向招标方展示公司的产品和技术实力，有效增强新产品的竞争力。 少批量、多品种的企业对于这一类型企业，流水线上产品更换频繁，操作工人流动性很大，对新产品、 新工人的培训工作量很大，利用VAPP系统可强化培训效果，将新工人的业务能力和操作技

12、能提高到一个崭新水平。 企业领导提高企业形象，是企业领导关心的重点，从我们实施的两个企业来看，都是企业 领导和中层技术主管，有较强的技术超前意识，可视化技术VAPP可以帮助企业更好展现其企业形象，提高企业的软实力。 政府部门可视化技术符合节能减排的产业政策，一般来说，一个A4图纸要消耗10克优质纸张，一个中型企业每年要用10万个A4，一年纸张要消耗达 1000公斤，这些纸张折合5.5立方米木材，而这些木材要砍伐30棵10年生的大树！不光如此，在生产过程中还需耗电100多度，排放废水 300多吨，加上打印、晒图等方面的损耗，一个 工厂仅仅用于生产的纸张，一年碳排放量数字就是一个相当惊人的数字，如

13、果在制 造企业全面推广无纸化制造，对国家、社会，对节能减排低碳经济将是一项重大的 贡献，政府官员没有理由不支持。可视化装配VAPPWork主要特征 面向现场工人 建立了有效的数字量传递机制一一从产品模型T工序模型T3DVIA模型T AVI文件T流媒体文件全部用数字量化。 能将产品几何信息和非几何属性信息（如装配顺序说明、装配产品结构、工装夹具等信息）传递到操作者手中操作者能够采用某种可视化技术读取这些信息1.1.4可视化装配系统实现途径a) 在CAPPWorks或3DVIA环境下先予定义装配流程、选择工装设备、生成工 序3D模型。b) 在3Dvia环境下，创建可视化动态装配过程文件。c) 建立

14、可视化装配过程传递体系。d) 可视化装配过程现场播放系统。预定义装配SolidWorks 平台流程选择装配夹具生成3d模型3dvia 装配过程设3DVIA平 台三维动画装配动画现场V APPWorks 系统CAPPWorks Plus 系统1.2功能本系统通过建立一个基于可视化现实技术的计算机装配工艺规划仿真分析环境，利用产品的CAD模型，在不制造实际模型的情况下，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装配顺序，空间装配路径，编制工艺文档，并分析装配过程中的装配精度和装配机构运动，从而大幅减少装配工艺规划周期和成本，同时，系统提

15、供装配工艺过程动画录制功能，将规划好的装配工艺以三维动画形式纪录下来，并可以通过安装在装配现场的浏览终端，展示给装配人员，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，提高装配质量和效率，降低时间和成本。1.3基于Solidworks 平台的可视化装配系统CAPPWorks Plus 系统1.3.1CAPPWorks Plus装配工艺设计模块可视化装配流程设计a) 在 Solidworks 和 CAPPWorks 环境下b) 动态定义装配工艺流程；装 配工艺的过程和顺序通过装 配流程图动态指定，流程图 的每一个节点对应一个装配 工序，通过箭头描述装配顺 序；每一

16、个装配工序可定义 装配视图和配套件表。c) 定义装配工序时可交互选择装入零件和装入顺序；结点选取，也可在图形区直接选取零组件模型；d) 从设备、工装模型库中选出当前装配工序所需设备、 环境中。输出3D模型(Smg格式)与装配工艺卡片a) 输出3D模型b) 输出装配工艺卡片I“*爼I I I 1鼻 I装配组件或零件可从装配结构树夹具、工具等模型插入装配体1.3.2CAPPWorks Plus装配工艺设计的其它模块可视化装配在完成工艺过程设计后，系统将转入动画制作、可视化装配管理系统，有关这方面的内容，请参照1411.4.21.4基于3Dvia的多CAD平台的可视化装配系统VAPPWorksCT绅

17、JHE）欄宙国 辱強 TflU' HHHL*炖事& crS5.晌血瓯 砂出 曲 叱中吕田口|T 回 寸 聊拆| + -| 0 务"毎珀rSi »W J a凶細LariL"i風册吋|Utt ek> nidfmR ton 现圧i摄希i+ s- ni 4於-E*r.A ISHiMM dD-2 -叵岛 raa-zni -MiD-3 -叵為璀币畑I", r 7* (?A t-Z-l-lOl' x £-| -叵品 nj-sw-nnraC*dD-6亀I塾训it诲斗 b-叵塾Fii-mo-1匚！*卿呼解曲卜1 -叵删甘 do-ia

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20、通过箭头描述装配顺序； 每一个装配工序可定义装配视图和配套件表。g）定义装配工序时可交互选择装入零件和装入顺序；装配组件或零件可从装配结构树结点选取，也可在图形区直接选取零组件模型；h）从设备、工装模型库中选出当前装配工序所需设备、夹具、工具等模型插入装配体环境中。输出3D模型（Smg格式）输出按工序的3Dvia文件（包含产品装配工序模型与清单、工装、设备清单、工序装 配要求等）至数据库中。2D图片，在 3D动画中通过1.4.1基于3Dvia的动态装配过程设计一个优秀的动画能够表达流程以及可以代替大量的文本和观察模型的移动和变化，能够非常地表达服务流程和装配指南。a) 在3DVIA Compo

21、ser中的动画包括:照相机视图的切换；模型能够缩放、平移和旋转。位置的改变；几何角色能够爆炸，协同角色能从视图区移动。属性的改变；几何角色能够改变颜色、不透明度、尺寸以及显示与否。Digger的改变；Digger能够改变尺寸、位置、焦点中心等等。JDTI1 Cua4-Pxci -xheJJ Sfr-BHl) 哑辱冲hJ 1FPW惰弭口面囚网® JU顾旳删出鼻口叱抽日MRfll跑害«K!-SW:9 K q申I liE 舟冷* J- rad:回 A fHkoann-<yT-i*i,J«KHim-w-i 回囱 rErm QI J-id-i 回 ATHBL1J>

22、;JI"I F1A fWKmi)T4i 回W-l回ifl-i 回冠 fHiMHJn-iSt-L IJA 仙沁I )-4ri 回待 rH3b-m QI )-5-i 回甜 fHfr-OHU)-J&-l 回血 aa-w-i 匡站 rnx-:=-U!-:i事K |T tJ T 卄火知曲t也蔓j £-9 nn、dbTMIM1CUJ-I.LgnjilLt gffiWT JMfcfTWMMitq xmtJD43t-J5-DSTIH3E-I5-MiJlk9254E3iHiE-aaf|i-i2 埸 | M|»WUl |宦存血鲁!TTitZ 和冢才fir钏黑址皿t 曲 2p

23、E3 SicraaMEt曲 Jivi 3pIBgG 0二和MlO-4-IfiBrb) 动画制作过程 从数据库中捡入3D模型，提供与目前流行的 CAD系统的模型转换接口。 规划装配环境背景一一可以将装配现场制成图片，插入3Dvia软件界面，提供更加现实的场景。 设计可视化装配基本步骤一一基于虚拟现实技术的人机交互装配工艺规划环境，提供交互式零部件装配过程定义。 配置设备与工夹具一一设备和工具原则上都是在三维CAPP设计过程中已经选择好了；如果需要补充可以在动画制作过程中增加，但应对3D模型进行更新。 规划装配路径一一装配轨迹规划、装配过程动画和机构运动仿真等相关工具。 动态间隙与实时动态干涉检测

24、一一 对零件与过程作标识 生成3Dvia播放文件一一3Dvia播放文件(Smg)占用CPU和内存非常大，不 适合在瘦客户终端播放，必须通过可视化系统软件进行格式转换。存入数据库142可视化装配VAPP管理系统基于切町谨配过程设爭CM）平台装配动画设计现场播大屏幕腰系统网络与设计库管理系统SQLServer产品/ 工茗信息电手救据仓立且半市场需求7 产品如开强务ERF可视化装配系统完全在网络环境下通过PDM系统运行，将设计和管理部分集中在工艺、网络中心，现场播放通过远程网络来控制播放内容；也可以由现场操作者提交远程申请， 根 据权限许可获得播放权限。 VAPP管理一一VAPPWorks系统有一套

25、自己的文档、权限管理系统和数据库，通过网络管理VAPP产生的模型与文档，这部分工作也可以交给企业的PDM系统来完成。 装配过程动画管理一一可视化装配系统可实现对动画文件的“文件分发”、“大屏幕播放”、“现场终端播放”等方面管理。 终端机播放过程管理一一由操作者根据屏幕提供的菜单，进行装配工艺浏览及动 画播放过程控制。1.5用途1.5.1用于装配流水线为解决目前装配生产中数字化不连续和数字化率不高的问题，不少企业从网络环境改造和现场计算机应用着手，建立从企业数据服务中心到车间现场的网络环境，将装配特征、装配过程指令、产品结构表、装配检验等信息内容用二维图表直接传递到操作现场，希望装配流水线上也用上“数字化”，实践证明这种方案由于终端屏幕小，二维图纸根本无法看清楚，反而给操作