Siemens PLM Sortware征文：Teamcenter工艺设计应用研究

1　前言

    计算机技术和网络技术的发展，为传统的工艺设计找到了一个新的出路——基于PDM集成系统的工艺设计。基于PDM的工艺设计是建立在PDM的集成平台上，直接利用产品设计数据，向制造过程传递指令，使得信息的传递更加顺畅，工艺设计的效率和质量也会大幅度提高。

    作者所在公司是国内首家应用全生命周期管理（PLM）的航空发动机制造企业，软件系统选择Siemens公司开发的Teamcenter。其中Teamcenter Manufacturing（简称TCM）为各类针对专业领域的应用软件提供基本数据管理平台，支持企业就其产品、工艺、车间和资源规划决策做出迅速的评估，它包含MSE（Manufacturing Structure Editor， 制造结构编辑器）、In-class（资源管理器）等功能模块。基于PDM集成系统的工艺设计就是通过TCE获取产品的设计数据，在MSE环境下实现工艺设计过程。

    本文基于作者在实施航空发动机PLM应用过程中的实践，对利用Teamcenter软件进行航空发动机产品工艺设计过程中所涉及到的以下关键应用技术进行探讨。

    工序模型设计：在传统航空发动机零件工艺设计中，工序图形的绘制往往占有最大的时间比例。在基于Teamcenter的工艺设计中，采用建立三维模型并生成二维模型的模式。因此，建立工序模型也成为基于Teamcenter的工艺设计的核心内容。

    工艺资源与UGCAM的集成：生成工艺规程时，对工装资源库的操作只是一个查询和调用的过程，相对比较容易实现。但是在做数控程序设计时，却需要实现程序的模拟仿真，即在操作系统中，实现刀具的运动轨迹模拟。这就需要工艺设计系统与工装资源库能够高度的集成。

2　工序模型设计

    工序模型（In-Process  Work piece IPW）是一种中间过程的产品模型。在传统的工艺设计中，工序模型主要应用在需要进行数控加工的工序，一般是按照工艺规程中的二维工序图，采用基于特征的实体建模方法建立相应的三维模型。工序模型同最终的产品模型在最终的表现形式上是相同的。

    基于特征的建模方法是一种直接建模的思想，其优点是方法简单，所有建模过程都可以反映在特征导航树中，建模过程清晰明了。如果需要修改只要直接对该特征进行编辑即可。但是采用这种方法进行工序建模，存在着一定的问题。一方面，这种建模方法各工序间是孤立的，建模工作量很大，有多少个中间状态的工序模型，就需要进行多少次从头至尾的建模。另一方面，各个工序模型建缺乏必要的关联，其中一个改变，其它含有相同特征的模型并不会随之改变，不得不采用手动方法进行更新。孤立建模使得工序模型同设计的产品模型之间缺乏联系，这也不符合PLM的单一数据源的原则。特别是当更改量较大时，出现失误的机率也随之增大。如果某一道工序或者某一特征同步更新时出现失误或没有及时更新，就会在后续的工作带来很大的隐患。进而对最终产品的研制和生产带来严重的影响，甚至造成无可挽回的损失。

    因此作者尝试在工序建模中使用一种新的建模方法——基于装配的UG WAVE技术建模。基于装配的UG WAVE技术建模，其实质是利用UG WAVE技术，是在已知最终产品模型的基础上通过WAVE几何链接器抽取零件几何体及点、线、基准、草图等特征，通过一系列操作创建新的零件模型。

    从最终产品模型获取相关特征，通过特征操作及布尔运算生成第一道工序的模型。每次都在上一道工序的模型基础上，结合最终产品模型特征生成本工序的工序模型。由于所有的工序模型包括毛坯模型都建立在同一个装配关系下，其中一道工序特征的更改会自动传递到其它工序。既能减少创建工序模型的工作量，又可以避免工序间冲突，减少质量隐患。基于装配的工序建模最关键的工作是需要建立一个包含最终产品模型在内的装配结构。

    与真实的装配所不同的是：真正的装配关系中，各组件间是不干涉的。而各工序模型则是相互重叠和包容的。各工序实体建立在相同的坐标系下，如果将装配导航器下的各工序触发开关设为ON，就可以将各工序的三维模型叠放在一起，从而可以清晰的对前后工序的同一特征进行比较、测量，从而实现了余量分布的检验，取代传统的工艺设计流程中的工序余量图的绘制任务。

    图1所示是一个喷嘴零件，总体上看是一回转体零件，这里不考虑配合面精度的要求，仅仅考虑最少的装夹次数。该零件需要3道工序完成，也就是说从毛坯到成品需要4个工序模型。最后一道工序成品模型就是设计的产品模型，是已知的,也就是其它工序模型所依附的父几何体，那么我们还需要3个工序模型。图1所示是用Geometry Wave Linker几何链接器为毛坯、工序1、工序2建立三维模型。

图 1：工序建模示例

    在这个例子中，每道工序间实体模型都是全相关的，也就是说，当最终产品模型发生更改时，依附于其上的工序模型也随之改变。

3　工艺资源与UGCAM的集成

    工艺设计系统与工装资源库需要进行高度的集成。在作系统测试时，我们发现：对于IN-CLASS自带的资源结构，与UGCAM集成，做仿真没有任何问题，而对于客户化后建立的分类结构，属性定义却无法实现上述功能。在Teamcenter环境下启动UG进行数控编程的时候，工装资源库中所添加的资源对象属性值无法正确的传递到UGCAM的编程环境，无法正确的查询和调用库内的资源信息，造成了资源库和UGCAM的脱节，没能实现较好的集成，从而不能完全的发挥工装资源库的功能。因此需要我们找出控制文件对其进行修改，以满足数控编程的特殊需要。

    在UGCAM环境下，创建刀具资源可以选择利用UG提供的标准刀具数据库自行创建新的刀具资源，也可以调用IN-CLASS资源库中现有的资源创建刀具资源。如果想要利用资源库中的资源，那么在创建刀具时，就需要选择Retrieve Tool选项，调用工装资源库系统中的刃具对象。由于在创建工装资源库时，摒弃了系统原始状态下的分类，对类的ID和结构重新进行了定义，使得此时无法正确的搜寻到录入到系统中的实例。经过仔细的研究后，发现了UG下dbc_inclass_tlas.def的文件是控制UGCAM与Teamcenter进行数据传递的控制文件，于是按照客户化后的分类结构对其进行了修改，使其完全吻合于资源库中的分类结构的定义，实现了对库中刃具资源的查询和引用。

    在建立工装资源库架构时，已经根据UGCAM编程时的需要，在PDM系统中进行了属性定义，并确定了属性的ID。问题在于PDM系统中的属性定义和属性值无法正确传递到UGCAM中。通过分析，我们发现：UG中dbc_inclass_tlas.tcl文件是负责对资源库中资源对象属性值的传递进行控制的。通过修改dbc_inclass_tlas.tcl文件，实现了UGCAM的参数和Teamcenter系统的属性一一对应，进而使资源库中对象的属性值能够准确无误的传递到UGCAM当中，实现了资源库系统和UGCAM的高度集成。

图 2：资源调用流程

4　结论

    本文提出了一种新的建立工序模型的方式，提出了利用WAVE技术进行工序建模的原理，确保工序模型与产品模型的关联性。找到了UGCAM同TEAMCENTER平台之间的控制文件，从而实现了UGCAM与PDM的无缝集成，解决了UGCAM只能调用UG自带刀具库进行数控编程的局限性。实现了客户化后的工装资源库同UGCAM之间数据的自由传递。

    作者所在公司的应用实践表明，基于Teamcenter的工艺设计系统可以大幅度提高工艺设计的效率和质量，提高企业的综合制造水平和竞争能力，是航空发动机制造行业重要的发展方向。