e-works 涂彬 刘谊萍

    享誉业内的开目CAPP产品是中国第一个商品化的CAPP软件产品，其市场占有率一直保持领先地位，是国家科技部863/CIMS主题目标产品，赢得了业界的认同及广大用户的一致好评。近期开目公司高调宣布：历经８年潜心研发，将强势推出国内首款三维装配工艺规划软件KM3DCAPP-A V5.0，从开目官网上的宣传口号也尽显这一老牌CAPP厂商的决心与信心：“延伸设计、引领制造，开目软件开启中国三维CAPP新纪元，专注、专业 20 年再现王者风范，KM3DCAPP-A V5.0 即将耀世登场！”这到底是一款怎样的产品，与传统的CAPP相比，其特点主要有哪些？e-works记者带着众多疑问对负责该款产品推广的开目公司市场总监贾华文先生、研发产品经理徐济友先生等技术专家进行了专访，使我们对该款产品有了深刻而全面的认识。

1  遭遇瓶颈-传统二维CAPP的难题

    CAPP起源至今已经历40多年的发展，目前国内外对于CAPP的研究无论在深度上还是广度上都取得了很大进展。然而，由于我国制造业依然普遍存在着“重设计、轻工艺”的状况，工艺部门得不到应有的重视，CAPP的应用并没有达到应有的高度。国内仍有很多企业CAPP应用还停留在工艺卡片的编辑、工艺信息的统计汇总和工艺文件的流程签审等解决工艺设计中的事务性工作的初级CAPP应用阶段。随着越来越多的企业对三维CAD应用的不断深入，传统的二维CAPP（特别是装配工艺CAPP）的局限性也越来越明显。经开目公司广泛的用户调查，具体主要表现在以下方面：

    1.1  传统二维CAPP不能有效利用三维CAD的设计数据

    企业设计逐步由二维CAD转向三维CAD的过程中，CAPP与三维CAD的集成逐渐成为重要的应用需求，同时，不同的企业由于所处的行业、企业规模、企业的发展目标等因素的不同，选择的三维CAD软件也呈现出多样性的状态。如何使CAPP系统实现与三维CAD之间的集成，并支持多种三维CAD的数据导入，是CAPP系统首先要解决的问题之一。

    在实现集成的基础上，如何有效利用三维CAD的设计数据，提高工艺设计效率，是CAPP需要解决的关键问题。以装配件来说，装配模型的设计过程就已定义好了产品各零部件之间的装配关系，但这种装配关系在传统的二维CAPP装配工艺设计中并不能得到很好的利用，仅仅停留在截取三维模型图片插入二维装配工艺卡中的浅层应用水平，即装配工艺设计系统并没有与企业三维CAD的应用接轨。

    1.2  传统二维CAPP系统装配工艺设计能力较弱，可装配性验证成本较高

    对于产品装配，一直是装备类制造企业重要的生产环节。有统计表明，装备类制造企业在产品的生产过程中大约1/3的人力在从事有关产品装配活动；装配工作的工作量占整个产品生产工作量的40%~60%；装配工作需要的费用占产品制造总费用的30%~40%，而一旦在装配环节才发现问题，将有可能增加40%的制造费用。传统二维CAPP系统装配工艺设计能力偏弱，不能够直观地对装配工艺进行优化。特别是对于装配工艺的验证，目前，很多企业都是在物理样机上进行。如果在物理样机阶段发现装配结构不合理（干涉、超差等），或者不利于装配工作的进行时，再对产品进行结构或设计上的调整，不仅大大增加了企业的可装配性验证成本，而且会严重的影响产品的上市周期。如何利用设计阶段的数据在物理样机之前对产品进行虚拟装配以验证装配工艺的合理性也成为企业最为关注的问题。

    1.3  传统二维CAPP难以准确描述产品的实际装配过程

    传统二维CAPP发布的工艺卡片是静态的数据，对于产品的动态装配过程，难以准确的描述。如何使CAPP系统实现在生产现场的在线应用，即实现技术文件在车间的可视化，使工艺看起来更加直观、方便，并保证生产现场工艺信息无障碍显示，也成为CAPP发展过程中需要解决的问题。基于以上的分析，开目公司认为：
    三维装配工艺设计系统，尤其是面向结构复杂、零部件数量庞大且装配精度要求较高的产品的装配工艺设计系统，应能实现如下重点功能：
    .可显示并调整产品的装配结构；
    .可实时浏览三维模型；
    .灵活定义装配步骤、装配活动及装配工具；
    .支持对三维模型的可装配性验证，可进行装配关系检查与仿真、产品装配性工艺性评价与审核；
    .动态装配工艺过程现场输出；
    .与工艺资源相关的各信息系统之间有效的集成。

2  适时而生-三维装配CAPP

    所谓三维装配CAPP，是将传统的装配工艺规划中所体现的内容以虚拟仿真的形式表达出来，在产品零部件三维数字化实体模型的基础上，利用现代计算机技术、信息技术和人工智能技术，借助于虚拟现实等人机交互手段，来规划与仿真产品的设计装配过程，并指导现场生产的三维装配工艺设计规划软件。图1和图2分别为开目公司三维装配工艺规划软件KM3DCAPP-A总体框架图及其内部业务流程图。 

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图1 KM3DCAPP-A软件总体框架图

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图2  KM3DCAPP-A软件内部业务流程图

    KM3DCAPP-A直接从三维CAD中获取产品或部件结构及零部件信息。用户依据装配三维模型，调整装配结构，规划装配的工序，设计装配过程，验证可装配性。系统还能引入装配过程中用到的制造资源，并定义其在装配过程中的活动，完成整个产品核心零部件的完整装配，最后生成装配工艺文档及装配过程录像，三维装配工艺信息可以直接输出到车间制造执行系统。

3  专注.创新-三维装配CAPP必备功能

    3.1  支持主流三维CAD模型的导入

    三维装配CAPP需要具备好的开放性和兼容性。正如以上所说，不同的企业进行产品设计时用到的三维软件是各异的，因此，三维装配CAPP需要支持各种主流三维CAD文件的直接转换。

    3.2  可显示并调整产品的装配结构

    对于复杂的大型装配件，三维装配CAPP必须能够显示装配体中的各部件，使工艺设计人员清楚掌握各部件之间的装配关系，并能够对装配结构进行调整。

    3.3  规划装配过程，实现装配活动仿真

    装配过程规划是三维工艺设计的重要内容，主要包括装配顺序、装配节拍、装配路径、制造资源规划、装配过程仿真、装配工艺性验证等，通过装配结构规划、方法规划、节拍规划、路径规划等方式，实现产品整个装配过程的工艺规划，其优劣直接影响到产品可装配性、装配质量、装配效率和装配成本。

    装配过程仿真以仿真技术、可视化技术为支持。装配仿真可以展示装配仿真结果、运动干涉检查、分析运动合理性、生成文本方式的装配工艺文件、干涉检查报告和图形方式的装配路径等等，以此来验证设计的合理性，并规划出科学的、高效的工艺流程。

    3.4  实现动态装配工艺过程现场输出

    传统的二维的工艺文件对生产的指导意义有限，这就要求三维装配CAPP能够改变传统的工艺输出手段，支持动态装配工艺过程现场输出，用于指导现场生产，支持车间现场的三维工艺轻量化浏览，方便操作者快速掌握产品的装配过程。

    3.5  集成其它系统的应用，实现工艺信息综合管理

    为避免出现信息孤岛，三维装配CAPP系统应提供与其它系统集成的接口。在以工艺文件为核心，以BOM管理为纽带，整合分散的工艺资源，进行集中管理的基础上，与PDM/PLM、MES、ERP等系统实现有效的集成，即为工艺管理部门提供工艺设计的工具外，还提供一整套的管理解决方案。

    以上是开目公司结合企业的实际需求，提出的关于三维装配CAPP基本必备功能。作为开目公司近期重磅推出的KM3DCAPP-A V5.0还有那些特点呢？以下作全面的介绍。

4  厚积薄发-三维装配CAPP新产品

    KM3DCAPP－A 是开目公司结合企业对于CAPP的实际需求，历经8年潜心研究研发出的新一代CAPP产品。产品已具备较高的成熟度，并已经在一些企业取得了良好的应用效果。新发布的KMCAPP-A V5.0版本，在功能上具有以下特点。

    4.1  良好的开放性和兼容性，支持装配模型的轻量化管理

    KM3DCAPP－A V5.0支持各主流CAD模型数据的导入，包括CREO（原名：PRO/E）、NX、CATIA、Inventor、SolidWorks、Solid Edge等文件，基本覆盖了中国企业常用的三维CAD系统，从而满足了客户无论在设计过程中采用的何种三维CAD软件，都可以直接将模型文件导入到三维装配CAPP中进行装配工艺的规划的要求。

    从三维CAD中直接导入的装配模型文件一般数据规模较大，对于计算机性能要求较高。为了降低对计算机性能的要求，加快模型的计算速度，同时改进操作性能，使配置过程设计的操作更加流畅，KM3DCAPP－A V5.0提供了装配模型的轻量化处理功能，同时可实现装配模型的轻量化管理，并通过装配结构的管理，生成满足产品装配工艺性要求的产品装配结构，为后续装配过程规划服务。图3为原始的模型文件和经过KM3DCAPP－A V5.0轻量化处理的模型文件的大小对比。

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图3 原始模型文件和转化后的轻量化模型文件大小对比

    4.2  支持复杂产品装配工艺规划，及时验证装配工艺合理性

    KM3DCAPP－A V5.0提供了图形化的装配工艺规划，工艺设计人员在对装配体进行可视化操作的同时，能直接生成工艺流程图。

    对于以流水线为加工方式的装配型企业来说，他们按工位组织生产，车间的自动化程度较高，KM3DCAPP－A V5.0能根据装配线的工位配置，定义装配的每个步骤，规划装配节拍，确定每个步骤的装配件清单及使用的工艺装备，帮助用户规划复杂产品的完整装配过程。在复杂产品的装配上，KM3DCAPP－A V5.0定义了平动运动、直线运动、旋转运动、径向运动、周向运动、典型运动等多种装配。同时，由于系统提供了由设计到工艺的标注件库，对于参数化的标准紧固件如螺纹，只需在系统中选择，扳手/螺丝刀运动，定义扳手/螺丝刀的转动方向、角度、往复次数、转动圈数等一系列运动参数，即可实现螺纹的自动添加，并在此过程中记录工艺信息。
    KM3DCAPP－A V5.0中的装配关系通过结构树的方式来展现，这使得装配过程的并行串行关系一目了然，不仅可以通过鼠标拖曳的方式灵活定义零部件之间的装配关系，而且从子装配拆离零件也相当方便。另外，KM3DCAPP－A V5.0还具备在添加工装时智能定位的功能。

    同时，在KM3DCAPP－A V5.0系统中，可以直接对装配尺寸进行距离、角度、直径/半径等多种测量，进行装配尺寸链计算，干涉检查等，来评价和验证装配工艺的合理性。图4为KM3DCAPP－A装配干涉检查。

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图4 KM3DCAPP－A装配干涉检查

    4.3  提供了多样全面的技术图解

    在KM3DCAPP－A V5.0中，提供了多样全面的技术图解。在装配结构中，系统按照装配关系自动标注零部件序号，并可生成装配BOM清单，通过装配BOM清单和零部件序号标注，以及零部件装配所要求的文字说明、标签等多样、全面的技术图解，帮助用户准确理解装配过程。图5为KM3DCAPP－A V5.0工作界面。  

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图5 KM3DCAPP－A V5.0工作界面

    4.4  支持多种工艺发布方式

    系统支持多种格式工艺文件输出，可以输出网页、PDF等多种格式。值得一提的是，KM3DCAPP－A V5.0可以将仿真装配过程工艺文件输出成3D PDF格式工艺文件，该工艺文件中支持嵌入复杂动画，用于指导产品维修和服务；支持装配过程仿真及录像输出，支持各种用于指导现场生产的装配工艺卡片输出，以及车间现场的三维工艺轻量化浏览，以指导现场生产。图6为KM3DCAPP-A终端浏览解决方案。   

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图6 KM3DCAPP-A终端浏览解决方案

    4.5  提供了强大的系统集成接口

    通过集成插件KM3DCAPP－A V5.0能够轻松的集成到CAPP、PDM、MES、ERP等软件中，打通设计、工艺、制造信息流，实现企业中各信息化工具间的数据交互和共享。图7为KM3DCAPP－A V5.0与MES集成应用的三维装配工艺终端浏览。

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图7 KM3DCAPP－A V5.0与MES集成应用的三维装配工艺终端浏览

    4.6  显示方式多样，形式直观，可操作性强

    在装配模型的显示上，KM3DCAPP－A V5.0提供了灵活的方式，非常人性化。例如，对零件较小的部位，系统具有局部放大的功能，以便于工艺人员进行工艺设计；对于封闭式的装配件，系统提供了内部构造的多种显示方式，如线框显示、剖面显示、透明显示等，用户可以根据自己的习惯来选择。

    由于使用三维装配模型门槛较高，考虑到企业对于三维装配软件易用性的担忧，KM3DCAPP－A V5.0在表现形式上直观易懂，可操作性强。对于装配过程的重要环节和关键点，工艺设计人员可以在系统内设置关键节点提示，通过暂停、闪烁、颜色标记等方式对操作者予以提醒，防止误操作的发生。

    基于以上KM3DCAPP－A V5.0的特点可见，KM3DCAPP－A V5.0不仅具备了三维装配CAPP的必备功能，同时在很多功能上实现了细节化和人性化。或许有人会问，为什么要用到三维装配CAPP，它到底能为企业带来何种价值？

5  精益求精-三维装配CAPP的目标

    5.1  深化三维CAD在企业的应用

     传统装配工艺过程确定步骤：首先，确定装配工作的内容；然后，确定装配工艺方法及其设备；其次，确定装配顺序；最后，编写装配工艺规程文件。在传统的装配工艺流程制定过程中，并没有充分地运用CAD中的资源。在大部分企业已经使用三维CAD后，三维CAD模型的装配关系已经确定。三维装配CAPP可以充分地考虑三维CAD模型已经定义好的装配关系并有效地利用，是三维CAD在企业应用的进一步深化。

    5.2  优化装配的同时优化设计和制造

    三维装配CAPP通过对产品的装配过程进行可视化的模拟与分析，静动态干涉检验、工艺性检查、可拆卸性检查和可维护性检查等，快速的评价装配方案，及时发现潜在的装配冲突与缺陷，并将此信息反馈给设计人员进行修改，优化。不仅优化了产品的装配过程，提高了装配设计效率和提高装配质量控制能力，也提升了优化了产品的设计。

    5.3  提高工艺设计效率，强化工艺在产品研发过程中的地位

    通过专业的装配工艺规划软件，借助先进的技术手段来规划、仿真和验证产品的装配设计过程，“所见即所做”的指导现场生产，克服了传统的装配工艺设计中主要依赖于人的装配经验和知识，以及设计效率低、优化程度低等问题。通过对装配过程的仿真、可行性分析、优化装配过程，大大提高了工艺设计的质量。同时，工艺人员可以有更多的时间在改进新工艺上，强化工艺在产品研发过程中的地位，提高了工艺设计人员的创造积极性。

    5.4  有效降低企业成本，提高企业的市场竞争力

    三维装配CAPP用“拆卸”的方式定义“装配”，确定装配方案，可提早进入工艺计划与准备阶段、提早进行工装设计与制造，为设计与工艺、制造的并行提供条件，加快制造进度，缩短装配周期。同时，工艺文件在车间的可视化，使得企业对装配现场工人的技能要求大大降低，使企业的成本可以得到有效控制。再者，通过三维装配CAPP与MES的集成，可实施精细化工艺管理，解决车间层的管理与控制问题，使车间能够支持精细化管理，具有快速响应的能力，增强企业的竞争能力。

    三维装配CAPP的价值对于企业来说是巨大的，然而，其目前在国内的应用却只有极少数企业涉足。一方面是由于国内同类软件产品较少，且大多数产品尚不够成熟；另一方面是由于国外同类软件产品价格高昂且难以适应国内企业的工艺设计管理特点。因此笔者认为，如何在加快三维装配CAPP的发展的同时促进其在企业的深化应用，是CAPP厂商有待解决的问题。

后记

    三维装配CAPP技术代表了一种全新的工艺设计体系和模式，不仅可以使工艺系统充分地利用三维CAD的各种设计资源，并解决了企业装配工艺设计薄弱、可装配性验证成本高、工艺文件在现场的可视化、与MES、ERP等信息化软件的集成等等一系列传统二维CAPP无法解决的问题。开目公司作为中国CAPP领域的领跑者，率先推出的三维装配工艺规划软件KM3DCAPP-A就是基于其丰富的企业实践经验，以解决企业实际应用中的根本问题为出发点而进行的创新。希望开目公司继续秉承专注、专业、创新、共赢的发展理念，再续三维CAPP发展的新篇章。

    据悉开目公司于明年还将重磅推出开目三维机加工艺规划软件 KM3DCAPP-M，值得期待。

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参访人员合影（从左至右依次为e-works PLM编辑部主任涂彬、开目市场总监贾华文、e-works常务副总经理李翔、开目产品经理徐济友）