武汉开目信息技术股份有限公司总经理陈万领
一、对工艺与工艺信息化的思考
在今年的两会报告里，第一次写入工匠和工匠精神，也让这两个词在今年非常流行。此前网上有中国游客去日本买电饭煲和马桶盖的新闻，是中国连马桶盖和电饭煲都生产制造不出来吗？不是，是我们在精益求精方面还有所欠缺，所以我们现在很需要工匠和工匠精神。
百度对工匠的解释是有工艺专长的匠人，是专注于某一领域，针对这一领域的产品研发或加工过程全身心投入，精益求精，一丝不苟地完成整个工序的每一个环节的人，对产品的生产制造有丰富的经验。但是目前我们在工艺经验的支撑传承方面，实际上是缺失的。随着老匠人的离开，很多东西失传了。在工艺经验、工艺技巧的总结方面，传承承担着重要和关键的作用，尤其是对工匠的培养至关重要。在整个制造环节里，从需求到最终的交互，工艺是非常重要的环节。产品设计完成后，要进行工艺评价；车间生产制造，需要制造工艺的路线和方法；做生产计划需要了解工艺BOM；成本管理需要做工时定额和材料定额等，工艺规划在整个制造环节至关重要。
从信息系统的角度，工艺的信息化无论对PDM，还是ERP和MES都是非常重要的信息中枢和桥梁，许多信息系统所需要的信息均来自于工艺信息化这个系统。
智能制造整体解决方案包括智能研发、智能工艺、智能制造、智能服务和智能管理，其中智能工艺非常重要，但在我们国家，对工艺和工艺信息化的重视程度远远不够。在前端产品研发领域有许多软件和电脑工作站，在生产车间有数控机床、加工中心和先进的生产线，但在工艺设计环节还是非常落后的状态。很多企业，包括一些军工企业，甚至还在做二维设计，还有些用excel或一些非专业的CAD软件来做工艺的电子化，对这一块的投入和重视严重不够。就好比在前端和后端都是高速公路，但是在工艺环节还是国道和省道，整个信息通道不流畅。
二、智能制造中的工艺创新技术研究
1、制造工艺可行性分析（DFM）
设计只占成本的5%，这是一个影子理论，但是设计的更改所带来的影响可能超过70%。在实际工作中，经常会发现一些设计不合理的地方，原因在于搞设计的人可能未必懂得工艺和制造，因而有时候设计出的作品让工艺人员很费解或是觉得有问题。例如设计的非标准的孔径比太大，难以加工，或者孔的入孔面是非平面，无法加工等。在很多企业，设计和工艺是两个部门，设计部门完成交由工艺部门评审，评审完成又交回给设计部门，来回反复，导致产品研发中心受到影响，在设计和工艺环节缺少沟通和交流。
基于此，开目做了一个基于知识的3D工艺审查，从三个方面帮助产品设计人员对工艺的可制造性进行分析的工具。一是从结构方面进行分析，设计的结构哪些地方有缺陷或者不合理；二是对MBD的标注规范进行分析，标注哪里有问题；三是公差精度分析，最终生成一个可加工性的分析报告，辅助企业进行产品设计的成本估算。
以下对各类产品进行举例分析：
钻削类，底部的壁厚太薄，没有锥角，不可能加工出来；铣削类，长度尺径过大，没有倒圆，此外还有锐角，加工成本太豪华；钣金类，孔到边的距离太小，钣金类很多是冲压加工，离太近加工变形。孔径孔距比太小，弯曲半径过小，很难加工；车削类，圆角半径过小，很难加工，此外退到槽宽度不一样，实际加工可能要多次换刀等；MBD标注类检查时公差超出设备加工精度，缺少基准标注，孔径没有标注，没有标准粗糙度，包括其它一些尺寸，表面粗糙度低于公差精度要求。
最终分析完以时会生成如图1所示的报告，这是在UG环境下三维的模型，模型里哪些地方有结构、尺寸或是精度方面的不合理，都会生成一个分析报告。原理是基于后台有一个知识库，把加工工艺设计手册或者企业里面平常设计用到的知识做了后台的支撑，建立了一些规则，而这些规则可以进行扩充。
图1 UG环境下三维的模型
图2是最终生成的PDF格式的检查报告。主要是跟目前主流的NX、Greo、Catia进行无缝集成并对设计知识进行管理。
图2 PDF格式检查报告
2、基于知识的零件3D加工工艺规划
随着三维CAD的应用，三维工艺下车间是一个热点，同时是一个难点。传统的是用二维的卡片，目前很多企业是工艺人员画工件图，填工艺卡片，它的核心还是工艺人员。实际上这些企业的工艺已经好了，只是借助工具把它填上去，没有真正的辅助工艺来进行工艺的创新设计。现在很多是三维的模型，在三维环境下如何进行加工工艺设计。如图3所示这个零件要进行数控加工，工艺路线有很多种，如何利用计算机来进行辅助的设计？开目做了一个基于知识的零件，三维的加工工艺规划，从零件的特征识别到最后的加工，跟CAM的集成，到信息的发布。
图3 3D加工工艺设计
如图4所示是对特征进行识别，这个零件是在CAD的环境下运行，可以自动识别出零件加工的地方。然后，在加工特征后台有一个知识库推进工艺人员选用合适的加工方法。比如这个孔是粗糙半径还是正常，还是钻扩较。
图4 对特征进行识别
上述步骤完成后，可以基于工艺模型进行切削验证，输入刀具参数、工艺参数和切削参数以后，借助于分析切削力，观察是否有应力的变形，基于工艺模型进行切削力的验证。此外还可以和CAM做集成生成NC代码。
这个软件之所以可以跟主流的NX、Creo、Catia进行无缝集成，是开目基于之前的条件做了插件，模型来自于三维CAD，后面的工艺也可以在插件上进行无缝运行。后台也有一些工艺的知识库，基于知识来推进它来进行工艺的生成。
3、基于MBD的可视化装配工艺规划与作业指导
三维工艺下车间还有三维装备的作业指导。传统的模式是装配工作人员对产品装配的时候，写一些大段的文字或是拍摄相片，这是装配工艺规划。这种规划车间工作人员基本都不看，文字太多，看不懂，所以经常发生错装漏装。车间多采用这种方式之后，对车间的作业工人培训有很大的问题，很多人凭自己的经验对零件来进行装备，培训简单或是培训周期较长。开目针对于此做了一个工具，如图5所示，利用3DAST，一块是装配，第二块是装配的仿真，第三块是培训，基于这个三维环境下的装配工艺规划和作业指导。
图5 基于MBD的可视化装配工艺规划与作业指导3DAST
如图6所示是装配工艺的规划过程，这个界面不是大段的写文字，而是通过图形化的方式来定义装配的过程，也是在这个环境下进行装备的详细工序的定义。里面可能会设计到一个线缆工艺，这是一个非常关键的技术，现在很多是机电一体化，里面可能有柔性线缆，柔性线缆本身的装备也是个难题，这个问题目前已经解决了。
图6 装配工艺的规划过程
对于电装工艺，有相应二维的电路图，可以生成一个精确的三维的装配模型。还可以进行虚拟样机的三维验证，最终可以输出各种各样的格式，可以输出轻量化的3D工艺模件，也可以形成传统的工艺卡片。比如说跟车间的MES系统做集成的话，也可以直接形成这样一个集成的工具。
图7所示的产品是跟三维CAD做集成，主流的三维CAD的模型都可以与之进行集成，此外开目HIA采用一些轻量化的技术，性能也更好。而且支持柔性线缆装配。
图7 三维CAD集成
三、应用案例与实践
开目成立于1996年，2015年做了第一轮的增资扩股，从注册资金三千万到五千万，目前做了股改，是股份公司。开目目前做的内容包括几块，一是传统的产品设计管理、工艺规划和车间制造执行系统，另外还做企业资源技术管理系统，即SAP的解决方案交互用户。现在开目从设计、工艺到制造到企业管理整个全生命周期的解决方案都可以做。
开目在军工，包括汽车装备、电子电器，在全国有八千多家用户。去年开目参与了工信部三个智能制造示范专项，包括东莞的劲胜，苏州的胜利精密，中国西电集团的智能制造的示范项目建设，参与PRM和CADPP。
开目近年来3D工艺的用户很多，包括航空航天、电子科技集团以及金风科技等，国家做风电的龙头企业，都使用了开目三维工艺的一些设计工具和产品。
开目还专门编写了三维工艺的教材。例如前不久开目为一个航空发动机企业做了一个典型零件的三维工艺设计，这个产品是UG环境下建模的，如何在现有环境下进行三维工艺设计有一百多道工序，而且是数控加工。开目跟NX是无缝集成的，两个界面可以很好地结合在一起，将把零件的特征进行识别后，各种各样的特征可以自动识别出来。识别的时候不仅可以识别它的制造特征，还包括一些几何数据，后期可以辅助进行工艺的设计，推进加工的步骤。加工的一些参数，后台有知识库来进行支撑。可以生成中间的工序模型，为它后续的数控指令的生成打下一个很好的基础。包括生成各种各样的工序模型，借助三维CAD模型，通过智能工艺的分析，可以比较智能地生成中间的工序模型，包括工序尺寸的一些标注，还有跟CAM的集成，也可以自动生成传统的二维卡片。
第二个例子是上海烟机厂的内框纸切割装置的装配工件，包括三千多个零件，装配工序多，过程繁杂，而且精度要求高。开目首先对它进行轻量化模型处理，然后补充一些紧固件，有些在设计的时候没有，之后补充进来。然后是装配的过程设计，完全通过图形化的界面来进行设计。之后进行详细装配工序设计，增加一些特殊的效果，比如工序到底怎么做的，局部放大等。比较特别的地方是在装配的时候使用了一些工具，扳手、起子等等，辅助工艺人员进行装备。还有工艺验证，包括装配的仿真，最终生成装配工艺的输出，这是3D的作业指导，已经突破了传统的二维文字、相片的方式。
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