0 引言

    隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展及深入應(yīng)用，CAD/CAM/CAE/CAPP等數(shù)字化單項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在衛(wèi)星、飛船等航天器產(chǎn)品的研制過程中得到普遍應(yīng)用，有效地支撐了產(chǎn)品的設(shè)計、制造、性能優(yōu)化、仿真分析等工作。數(shù)控加工是航天器產(chǎn)品制造的重要手段，數(shù)控編程技術(shù)是數(shù)控加工中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是CAD/CAM/CAPP等數(shù)字化技術(shù)最能明顯發(fā)揮效益的環(huán)節(jié)之一，傳統(tǒng)的航天器產(chǎn)品數(shù)控編程過程由于缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集成管理平臺，使所涉及的數(shù)字化單項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用處于單點(diǎn)、局部的狀態(tài)，衍生的技術(shù)文件分散在不同的計算機(jī)或信息系統(tǒng)中，產(chǎn)生信息孤島，不能形成對數(shù)控編程過程規(guī)范、有效的管理，進(jìn)而無法滿足航天器產(chǎn)品對于產(chǎn)品質(zhì)量與效率的較高要求。

    PLM(Product Lifecycle Management，產(chǎn)品全生命周期管理)將各個CAX信息化孤島集成起來，利用計算機(jī)系統(tǒng)控制整個產(chǎn)品的研制過程，通過逐步建立虛擬的產(chǎn)品模型，最終形成完整的產(chǎn)品描述、生產(chǎn)過程描述及過程控制數(shù)據(jù)。數(shù)控編程作為航天器產(chǎn)品研制過程中的一個環(huán)節(jié)，基于PLM系統(tǒng)的數(shù)控編程工作的開展不僅能夠使這一環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)與過程進(jìn)行有效管理及規(guī)范控制，同時為其下游環(huán)節(jié)工作的開展奠定了基礎(chǔ)。本文基于航天器產(chǎn)品數(shù)控加工的現(xiàn)狀與特點(diǎn)，對基于Teamcenter系統(tǒng)的數(shù)控編程管理進(jìn)行了探索研究與應(yīng)用實(shí)踐。

1 傳統(tǒng)數(shù)控編程管理現(xiàn)狀分析

    數(shù)控編程工作包含加工幾何模型建立、走刀路線規(guī)劃、刀位軌跡處理等一系列工作，衍生幾何模型、數(shù)控程序等大量技術(shù)文件。傳統(tǒng)的航天器產(chǎn)品數(shù)控編程過程由于缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集成管理平臺，加工模型、數(shù)控程序的創(chuàng)建與編輯由編程人員基于計算機(jī)本地環(huán)境進(jìn)行，衍生的技術(shù)文件被手動上傳至PDM系統(tǒng)進(jìn)行審批管理。由于數(shù)控編程是一個動態(tài)、連續(xù)的過程，技術(shù)文件在編程過程中會不斷地被修改，傳統(tǒng)的PDM系統(tǒng)雖然具備一定的文件管理功能，但由于僅僅是對結(jié)果的記載，無法對文件的生成過程形成有效的記錄，且文件之間的關(guān)聯(lián)性較差，容易形成信息孤島，為技術(shù)文件在下游環(huán)節(jié)的應(yīng)用帶了一定的阻礙；同時由于航天器產(chǎn)品的制造具有單件小批量、技術(shù)難度大等特點(diǎn)，隨著型號任務(wù)的不斷增加衍生的技術(shù)文件數(shù)量巨大，基于計算機(jī)本地環(huán)境下用戶目錄管理的方式使文件處于多狀態(tài)交織的狀態(tài)，嚴(yán)重阻礙編程效率與質(zhì)量的提高。

2 解決方案規(guī)劃與實(shí)現(xiàn)

    Teamcenter是完全建立在面向服務(wù)架構(gòu)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)單一平臺架構(gòu)的PLM系統(tǒng)，具有單一的平臺和單一的數(shù)據(jù)模型，對制造過程的管理是其向下游制造延伸的最集中體現(xiàn)，可實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)、資源、過程等整套制造數(shù)據(jù)的管理。Teamcenter通過與編程軟件的緊密集成為數(shù)控編程搭建有效的管理環(huán)境。

    2.1 系統(tǒng)集成與客戶化配置

    2.1.1 集成環(huán)境搭建

    航天器產(chǎn)品數(shù)控編程采用的犏程軟件為NX，其對Teamcenter具有良好的開放性，兩者通過集成工具NX Manager實(shí)現(xiàn)緊密集成。NX Manager是Teamcenter的一個封裝裝置，因此集成環(huán)境的搭建通過將NX Manager作為一個功能部件進(jìn)行安裝的方式實(shí)現(xiàn)。集成環(huán)境下NX Manager直接工作于Teamcenter的電子倉庫，將文件實(shí)體存放在卷內(nèi)，相關(guān)信息存放在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，通過集合NX的模型文件創(chuàng)建能力與Teamcenter對文件的管控能力實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)文件的緊密集成及有效組織管理。

    2.1.2 客戶化配置

    集成環(huán)境搭建后應(yīng)根據(jù)航天器產(chǎn)品數(shù)控編程業(yè)務(wù)的實(shí)際情況對集成環(huán)境進(jìn)行客戶化配置，主要包括編程模板文件集成、數(shù)據(jù)對象屬性表單定制、數(shù)控程序文本格式擴(kuò)充、后置處理改造，可通過Teameenter的批處理命令、客戶化業(yè)務(wù)建模器工具(Business Modeler Integrated Development Environment，BMFDE)等多種渠道實(shí)現(xiàn)。

    1)編程模板文件集成

    航天器產(chǎn)品中的大量零件具有部分相同或相似的典型特征結(jié)構(gòu)?？蓜澐譃楸诎孱悺んw類、環(huán)柱類等多個類型，同類零件在數(shù)控程序編制的方法上具有相同性或相似性。加工模板時包含預(yù)定義的加工參數(shù)和加工對象組的NX內(nèi)部文件，通過制定模板文件可使同類零件的編程經(jīng)驗(yàn)得以固化并能減少多次定義參數(shù)的重復(fù)勞動。在集成環(huán)境下，將模扳文件作為UGmaster數(shù)據(jù)集文件手工導(dǎo)入Teamcenter的模板文件“CAM_Setup_Templates”中，或通過系統(tǒng)的批處理命令“Upgrade_nx_cam_templates-u=用戶ID-p=用戶口令-g=組”實(shí)現(xiàn)模板文件在集成環(huán)境的應(yīng)用。

    2)數(shù)據(jù)對象表單定制

    集成環(huán)境下的數(shù)控編程業(yè)務(wù)涉及多種數(shù)據(jù)對象，每種數(shù)據(jù)對象具有各自的屬性，往往通過其屬性表單體現(xiàn)，屬性表單定制在BMIDE中完成。按照航天器產(chǎn)品的屬性特征設(shè)置表單內(nèi)容，如產(chǎn)品代號、研制階段等，對各屬性項(xiàng)逐一設(shè)置屬性變量，并對變量的類型、名稱、大小、在表單中的布局方式及對應(yīng)的擴(kuò)展內(nèi)容進(jìn)行定義，經(jīng)過系統(tǒng)部署即可完成表單的定制。

    3)數(shù)控程序文本格式擴(kuò)充

    航天器產(chǎn)品數(shù)控加工現(xiàn)場數(shù)控機(jī)床配備的數(shù)控系統(tǒng)具有多樣化特點(diǎn)，不同的數(shù)控系統(tǒng)對數(shù)控程序文本格式的要求不同，如txt、.h、.ptp等，在集成環(huán)境中需要對文本格式進(jìn)行客戶化擴(kuò)充以滿足集成環(huán)境對于不同文本格式數(shù)控程序的管理。在BMIDE中查找集成環(huán)境下數(shù)控程序的數(shù)據(jù)集類型“UGCAMPTP”，對該數(shù)據(jù)集類型添加所需要的各種文本格式類型，經(jīng)過系統(tǒng)部署后實(shí)現(xiàn)文本格式的擴(kuò)充。

    4)后置處理模板改造

    集成環(huán)境下刀位軌跡的后處理工作利用由NX的后處理開發(fā)工具—NX/Post Builder生成的后處理模板文件進(jìn)行后置處理工作。后處理模板文件分為事件處理器(*.tcl)與機(jī)床定義文件(*.def)，與刀位軌跡共同作為NX/Post Processor的輸入條件以生成數(shù)控程序。為滿足航天器產(chǎn)品數(shù)控加工現(xiàn)場部分機(jī)床控制系統(tǒng)的要求，在后處理模板文件的設(shè)置中需要提取產(chǎn)品代號、刀具名稱等信息作為數(shù)控程序的輔助信息。由于集成環(huán)境下對應(yīng)的部分參數(shù)變量可能會發(fā)生變化，如模型文件名稱變量由“$mom_part_name”變?yōu)椤?mom_attr_PART_DB_PART_NO”，沿用原始的后處理模板文件會使數(shù)控程序中的對應(yīng)信息以亂碼顯示。因此需要按照各數(shù)控系統(tǒng)的實(shí)際需求對集成環(huán)境下的參數(shù)變量進(jìn)行檢查核對，并在NX/Post Builder進(jìn)行變量更改，使生成的后處理模板文件滿足控制器要求。

    2.2 數(shù)控編程數(shù)據(jù)組織管理

    Teamcenter中通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)對象、工藝數(shù)據(jù)對象等對象模型實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品生命周期中各個階段數(shù)據(jù)的管理。其中產(chǎn)品對象是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的基本組成部分，產(chǎn)品中的每一個零、部件均作為一個產(chǎn)品對象，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)依據(jù)產(chǎn)品對象之間的父子關(guān)系構(gòu)建；數(shù)控編程數(shù)據(jù)作為產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)的一部分，由工藝對象組織管理，工藝對象依靠與產(chǎn)品對象的關(guān)聯(lián)實(shí)現(xiàn)組織管理。

    2.2.1 產(chǎn)品對象模型

    在Teamcenter中將航天器產(chǎn)品中的每一個零、部件作為個產(chǎn)品對象，以Item表示。Item的命名由ID號、版本、名稱組成，ID號通常被作為產(chǎn)品對象在系統(tǒng)中的唯一標(biāo)識。Item的結(jié)構(gòu)包括Item、Item屬性表單、Item版本和Item版本屬性表單四部分，其中Item用于組織零部件對象的全局?jǐn)?shù)據(jù)，Item版本用于組織零部件對象某一版本的數(shù)據(jù)。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)通過Item間的父子關(guān)系體現(xiàn)，通過兩種方式實(shí)現(xiàn)搭建：一種在結(jié)構(gòu)編輯器(PSE)內(nèi)手工搭建；另種是通過NX Manager的“Import Assembly”功能，自動將NX模型文件中的裝配層級關(guān)系轉(zhuǎn)化成Teamcenter系統(tǒng)中的父子關(guān)系，并自動取零件ID、零件名稱等相應(yīng)的屬性信息。

    2.2.2 工藝對象模型

    Teamcenter將工藝規(guī)劃中的工藝、工序、工步均作為數(shù)據(jù)對象來處理，這些工藝對象具有與Item相同的結(jié)構(gòu)形式和命名方式。由于航天器產(chǎn)品數(shù)控加工普遍采用專用數(shù)控工藝的方式，即數(shù)控工藝是與機(jī)加工藝并列存在的工藝信息，因而在Teamcenter系統(tǒng)中令每一個產(chǎn)品對象對應(yīng)一個數(shù)控藝對象。工序?qū)ο笈c實(shí)際加工中的工序安排一一對應(yīng)，工序?qū)ο笞鳛楣に噷ο蟮淖庸?jié)點(diǎn)進(jìn)行組織管理，每一個工序?qū)ο蟀摴ば虻膸缀渭庸つＰ?，?shù)控程序、刀具信息等數(shù)據(jù)文件，產(chǎn)品數(shù)據(jù)與工藝數(shù)據(jù)通過產(chǎn)品對象與工藝對象實(shí)現(xiàn)關(guān)聯(lián)。

    集成環(huán)境下幾何加工模型通過獨(dú)立建模、從本地計算機(jī)環(huán)境導(dǎo)入歷史模型及通過裝配設(shè)計模型三種方式構(gòu)建。由于航天器產(chǎn)品數(shù)控加工往往包含多個工序，每個工序?qū)ο髮?yīng)各自的幾何加工模型，不同工序間幾何加工模型的差異較小，若各工序的幾何加工模型都單獨(dú)獨(dú)創(chuàng)建則占用較多的數(shù)據(jù)庫資源。在編程過程中將設(shè)計模型作為各工序加工模型的子裝配體，使工序模型占用空間較少的系統(tǒng)資源，同時各工序模型之間能夠自動保持同步更改，極大地提高了編程質(zhì)量與效率。當(dāng)加工模型不滿足該工序的編程要求時，利用NX的Wave功能復(fù)制出新的幾何體，報據(jù)編程需要進(jìn)行編輯后作為加工模型，由于新幾何體與設(shè)計模型具有關(guān)聯(lián)性，兩者可保持同步更改。

    組合加工是指在產(chǎn)品零部件裝配或焊接成形后對整件進(jìn)行加工，在航天器產(chǎn)品加工中有著廣泛的應(yīng)用，其幾何加工模型往往由多個零、部件的幾何模型裝配而成。集成環(huán)境下組合加工幾何加工模型的創(chuàng)建首先通過在系統(tǒng)內(nèi)查找所需的零、部件對象的幾何模型，再報據(jù)約定的版本配置規(guī)則確定模型文件的有效版本，最后對再模型文件執(zhí)行裝配操作以生成所需的模型，如圖5所示。由于系統(tǒng)自動將模型間的裝配操轉(zhuǎn)化成對應(yīng)Item之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，因此當(dāng)被某一子裝配體發(fā)生變更時，組合加工模型及其屬性信息會自動被更新，避免了由于局部零件變更而產(chǎn)生的質(zhì)量隱患。

    2.3 數(shù)控編程管理規(guī)范定制

    2.3.1 版本管理

    Teamcenter提供多種版本管理機(jī)制，在航天器產(chǎn)品數(shù)控編程過程中采用數(shù)據(jù)集版本與對象版本相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)文件的全過程管理。其中，數(shù)據(jù)集版本以數(shù)據(jù)文件的保存操作為標(biāo)記，各版次下的文件可被作為新版文件重新使用，有效保證了數(shù)據(jù)的可追溯性與重用性。對象版本以流程審批為標(biāo)記，流程審批結(jié)束后數(shù)據(jù)文件被自動賦予發(fā)布狀態(tài)，再次修改需要執(zhí)行換版操作，并結(jié)合相應(yīng)的版本配置規(guī)則使用。

    2.3.2 流程審批

    在流程審批過程中首先創(chuàng)建審批流程模板，具體包含對審批節(jié)點(diǎn)、人員、權(quán)限等內(nèi)容的設(shè)置。其中審批節(jié)點(diǎn)根據(jù)實(shí)際審批流程創(chuàng)建，節(jié)點(diǎn)動作設(shè)置規(guī)定節(jié)點(diǎn)下可以執(zhí)行的操作，人員設(shè)置包含對審批人員角色、數(shù)量及相應(yīng)的權(quán)限的限制。

    按照航天器產(chǎn)品編程數(shù)據(jù)的管理規(guī)范建立數(shù)控編程審批流程模板，如圖6所示，包含編制。校對、審核、批準(zhǔn)。審批五個節(jié)點(diǎn)，由編程人員以工序?qū)ο蠼M織數(shù)控加工數(shù)據(jù)作為送審文件發(fā)起流程，并指定各節(jié)點(diǎn)審批人員，各節(jié)點(diǎn)審批人員按照權(quán)限設(shè)置執(zhí)行相應(yīng)的審批操作，當(dāng)流程在任意節(jié)點(diǎn)被駁回時返回至制節(jié)點(diǎn)， 審批流程結(jié)束后送審文件自動變?yōu)榘l(fā)布狀態(tài)。

    2.3.3 權(quán)限設(shè)置

    Teamcenter具有靜態(tài)權(quán)限、動態(tài)權(quán)限、對象權(quán)限、項(xiàng)目權(quán)限等多種權(quán)限控制方式。在航天器產(chǎn)品的數(shù)控編程管理中采用靜態(tài)權(quán)限、動態(tài)權(quán)限與對象權(quán)限相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)對編程數(shù)據(jù)與過程的安全控制。

    1)靜態(tài)權(quán)限

    利用AM規(guī)則控制各角色人員對編程中涉及的產(chǎn)品對象、工藝對象等各類對象，數(shù)控程序、加工模型等各類數(shù)據(jù)集文件的訪問權(quán)限，權(quán)限的設(shè)置原則是數(shù)控編程數(shù)據(jù)的編制者具有讀、寫、更改等權(quán)限，同角色內(nèi)的其他人員具有讀、復(fù)制等權(quán)限。

    2)動態(tài)權(quán)限

    采用對數(shù)控編程審批流程中各節(jié)點(diǎn)人員進(jìn)行權(quán)限設(shè)置的方式，對審批過程中各人員的可執(zhí)行行為進(jìn)行規(guī)范。設(shè)置原則是數(shù)控編程數(shù)據(jù)的編制者是流程發(fā)起人，流程發(fā)起后，流程發(fā)起人員對送審文件有只讀權(quán)，無編輯權(quán)；審批人員對送審文件具有只讀權(quán)，無編輯權(quán)；

    3)對象權(quán)限

    由數(shù)控編程數(shù)據(jù)的編制者或系統(tǒng)管理人員通過更改某一特定數(shù)據(jù)對象的訪問權(quán)限，實(shí)現(xiàn)特定數(shù)據(jù)權(quán)限的變更，以靈活滿足因人員調(diào)動、業(yè)務(wù)調(diào)整等情況引起的數(shù)據(jù)調(diào)整需求。

3 方案應(yīng)用

    3.1 數(shù)控程序編制

    數(shù)控程序編制包括方加工案規(guī)劃、創(chuàng)建刀位軌跡、后置處理等一系列工作。在集成環(huán)境下根據(jù)加工方案構(gòu)建產(chǎn)品對象結(jié)構(gòu)、編程數(shù)據(jù)對象結(jié)構(gòu)后，在UGNX4加工模塊內(nèi)通過創(chuàng)建Operation，并結(jié)合加工模型在Operation中設(shè)置加工對象、刀具導(dǎo)動方式、切削步距等加工參數(shù)自動生成刀位軌跡。刀位軌跡不能直接在數(shù)控機(jī)床上使用，須通過后置處理轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床識別的特定數(shù)控程序，通過選擇相應(yīng)的后處理模板文件，生成的數(shù)控程序被臨時放置在計算機(jī)本地磁盤下的臨時文件夾內(nèi)，當(dāng)加工模型文件被執(zhí)行保存操作時，程序?qū)嶓w被加密提交至卷內(nèi)，關(guān)系屬性被提交至數(shù)據(jù)庫，使生成的數(shù)控程序自動保存在其加工模型所對應(yīng)的工序節(jié)點(diǎn)下。

    3.2 數(shù)控程序檢驗(yàn)

    數(shù)控程序檢驗(yàn)是保證航天器產(chǎn)品質(zhì)量高可靠性的重要手段之一，Teamcenter系統(tǒng)為檢驗(yàn)工作提供了公共平臺與單一數(shù)據(jù)源。在集成環(huán)境下檢驗(yàn)工作貫穿于流程審批工作，檢驗(yàn)人員按照審批節(jié)點(diǎn)人員角色的權(quán)限設(shè)置共享數(shù)據(jù)文件并進(jìn)行程序檢驗(yàn)，消除了數(shù)據(jù)文件的人為傳遞，提高了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性與唯一性。對于形狀復(fù)雜，編程周期較長的產(chǎn)品，檢驗(yàn)人員通過跟蹤編程的過程及時發(fā)現(xiàn)過程中出現(xiàn)的問題，有效縮短編程周期。同時通過高端可視化工具及虛擬樣機(jī)，檢驗(yàn)人員借助輕量化模型無須啟動NX就可通過對加工模型旋轉(zhuǎn)、平移、縮放進(jìn)行瀏覽或標(biāo)注，為檢驗(yàn)工作提供了便捷，如圖8所示。

4 結(jié)束語

    經(jīng)過實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用驗(yàn)證，PLM在數(shù)控編程中的應(yīng)用有效解決了數(shù)字化技術(shù)間缺乏信息共享平臺的矛盾，使數(shù)控模型、數(shù)控程序等技術(shù)文件得到規(guī)范管理與嚴(yán)格控制，為其下游工作的開展提供了單一的數(shù)據(jù)源，有效提高了數(shù)控加工的質(zhì)量與效率；同時積累大量準(zhǔn)確的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，加強(qiáng)了企業(yè)對產(chǎn)品信息的積累與重用能力，為提高航天器產(chǎn)品的研制質(zhì)量與效率奠定了重要基礎(chǔ)。