基于3DVIAComposer的三维装配作业指导书编制技术研究

基于3DVIA Composer 的三维装配作业指导书编制技术研究
随着数字化技术的发展，装配工艺三维化成为一种必
然趋势。

利用3DVIA Composer 软件直接依据产品MBD 数模，通过工艺图解编制和装配动画制作能够方便、快捷地进行三维装配作业指导书的制作，并能够将三维工艺发布到装配现场指导车间工人完成产品装配。

、引言
当前，三维数字化技术在航空航天企业得到了广泛的应
用，基于模型定义( Model Based Definition ，MBD )技术的推广使产品研制过程无纸化成为一种必然趋势。

装配是产品研制过程的最终环节，装配工艺是指导装配过程的重要依据，工艺文件的设计合理性和组织方式决定了产品装配的质量和装配效率。

随着MBD 技术的深入发展，装配工艺的设计和展现形式逐渐从二维走向三维。

3DVIA Composer 是由
达索公司开发的图形软件，它提供了一种直接利用3D CAD
数据方便、快捷创建相关的2D、3D 产品文档为的解决方案，它的出现使企业产品编制流程焕然一新。

本文是在MBD 技术的背景下，利用3DVIA Composer 软件进行三维装配作业指导书编制解决方案的研究。

二、装配作业指导书应用模式及编制软件简介
MBD 技术应用以前，传统的装配工艺文件是工艺部门
根据工程设计的要求、工厂现有工艺水平和质量保证要求，编写的指导生产的二维形式的工艺文件。

随着MBD 技术的深入发展，纸质工艺文件逐步被数字化的工艺文件所取代，三维作业指导书就是一种数字化的工艺文件，其内容应包括
产品设计信息、制造资源信息、工艺设计信息及工艺动画。

三维装配作业指导书的应用模式如图 1 所示。

在图1 的应用模式下，三维装配作业指导书的编制是作
为三维工艺设计的辅助功能，在工艺设计过程中针对每个工序和工步进行工艺图解的制作，并对每个工位或工序进行装配演示动画的制作，将制作完成的工艺图解和装配动画上传至三维工艺设计管理系统中与对应的工艺节点进行关联生成三维工艺，通过PDM 系统对所生成的三维工艺进行审批和管理，最后将审签后的三维工艺通过网络终端传递到生产现场以指导装配作业。

制作三维装配作业指导书的解决方案有多种，其中利用
3DVIA Composer 软件制作装配作业指导书是其中的一种简便方式。

3DVIA Composer 软件可读取SolidWorks 、CATIA 、
Pro/ENGINEER 和其他许多标准CAD 格式的3D CAD 数据，还可创建高度压缩的轻量化文件格式，是一款专业的技术文档制作软件。

它的应用非常广泛，能够应用于航空、航天、船舶和汽车等各个领域，并且在各个公司的不同部门也有广
阔的应用前景，可为销售、营销、客服、培训、支持和制造领域的客户提供支持，具体有如下几项。

◎技术部门：技术插图和爆炸视图创建。

◎生产车间：装配工艺说明书和制造加工工艺说明书制
作。

◎售后服务部门：用户服务手册、操作说明书和现场服
务指南制作。

◎市场销售部门：产品目录、销售手册和产品演示文档
编制。

三、装配作业指导书编制过程
利用3DVIA Composer 软件能够实现图文并茂、图片动
画并茂的三维装配作业指导书的制作。

在3DVIA Composer
软件中制作作业指导书的流程如图 2 所示。

从图2 可看出，三维装配作业指导书的制作主要有四个
阶段：是数据准备阶段，二是工艺图解编制阶段，三是装
配动画制作阶段，四是装配作业指导书发布阶段。

其中，第二阶段工艺图解编制和第三阶段装配动画制作是两个并行的阶段，可根据实际情况进行时间的安排。

MBD 装配数模和装配工艺方案是进行三维装配作业指
导书制作的依据和前提。

MBD 装配数模是设计人员设计的产品最终状态模型，是一个由设计模型、注释和属性三部分
内容构成的集合体。

航天厂所一般的设计软件是
Pro/ENGINEER ，可以直接利用3DVIAComposer 将产品数模打开，当然为了后续制作方便和降低对计算机硬件的要求，式的文件，然后再用3DVIAComposer 将轻量化后的模型打开，MBD 数模不仅包含产品的设计信息，还包含工艺信息和制造信息，利用
3DVIA Composer 将产品数模打开后会有很多几何信息和非几何信息的丢失。

因此，不能直接依据轻量化后的三维模型进行装配作业指导书的编制，需要借助于产品的装配工艺方案。

可以将产品的三维模型进行轻量化处理，般保存成STP 格装配工艺方案是工艺设计初步阶段在三维工艺设计管
理系统中对产品装配过程的一个总体规划，包括装配顺序的规划和装配路径的规划。

装配顺序规划是根据产品装配模型提供的结构信息，采用几何推理和人工指导拆卸相结合的方法进行装配序列规划，得到产品的最佳装配顺序；装配路径规划是拟定工艺路线，编排工序工步，确定每道工序的质量控制内容和检测方法，最终输出优化的装配工艺方案。

2.工艺图解编制
进行工艺图解的制作首先要根据装配工艺方案来确定
工序和工步，然后根据工序和工步来确定工艺图解的个数，并为需要制作工序和工步的操作创建视图。

视图代表了视图区域的模型的快照，保存了属性以及模型和画中所有可视零
件，视图也记录了照相机位置、爆炸视图里零件的位置以及 视图区域的属性。

在创建视图的过程中需要根据需要调整图 形的视角，选择合适的角度来清晰表达零部件信息，同时可 以对所创建的视图进行修改和删除更改，最终达到满意的视 图效果。

视图创建完成后，需要根据每个视图创建工艺图解。

工
艺图解可以在视图上添加尺寸信息、公差信息（包括尺寸公 差和位置公差）和注释信息，并可为模型添加剖切面以观察 模型的内部结构。

通过尺寸和公差信息的添加，可以方便地 查看到零部件的重要外形尺寸和装配公差要求；通过注释信 息的添加，可以详细描述装配过程中操作的具体要求，所添 加的注释信息和传统二维工艺的工序、工步内容相对应。

在
3DVIA Composer 中创建的工艺图解和剖面图如图 图 3 工艺图解和剖面图
图的功能，可以快速地将模型中的零件分离开，并赋予每个 零件一个唯一的 ID 编号，从爆炸视图中能够显示模型中的 零件位置关系，爆炸视图一般用在手册中以显示零件的位 置，它可以联系 BOM 表和零件标号指明零件清单。

在 3DVIA
Composer 有多种方法创建爆炸视图， 可以拖动被选择的角色 至新的位置，也可以采用线性、球面、圆柱面分解模式自动 地分离角色至新的位置。

3DVIAComposer 还提供了一种强大
3 所示。

在创建工艺图解中
3DVIAComposer 提供了制作爆炸视
口 号，
的 Digger 功能， 它可以在模型不同区域放大， 剥落角色以查 看内部结构等等，利用这项功能可以在零部件的任意位置对 零部件的局部进行放大，并且放大倍数可以根据需要自行调 节，爆炸视图和 Digger 视图如图 4 所示。

a )爆炸视图
b ) Digger 视图
图 4 爆炸视图和 Digger 视图 在所有工艺图解都制作完成后，需要进行检查，检查内
容包括视图完整性检查、正确性检查和视图的顺序检查。

对 于视图不完整和存在的错误在 3DVIA Composer 进行修改完善，视图的顺序检查要依据装配工艺方案，对装 配顺序进行调整可以采用统一的命名规则来确定。

3.装配动画制作
动画是将图形、图案、画面或者其中的一部分显示在屏
幕上，并按照一定规律在屏幕上移动、变换，从而使计算机 显示出图形动态的变化。

3DVIAComposer 采用键框架界面去
创建时间轴，并通过键、过滤及播放工具在时间轴面板上创 ◎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。

中可以随时 建和编辑动画。

在 3DVIA Composer 中的动画包括以下几项。

◎ Digger 的改变：Digger 能够改变尺寸、位置及焦点中
心等等。

在3DVIA Composer 中创建动画的过程是先对零件进行
分组，然后创建拆分动画，最后将拆分动画转化成装配动画
并进行适当的调整。

对零件进行分组，将在一个工序中完成组中的零件一起移动以便简化动画制作过程；创建拆分动画是利用属性关键帧、照相机关键帧和Digger 关键帧配合使用来记录中间状态下零件的属性和位置空间的变化情况，在零件的位置空间变化过程中软件提供了自由拖动、平移、旋转和恢复中性位置等操作。

装配的零件分在一个组中，在制作总装动画时能够将分在装配动画是通过拆分动画来转化的，利用“可拆即可装”
的思想，装配过程是拆卸过程的逆过程，在编辑装配动画时只需要制定正确的拆卸顺序，并按拆卸顺序将零件依次分开，再将拆分动画的时间轴进行翻转，即可得到装配动画，但在实际操作过程中转化后的装配动画会出现属性信息的丢失，要对动画进行适当的调整，包括零件可见性的调整、零件运动时间和路径的微调等。

此外3DVIA Composer 提供了一些工具，包括箭头、图像、标签、编号和尺寸等，用来为动画过程添加标记和标注、以及测量角色，使动画更加准确的表述产品的装配过程。

四、装配作业指导书发布与管理
装配作业指导书的发布是按照一定的布局对文字描述、
工艺图解、装配动画进行编排，发布后的文件仅仅具有查看 功能，用户不能对其进行修改。

装配作业指导书可以发布至 信息系统中与对应的工序、工步进行关联，也可以发布成独 立形式，形成单独的工艺文件，该文件可嵌入到卡片式工艺 或者 WEB 页面中既可以用于装配前对工人的培训教程，也
可传递至车间现场指导实际装配过程。

3DVIA Composer 发布成独立形式可以整合图片、
文件、 PDF 和 HTML 网页格式的各种类型的文件进行发布。

发布 PDF 和 HTML 网页格式文件为了能够显示三维信息， 需要购置专门的插件，而发布 Office 文件不需要新增插件， 并可以发布在 Word 或 PowerPoint 上。

将 3DVIA Composer
文件发布到 PowerPoint 是将文件作为 3DVIA PlayerActiveX
Control 对象插入到 PowerPoint 中
置对象的位置和大小，通过修改属性信息能够修改插入的对
象布局。

发布的三维装配作业指导书样式如图 5 所示，通过 双击视图区中的视图可以在模型显示区看到各个工步的装 配要求，并且可以通过鼠标操作对模型进行放大、缩小、移 动和旋转等操作，同时可以观看装配过程动画。

在 3DVIA
Composer 中可以将装配动画单独以 AVI 格式进行输出，输 出的装配仿真动画，能够方便用户在装配现场清晰直观地查 看产品的装配过程及装配要求，以指导现场装配。

Office ，可通过拖曳方式修改放
装配作业指导书发布前要对其进行签审，签审由型号工
艺师在产品数据管理系统（PDM ）中完成。

装配作业指导书分为部组件级装配作业指导书和产品级装配作业指导书，装
配作业指导书的管理是按照BOM 结构进行管理，将产品级
作业指导书挂接到PBOM 的父节点下，作为产品总装操作工艺文件，将部组件级装配作业指导书与PBOM 下部组件节点
进行关联，作为部组件装配操作工艺文件，通过这种关联关
系对装配作业指导书实现了结构化的管理。

五、结语利用3DVIA Composer 软件能够方便、快捷地编制
工艺
图解和创建装配过程动画，并能够快速生成三维装配作业指导书，通过网络将装配作业指导书以三维的形式传递到车间装配现场，不仅实现了车间现场的无纸化，改善了生产现场工作环境，而且工艺文件以三维的形式展现更直观，使现场工人容易理解，减少了操作错误，从而提高了产品质量和生产效率。

当然，利用3DVIA Composer 软件编制三维工艺也存在一些不足，如所生成三维装配作业指导书缺少数据管理平台的支撑，在后续的修改、审批过程中不能对其进行有效的管理；在装配动画模拟过程中缺少人的参与，不能进行人机工程方面的分析等。

工艺三维化是数字化技术发展的必然趋势之一，虽然仅通过3DVIA Composer 软件作为三维工艺解决方案并不现实，但研究其在编制三维工艺中的工艺图解和装配动画制作等辅助作用，探索挖掘其在制作装配作业指导书方面的强大功能具有重要的现实意义。