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三维工艺设计系统集成应用
口沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司赵恒栾峰高阳
沈阳黎明航空发动机（集团）有限责任公司作为引领
航空发动机制造为使命的总装制造集成企业，企业的信息
化、数字化水平成为其自身不断发展的关键。经过“十
五”期间的发展，信息化建设取得了较大发展，同时，新型 号研制也由传统二维研制向三维研制过渡，这些对三维工艺
设计工具以及与现有ＰＤＭ系统集成提出了更高的要求。
三维工艺设计工具与ＰＤＭ集成主要包括以下几个万面：
上游设计数据的引用与调用，制造资源数据的获取，三维工
艺规程生效与发布。
针对上述集成及发布需求，我们自主开发了面向航空 发动机的三维工艺设计系统，从而改变了传统二维表格化工
艺设计管理万式：采用工艺数据结构化处理技术和面向企业
数据集成的接口技术，最终实现了三维工艺设计系统与企业 ＰＤＭ系统的集成及应用。
一、国内外工艺设计系统集成应用现状
国外在先进制造技术的驱动下，已经率先采用数字化
制造技术，并且提出虚拟制造的概念。随着数字化制造以及
数字化装配技术的发展，国外在先进制造业领域已经走向领
先地位，已经把工艺设计工作从模拟量转变为数字量传递，
从根本上改变了工艺设计工作的模式，提出三维数字工艺分
析的概念。国外大型航空公司利用数字化技术，取得了可观
的效益，通过数字化技术，可以真正实现从设计到工艺的并
行万案，并且无差错地实现从虚拟装配到物理装配。
例如：ＨＭＳ—ＣＡＰＰ（美国）主要应用于机加和装配等工
艺设计与管理，提高了效率，减少了变更，提高了数据的准
确性，实现了指令的无纸化，能有效提高工艺的规￣１ｊ￣ｎ验证 水平，ＣＳ／ＣＡＰＰ（美国）可管理工装、Ｎｃ又件、质量数据、
物料、工作指令、图形和多媒体等数据对象。
对国内工艺设计现状进行分析，工艺设计处于产品设
计和加工制造的中间环节，它是生产技术准备工作的关键步 骤。现在使用的工艺设计软件，虽然部分替代了人的手工劳
动，缩短了工艺设计时间，降低了劳动强度，提高了工艺又
件的质量，缩短了生产准备周期，但并没有从根本上改变传
统的串行工艺设计模式，也没实现产品生命周期管控的终极 目标。
国内的工艺设计软件例如：华中科技大学开发的ＫＭ—
ＣＡＰＰ（开目ＣＡＰＰ）具有系统管理、工艺管理、工艺设计、工
艺资源管理、工艺规则管理和辅助管理等功能模块，在国内
的航天、兵器和船舶等行业具有较广的应用，清华大学开发
的ＴＨ—ＣＡＰＰ（天河ＣＡＰＰ）是典型的“所见即所得”的卡片式 工艺设计系统，实现了卡片与工艺数据分开存储，具有比
较强的二次开发能力，Ｔｅａｍｃｅｎｔｅｒ ＭＰＭ（制造工艺，西１＇３子
ＰＬＭ定制的类｛￣ＣＡＰＰ的工艺设计系统）为制造企业在工艺规
划、工艺设计和工艺仿真过程中提供系列结构化、可视化
的工具和技术，其核心技术可以分为工艺设计和仿真技术。
随着以新代发动机为代表的新型号三维设计数据应
用不断深八推进，基于三维的数字化工艺协同设计已经成为
必然。而作为国内最大的航空发动机产品研制生产单位，黎
明发动机现有的工艺设计系统已经远远无法满足当前三维模
式下对系统功能的需求。虽然国外已经具备了成熟的三维数
字化工艺设计及管理平台，但由于这些系统核心技术封闭、
平台实施费用高和国内航空发动机产品工艺管理特殊等司
题，必须建互套能实现三维工艺设计和管理的系统，并与
设计制造环节集成，形成三维工艺设计与管理、制造资源及
工艺知识管理和工艺设计仿真相集成的环境，满足型号数字
化设计制造协同需求，才能解决当前航空发动机领域所面右
三维工艺设计无法实施的现状，形成与我国航空地位相匹配
的技术能力。 由于新型号研制周期的不断缩短，老型号批产任务不
断增多，对工艺人员的快速响应能力要求越来越高。通过多 ８２ 管理信息化
年的发展，航空发动机产品的工艺人员已经积累了相当丰富
的工艺设计知识和制造资源数据，但这些宝贵的工艺知识和
制造资源数据无法得到有效、合理的保存及利用，不利于企
业快速查找和重用，制约了航空产品制造技术进步提升。
为此，如何实现ＰＤＭ系统内制造资源和工艺知识在三维工艺
设计过程中应用也成为必须解决的司题。只有在三维工艺设
计全程中实现对已有工艺知识的快速查找和引用，才能解决
上述司题。
综合国内￣ｂＣＡＰＰ的应用情况来看，ＣＡＰＰ暂时都不能有
效解决面向企业信息集成应用司题。随着计算机集成制造技
术在企业中的广泛应用，工艺设计不再是个单独的信息系
统，如何与企业应用的其他系统相集成，实现整个企业整个
产品全生命周期信息的集成管理是现有商业工艺设计系统无
法实现的。
目前，三维工艺设计系统集成应用中存在的司题主要
如下。
（１）原有的ＰＤＭ系统主要面向传统二维设计和工艺数
据进行管理，面对现在的三维设计数据，其都无法满足添加
三维工艺模型和工装夹具等模型的需求。
（２）缺乏完整的工艺信息管理和知识共享，三维工艺
设计系统无法直接获取ＰＤＭ系统中的各类资源信息数据。
（３）在ＰＤＭ系统内无法实现三维工艺的创建、更改、
审＃ＬＬ￣ｎ发放。
二、三维工艺设计系统与ＰＤＭ系统集成技术
产品的工艺设计是制造业中最为重要的部分，特别是
产品开发的早期阶段更是起着决定性作用，而对数字化制造
而言，协同产品开发是其最为重要的环。许多企业己通过
多种集成技术改善了生产条件，获得了显著的经济效益，所
以三维工艺设计系统与公司现有的ＰＤＭ系统集成应用是实现
三维工艺设计在企业中成功应用的重要环节，只有实现系统
问的有效集成才能将三维工艺应用于实际的规模生产。
我们采用的集成万法主要是利用公司现有ＰＤＭ系统功能
对三维工艺数据集进行管理，以实现ＰＤＭ系统基本的审批发
放功能。具体地，通过对ＰＤＭ系统客户端和服务端进行二次
开发，实现三维工艺的创建和遍历，并通过对三维工艺设计
系统的开发，实现三维工艺的设计。由此，形成了三维工艺
集成应用能力，实现了三维工艺的制造应用和实施。
我们自主开发的三维工艺设计系统基于西、］子Ｎｘ系
统，在此基础上采用ｃ 开发语言，利用ＶＳ２０１ Ｏ开发工具，
综合应用诸如ＸＭＵ，ｎＩＴＫ等技术，针对目前市面上工艺设计
系统不能解决的从三维到工艺、三维到制造的司题，重点
实现三维工艺设计能力。另外，由于我公司采用西、］子
ＴｅａｍＣｅｎｔｅｒ ＰＤＭ产品为底层平台，因此在其基础上采用 ａｖａ 进行二次开发，构建了 套适应航空发动机制造企业的工艺
管理平台，突破和解决了系统开发过程中的相关核心技术，
较好地解决了现代企业对工艺设计系统不断变化的难题。
我们自主开发的三维工艺设计系统实现了结构化的数
据与ＰＤＭ系统的集成。三维工艺设计环境总体采用传统的三
层框架，分为数据库层、业务逻辑层和带有系统功能的界面
层。集成总框架如图１所示。
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图ｉ系统总框架
集成后三维工艺设计环境由ｕＩ层、业务逻辑层和数据
层三部分组成。
（１）系统用户访司层是ｕＩ层，即统用户界面层，不
同的用户角色如工艺员、型号主管、系统管理员和流程审批
人员通过ｕＩ层进行业务处理。ｕＩ层包括：工艺设计和系统管
理等模块。
（２）系统的中间层是业务逻辑层，该层主要包括系统
应用组件、系统核心组件和自定义开发组件等几个部分。系
统应用组件主要根据业务需求进行数据和逻辑运算，ｂＬ？ｎ，
实现工艺规程的编制、审批、归档和更改等管理。系统核心
组件包括了对象定制、用户管理、系统权限控制、业务流程
审批及集成接１３等。自定义开发组件主要为不断变化的企业
应用提供定制功能。这些组件构成了这个平台的基础。
（３）系统底层是数据层，包括系统数据库、实时数据
库和归档数据库，为业务逻辑层提供统数据接１３。
工艺设计系统通过与ＰＤＭ平台集成实现工艺数据的获
取，系统除拥有内置流程管理模块外，还具备与企业其他业
务流程平台的集成能力，同时系统还能为生产制造相关系统
提供数据支撑，提供完全结构化的数据。
根据我公司信息化系统建设的要求，为实现众多系统
问数据接１３的统以及数据流向的规范，所有制造数据都是
以ＰＤＭ为唯源头输出。
集成后的三维工艺设计系统通过梳理现有业务系统，
抽取业务流程、数据及当前业务系统功能等信息，实现了企 业内各业务系统的集成：工艺设计系统与业务流程、ＰＤＭ实
现双向集成，与ＥＲＰ￣ｎ质量管理系统等实现单向数据传递。
系统问集成框架如图２所示。
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三连工艺设 幕缝 车闻董理 标注 工艺 直鳗 工异 苴南 羲据 ｔ壤 镶型美 簖陴 工异 一妄控制 末赣 量管理
图２系统间集威框架
（１）系统集成后的工作流程由工艺员在Ｔｅａｍｃｅｎｔｅｒ下
自行创建机加工艺结构树，即在工艺节点下创建多个工序节
点，并填写工艺与工序的相关又本，与现有工艺管理模式保
持致。其中，机，Ｓｎｚ艺节点下有ＵＧＭａｓｔｅｒ，其中存放的是
工艺的设计模型，由此启动ＮＸ Ｍａｎａｇｅｒ。
（２）新建工艺。①由用户在Ｔｅａｍｃｅｎｔｅｒｑ￣创建出完整的
工艺结构树（包括总工艺、机加工艺、工序、工步及子工步）
（图３）。②用户双击机加工艺节点【附件】下的ＵＧＭＡＳＴＥＲ启
动ＮＸ Ｍａｎａｇｅｒ，然后点击ＮＸ Ｍａｎａｇｅｒ菜单栏上的【工艺辅助设
计系统】，系统将启动三维工艺设计系统。③按Ｔｅａｍｃｅｎｔｅｒｑ￣
的工艺树结构在ＮＸ Ｍａｎａｇｅｒ装配导航器上生成个相同结构的
装配树，且每个组件节点模型中为空（图４）。③读取装配树
上的节点信息，包括工序号、Ｉ Ｄ、版本、工序名称和节点类
型，通过判断属性”明ＰＡＲＴ ＴＹＰＥ”一”ＨＥＰｒｏｃｅｓｓ”在三维
工艺设计系统中选择“工艺模型”面板，对应生成工艺三维模
型树（图５）。⑤在不修改工艺结构树的情况下，在三维工艺
设计系统中建立三维工序模型、利用三维工艺设计系统所提供
的工具维护ＷＡＶＥ关系（图６）。⑥在三维工艺设计系统新建余
量图或辅助模型的步骤为：在三维工艺设计系统中的【辅助
模型】节点上右击选择【新建辅助模型】，或者在【余量图】
节点上右击选择【新建余量图】，则系统会弹出如图７所示的
对话框，用户可指派ＩＤ编号和版本号，并给出零件组名（节
点名称）为“辅助模型＋ＸＸＸ”或者“余量图＋ＸＸＸ”的格式，在
ＮＸ Ｍａｎａｇｅｒ装配树上新加个对应的节点，节点模型为空，
如图８所示，与此同时，将新加的节点映射到三维工艺设计
系统的模型树上，接下来进行导八等其他编辑操作，如图９
所示。⑦模型编辑完成后，点击三维工艺设计系统提供的
保存按钮，将工艺保存￣Ｔｅａｍｃｅｎｔｅｒ上。⑧在Ｔｅａｍｃｅｎｔｅｒ上 生成与工序同级的节点，如图１ Ｏ所示。配置ＮＸ Ｍａｎａｇｅｒ用户
默认设置，保存三维模型时自动生成ＪＴ。具体操作过程（该
过程每台计算机只需在初次使用时设置）为：选择菜单栏上
的【又件】一【实用工具】一【用户默认设置】，系统会
弹出如图¨¨所示的对话框，用户只需在对话框左侧的树上
选择“ＪＴ又件”，然后在右侧的【导出选项】下“保存ＪＴ数
据”前面的万框打勾，系统在保存ｐｒｔ又件的时候将自动生
成ＪＴ又件并上传￣Ｔｅａｍｃｅｎｔｅｒ保存，与ＵＧＭＡＳＴＥＲ平级存放
（图１１、图１ ２＃ｎ图１３）。
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机加工艺 ： 工序
一 Ｉ序
图４装配树
图５三维模型树
图６ ＷＡＶＥ关系示意图 睡 理理理营 蕾ｌ－蕾蠹 卿 ｎ玮 眭
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