CN111274685A - 一种微组装三维工艺快速设计系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微组装三维工艺快速设计系统，该系统由微组装工艺数据库、工艺快速设计与仿真优化子系统以及工艺文件快速输出子系统集成；微组装工艺数据库包括元器件三维模型库、产品BOM库、元器件信息库、典型工艺库以及方案规则库组成；工艺快速设计与仿真优化子系统包括工艺结构树快速生成模块、辅助工艺节点信息快速添加模块、关键工艺活动信息自动生成模块以及关键工艺仿真优化模块；工艺文件快速输出子系统包括二维工艺文件输出模块以及三维仿真动画输出模块。本发明基于微组装工艺数据库的数据支撑，实现微组装工艺的快速设计与仿真优化，输出二维工艺文件和三维仿真动画，提高微组装工艺设计效率，降低生产过程的出错率。
Description
技术领域
本发明涉及一种设计系统，具体设计一种微组装三维工艺快速设计，属于微组装工艺设计技术领域。
背景技术
未来相控阵雷达技术的发展趋势是集天线T/R(发射/接收)组件于一体，对微波组件的小、轻型化提出了更加严格的要求。T/R组件作为相控阵雷达探测信息流中的关键核心部位，其研制周期长，复杂度高且需求量大，其核心制造技术是微组装技术。为了解决T/R组件的功能越来越复杂、电性能指标要越来越高、需求越来越大，而同时体积越来越小、重量越来越轻、研制周期越来越短的矛盾，迫切需要发展微组装工艺快速设计技术。
在实地调研过程中发现，当前微组装工艺设计仍然采用二维工艺卡片设计，工艺员通过借鉴传统工艺结合产品实际参数进行工艺设计，工艺制作过程繁琐，工艺数据冗杂且难以追溯，使得微组装工艺文件的设计质量与设计周期太过依赖于工艺员的经验，微组装工艺设计的质量和效率难以提高；而且当前微组装过程大多采用手动或半自动化生产设备，仍过度依赖于人工，整个过程中工人通过阅读二维工艺卡片以及工艺图纸进行生产，缺少直观的工艺过程展示，使得产品的质量和研制周期很大程度上取决工人的熟练程度，产品的一致性较差，产品组装质量难以提高。
国内外尚无完全针对微组装领域的三维工艺设计系统。目前已提出的三维工艺设计系统大多针对航天航空以及汽车轮船等领域的装配进行研究，与微组装领域的应用环境存在很大的差异，而且在设计过程中人工参与较多，设计效率较低，无法有效实现三维工艺的快速设计；针对微组装领域，国内外对微组装过程中的关键工艺参数优化以及微组装过程中的关键部位设计等技术进行了研究，缺少针对微组装过程的三维工艺设计研究。因此，迫切的需要一种新的方案解决上述技术问题。
发明内容
本发明正是针对现有技术中存在的问题，提供一种微组装三维工艺快速设计系统，该技术方案将针对微组装工艺设计过程中工艺流程繁琐、工艺数据冗杂但设计逻辑清晰的特点，进行微组装三维工艺快速设计系统研究，解决背景技术中存在的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种微组装三维工艺快速设计系统，所述设计系统由微组装工艺数据库、工艺快速设计与仿真优化子系统以及工艺文件快速输出子系统集成。微组装工艺数据库为工艺快速设计与仿真优化子系统提供具体的产品BOM信息、元器件信息、典型工艺信息以及方案规则等相关信息，实现工艺树快速生成以及关键工艺仿真优化功能；工艺快速设计与仿真优化子系统通过交互界面完善工艺信息，并实时保存数据至微组装工艺数据库中，实现微组装工艺数据库的补充完善；工艺快速设计与仿真优化子系统为工艺文件快速生成子系统提供工艺信息，将完整的工艺树信息以及关键工艺活动信息一一映射至工艺文件快速生成子系统中，实现二维工艺文件以及三维仿真动画的输出；工艺文件快速输出子系统为微组装数据库提供数据，将输出的二维工艺文件和三维仿真动画作为典型工艺存储在典型工艺库中，实现维族转工艺库的迭代更新。
作为本发明的一种改进，所述微组装工艺数据库由元器件三维模型库、产品BOM库、元器件信息库、典型工艺库以及方案规则库组成；产品BOM库由产品设计图号、元器件型号、元器件位号、元器件位姿信息组成，其中元器件位姿信息包括元器件平面坐标信息、元器件正/反装信息以及元器件空间姿态信息组成；元器件信息库由元器件型号、元器件的关联工序方法、关联工序ID、键合类型、工作温度、芯片类型以及元器件尺寸信息构成；典型工艺库以工序为存储对象，包括工序名称、工序ID、工作地点、工序内容、设备工装、工时定额、工艺参数信息；方案规则库包括工艺流程排序规则、关键工艺序列规划规则、关键工艺路径规划规则以及工艺合理性检测规则。
作为本发明的一种改进，所述工艺快速设计与仿真优化子系统，包含的模块有工艺树节点快速生成模块、辅助工艺节点信息快速添加模块、关键工艺活动信息自动生成模块以及关键工艺仿真优化模块。工艺树节点快速生成模块基于微组装工艺数据库，快速得到工艺名称，根据工艺流程排序规则，快速生成工艺流程；辅助工艺节点信息快速添加模块根据工艺流程进行排序，依次在微组装工艺数据库中检索工序名称，添加辅助工艺信息；关键工艺活动信息自动生成模块通过遍历工艺树，得到关键工艺名称，并在微组装工艺数据库中进行检索，得到关键工艺的元器件信息、工艺参数信息等，同时基于序列排序规则以及路劲规划规则自动生成关键工艺活动信息，并将信息添加到对应的工艺树节点下；关键工艺仿真优化模块基于生成的关键工艺活动信息，进行关键工艺的三维可视化仿真和三维工艺看板展示，同时基于工艺合理性检测规则，对关键工艺的合理性进行实时监测，实现工艺的迭代优化。
作为本发明的一种改进，工艺树节点快速生成模块，将微组装工艺流程分为固定工艺流程以及活动工艺流程；其中固定工艺流程包括器件领用、检验以及产品入库；器件领用、检验工艺位于微组装工艺流程的第一个节点，产品入库位于微组装工艺流程的最后一个节点，在进行微组装工艺设计时自动生成这两个固定工艺节点，并且不会随着产品的变换改变其名称和节点位置。
作为本发明的一种改进，将活动工艺流程按照工序关联关系进行分类，通过关联工序ID与工序方法进行关联，分成一系列工序模块；根据方案规则库中的工艺流程排序规则对工序模块进行排序；根据工序名称生成活动工艺流程。
作为本发明的一种改进，关键工艺活动信息自动生成模块，以装配工步节点为载体，具体包括活动对象、装配工步序列以及活动路径；装配工步序列通过方案规则库中的关键工艺序列规划规则，对工序节点中的装配对象进行排序；活动对象按照装配工步序列，每次选择一个元器件对象进行添加；活动路径通过读取产品BOM库中的元器件位姿信息，根据方案规则库中的关键工艺路径规划规则进行自动生成。
作为本发明的一种改进，关键工艺仿真优化模块，指针对微组装过程中特有的芯片焊接、芯片点胶贴片以及金丝键合工序进行路径仿真；针对工艺过程中所需的工艺信息，通过检索典型工艺库中的工艺参数信息和工序内容信息，以对话框的形式在模型视图中显示；根据方案规则库中的工艺合理性检测规则，对仿真过程中的工艺进行实时检测，实现工艺的迭代优化。
作为本发明的一种改进，工艺文件快速输出子系统，由二维工艺文件快速输出模块以及三维仿真动画输出模块组成。
作为本发明的一种改进，所述二维工艺文件快速输出模块，包括输出二维工艺卡片以及输出工艺流程图；通过节点映射技术，将装配工艺树中的工序名称、装配对象、工序内容、工作地点、设备工装以及工时定额节点与二维工艺卡片中的对应项一一映射赋值，并通过装配工艺树遍历技术，设置每个工序的节点映射，并且按照先后顺序对工序进行排序，设置工序号；通过节点映射技术，将装配工艺树中每个装配工序映射为一个工序流程节点，将装配工艺树中的工序名称映射为工艺流程节点名称，生成工艺流程图，并以图片格式，输出至二维工艺文件中。
相对于现有技术，本发明具有如下优点，微组装工艺数据库的建立实现了对微组装过程数据的管理，使工艺员从繁琐、冗杂的数据中脱离出来，通过结构化的数据链表，可以方便的对历史数据进行查询、追溯，以管控微组装制造过程，同时，在工艺设计过程中不断补充工艺信息，可以实现微组装工艺数据库的更新和完善；工艺快速设计与仿真优化子系统在微组装工艺数据库的支撑下，实现了微组装工艺的三维快速设计，缩短了微组装工艺设计的设计周期，同时在三维可视化环境和工艺合理性约束下，对三维工艺进行实时仿真检测，迭代优化，提高了微组装工艺的设计质量；工艺文件快速输出子系统通过输出二维工艺文件以及三维仿真动画，对现场工作人员进行直观、详细的指导，防止错装、漏装等事故的发生，可以大幅度提高现场工作人员的装配效率和装配质量，提高企业在微组装过程中的产品质量，缩短微组装过程中的研制周期。
附图说明
图1是本发明的系统工作流程示意图；
图2是本发明微组装工艺数据库管理示意图；
图3是本发明工艺树快速生成流程示意图。
具体实施方式：
为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。
实施例1：参见图1，一种微组装三维工艺快速设计系统，本发明提供的一种微组装三维工艺快速设计系统，由微组装工艺数据库、工艺快速设计与仿真优化子系统以及工艺文件快速输出子系统集成。微组装工艺数据库管理子系统由元器件三维模型库、产品BOM库、元器件信息库、典型工艺库以及方案规则库组成；产品BOM库由产品设计图号、元器件型号、元器件位号、元器件位姿信息组成，其中元器件位姿信息包括元器件平面坐标信息、元器件正/反装信息以及元器件空间姿态信息组成；元器件信息库由元器件型号、元器件的关联工序名称、键合类型、工作温度、芯片类型以及元器件尺寸信息构成；典型工艺库以工序为存储对象，包括工序名称、工序ID、前工序ID、后工序ID、工作地点、工序内容、设备工装、工时定额、工艺参数信息；方案规则库包括工艺流程排序规则、关键工艺序列规划规则、关键工艺路径规划规则以及工艺合理性检测规则。
具体的数据库管理方式如图2所示：通过构建产品BOM库，得到微组装过程中的元器件型号以及位姿信息；根据元器件信号，在元器件信息库中查询，得到产品关联的工序方法、工序ID以及工作温度；通过工序ID在典型工艺库中进行查询，得到该产品在微组装工艺过程中用到的所有工序名称、辅助工艺信息以及工艺参数信息。
工艺快速设计与仿真优化子系统由工艺树节点快速生成模块、辅助工艺节点信息快速添加模块、关键工艺活动信息自动生成模块以及关键工艺仿真优化模块集成。
具体实施方式如图1和图3所示：(1)根据输入的txt格式的BOM表信息，构建产品BOM库，导入元器件三维模型；(2)生成固定的开始工序节点，检索典型工艺库添加辅助工艺信息；(3)读取产品BOM库中的元器件型号，查询元器件信息库中对应的工序方法、工作温度和关联工序ID，基于方案规则库中的温度降序规则对元器件进行排序，得到第一个元器件型号，得到相应的工序方法以及关联工序ID；(4)根据关联工序ID顺序，依次查询典型工艺库中的工序ID，得到对应的工序名称和辅助工艺信息，生成该工序节点，添加辅助工艺节点信息；(5)判断该工序名称是否为关键工艺名称，如果是，则读取元器件信息库中对应的零件，并与添加的零件名称匹配，添加装配对象；基于方案规则库中的尺寸降序排序规则对装配对象进行排序，并依次添加第一个对象作为活动对象；随后根据方案规则库中的路径规划规则以及产品BOM库中的元器件位姿信息，进行装配路径自动规划，生成活动信息，完成关键活动信息自动生成，随后查询该工序的后工序名称；如果不是关键工艺，则查询下一关联工序ID，重复操作(4)(5)；(6)得到下一元器件型号，判断是否为空，如果不为空，得到关联的工序方法和工序ID，重复操作(4)和操作(5)；如果为空，生成固定的结束工序节点，检索典型工艺库添加辅助工艺信息；(7)交互调整节点顺序，完善节点信息；(9)对关键工艺进行仿真验证，并进行实时工艺合理性检测，如果存在约束，则返回设计阶段，重新设计BOM表，若不存在约束，输出工艺文件。
工艺文件快速输出子系统由二维工艺文件输出模块以及三维仿真动画输出模块组成。其中，二维工艺文件输出模块包括输出二维工艺卡片以及输出工艺流程图；通过节点映射技术，将装配工艺树中的工序名称、装配对象、工序内容、工作地点、设备工装以及工时定额节点与二维工艺卡片中的对应项一一映射赋值，并通过装配工艺树遍历技术，设置每个工序的节点映射，并且按照先后顺序对工序进行排序，设置工序号；通过节点映射技术，将装配工艺树中每个装配工序映射为一个工序流程节点，将装配工艺树中的工序名称映射为工艺流程节点名称，生成工艺流程图，并以图片格式，输出至二维工艺文件中。三维仿真动画输出模块主要通过输出关键工艺的仿真动画方式，提供给现场工作人员，对生产过程进行直观、清晰的指导，防止误装、漏装等事故的发生
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
Claims (9)
1.一种微组装三维工艺快速设计系统，其特征在于：由微组装工艺数据库、工艺快速设计与仿真优化子系统以及工艺文件快速输出子系统集成。
2.根据权利要求1所述的微组装三维工艺快速设计系统，其特征在于，所述微组装工艺数据库由元器件三维模型库、产品BOM库、元器件信息库、典型工艺库以及方案规则库组成；产品BOM库由产品设计图号、元器件型号、元器件位号、元器件位姿信息组成，其中元器件位姿信息包括元器件平面坐标信息、元器件正/反装信息以及元器件空间姿态信息组成；元器件信息库由元器件型号、元器件的关联工序方法、关联工序ID、键合类型、工作温度、芯片类型以及元器件尺寸信息构成；典型工艺库以工序为存储对象，包括工序名称、工序ID、工作地点、工序内容、设备工装、工时定额、工艺参数信息；方案规则库包括工艺流程排序规则、关键工艺序列规划规则、关键工艺路径规划规则以及工艺合理性检测规则。
3.根据权利要求1所述的微组装三维工艺快速设计系统，其特征在于，所述工艺快速设计与仿真优化子系统，包含的模块有工艺树节点快速生成模块、辅助工艺节点信息快速添加模块、关键工艺活动信息自动生成模块以及关键工艺仿真优化模块，,工艺树节点快速生成模块基于工艺流程排序规则，快速生成工艺流程；辅助工艺节点信息快速添加模块根据工艺流程进行排序，依次在微组装工艺数据库中检索工序名称，添加辅助工艺信息；关键工艺活动信息自动生成模块通过遍历工艺树，得到关键工艺名称，并在微组装工艺数据库中进行检索，得到关键工艺的元器件信息、工艺参数信息，同时基于序列排序规则以及路劲规划规则自动生成关键工艺活动信息；关键工艺仿真优化模块基于生成的关键工艺活动信息，进行关键工艺的三维可视化仿真和三维工艺看板展示，同时基于工艺合理性检测规则，对关键工艺的合理性进行实时监测，实现工艺的迭代优化。
4.根据权利要求3所述的微组装三维工艺快速设计系统，其特征在于，工艺树节点快速生成模块，将微组装工艺流程分为固定工艺流程以及活动工艺流程；其中固定工艺流程包括器件领用、检验以及产品入库；器件领用、检验工艺位于微组装工艺流程的第一个节点，产品入库位于微组装工艺流程的最后一个节点，在进行微组装工艺设计时自动生成这两个固定工艺节点，并且不会随着产品的变换改变其名称和节点位置。
5.根据权利要求4所述的微组装三维工艺快速设计系统，其特征在于，活动工艺流程按照工序关联关系进行分类，通过关联工序ID与工序方法进行关联，分成一系列工序模块；根据方案规则库中的工艺流程排序规则对工序模块进行排序；根据工序名称生成活动工艺流程。
6.根据权利要求3所述的微组装三维工艺快速设计系统，其特征在于，关键工艺活动信息自动生成模块以装配工步节点为载体，具体包括活动对象添加、装配工步序列生成以及活动路径规划；装配工步序列通过方案规则库中的关键工艺序列规划规则，对工序节点中的装配对象进行排序；活动对象按照装配工步序列，每次选择一个元器件对象进行添加；活动路径通过读取产品BOM库中的元器件位姿信息，根据方案规则库中的关键工艺路径规划规则进行自动生成。
7.根据权利要求3所述的微组装三维工艺快速设计系统，其特征在于，关键工艺仿真优化模块，指针对微组装过程中特有的芯片焊接、芯片点胶贴片以及金丝键合工序进行路径仿真；针对工艺过程中所需的工艺信息，通过检索典型工艺库中的工艺参数信息和工序内容信息，以对话框的形式在模型视图中显示；根据方案规则库中的工艺合理性检测规则，对仿真过程中的工艺进行实时检测，实现工艺的迭代优化。
8.根据权利要求1所述的微组装三维工艺快速设计系统，其特征在于，工艺文件快速输出子系统，由二维工艺文件快速输出模块以及三维仿真动画输出模块组成。
9.根据权利要求8所述的微组装三维工艺快速设计系统，其特征在于，所述二维工艺文件快速输出模块，包括输出二维工艺卡片以及输出工艺流程图；通过节点映射技术，将装配工艺树中的工序名称、装配对象、工序内容、工作地点、设备工装以及工时定额节点与二维工艺卡片中的对应项一一映射赋值，并通过装配工艺树遍历技术，设置每个工序的节点映射，并且按照先后顺序对工序进行排序，设置工序号；通过节点映射技术，将装配工艺树中每个装配工序映射为一个工序流程节点，将装配工艺树中的工序名称映射为工艺流程节点名称，生成工艺流程图，并以图片格式，输出至二维工艺文件中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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