歡迎參加第十三屆產(chǎn)品創(chuàng)新數(shù)字化國(guó)際峰會(huì) 11月29-30日 天津

—、引言

    隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的逐步應(yīng)用和推廣，越來(lái)越多企業(yè)認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品工藝協(xié)同設(shè)計(jì)在推廣數(shù)字化設(shè)計(jì)模式中的重要性。數(shù)字化設(shè)計(jì)過(guò)程中的設(shè)計(jì)工具、建模過(guò)程、模型質(zhì)量、裝配質(zhì)量以及數(shù)字化產(chǎn)品數(shù)據(jù)命名、管理、審簽、歸檔和更改等方面都迫切需要進(jìn)行規(guī)范和約束。這些標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范必須能夠系統(tǒng)和全面地協(xié)調(diào)整個(gè)工程機(jī)械裝備的數(shù)字化設(shè)計(jì)活動(dòng)，并在體系框架層面進(jìn)行規(guī)范和約束。若不能及時(shí)系統(tǒng)地開(kāi)展數(shù)字化設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的研究和編制，將會(huì)顯著影響整個(gè)企業(yè)共享設(shè)計(jì)平臺(tái)的推進(jìn)和深化發(fā)展。

    實(shí)施全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)，首先有相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)作應(yīng)用規(guī)范化支撐，其次必須構(gòu)建開(kāi)發(fā)對(duì)應(yīng)的全三維研發(fā)工藝協(xié)同設(shè)計(jì)系統(tǒng)，以提高設(shè)計(jì)、工藝的效率，節(jié)省產(chǎn)品研制成本。圖1所示為所需開(kāi)發(fā)構(gòu)建的全三維研發(fā)工藝協(xié)同設(shè)計(jì)應(yīng)用平臺(tái)的流程架構(gòu)。該平臺(tái)包含有“三維模型標(biāo)注技術(shù)” 、“三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)技術(shù)” 、“三維焊接裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù)” 、“三維鈑金工藝設(shè)計(jì)技術(shù)”、“三維工藝可視化發(fā)布技術(shù)”和“三維模型質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)” 。下面將具體介紹每個(gè)技術(shù)的體系架構(gòu)和具體應(yīng)用。

    圖1 全三維研發(fā)工藝協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)

二、產(chǎn)品工藝協(xié)同設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

1.三維模型標(biāo)注技術(shù)

    該技術(shù)是將設(shè)計(jì)過(guò)程中用到的尺寸標(biāo)注、公差標(biāo)注、表面粗糙度標(biāo)注、螺紋標(biāo)注、幾何公差標(biāo)注和技術(shù)要求標(biāo)注等設(shè)計(jì)信息進(jìn)行集成開(kāi)發(fā)，并將這些符號(hào)、參數(shù)信息標(biāo)注到相關(guān)模型中。

    建立三維模型標(biāo)注前，首先將國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)手冊(cè)以及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)、參數(shù)和設(shè)計(jì)公式集成到程序中。建立基于MBD三維標(biāo)注的表面粗糙度標(biāo)注、幾何公差標(biāo)注、焊接符號(hào)和技術(shù)要求標(biāo)注等符號(hào)，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。所有標(biāo)注的符號(hào)均要與圖元相關(guān)，即在修改模型、圖元時(shí)符號(hào)圖元的相對(duì)位置不變。系統(tǒng)維護(hù)方便，企業(yè)能自由添加相關(guān)數(shù)據(jù)。

    該平臺(tái)一部分采用Pro/ENGINEER系統(tǒng)提供的ProToolkit二次開(kāi)發(fā)函數(shù)進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，另一部分采用Pro/ENGINEER系統(tǒng)本身的自定義符號(hào)進(jìn)行符號(hào)庫(kù)的建立，最終兩者結(jié)合實(shí)現(xiàn)三維模型標(biāo)注功能。此外該系統(tǒng)提供一個(gè)統(tǒng)一的升級(jí)服務(wù)，方便后期程序功能增加后的程序升級(jí)，這樣不需要每個(gè)客戶(hù)端分別安裝升級(jí)包，只需要對(duì)升級(jí)服務(wù)器進(jìn)行設(shè)置所有客戶(hù)端均能自動(dòng)升級(jí)。

    本系統(tǒng)采用VC++和Pro/Tolkit進(jìn)行組合開(kāi)發(fā)，以菜單形式加載到Pro/ENGINEER中，部分程序示例界面如圖2~6所示。

2.三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)技術(shù)

    建立一個(gè)基于三維模型的機(jī)加工藝信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝和制造使用相同的數(shù)據(jù)源，突破設(shè)計(jì)、工藝和制造之間的信息孤島。

    系統(tǒng)總體目標(biāo)是固化機(jī)加工工藝信息符號(hào)，規(guī)范機(jī)加工工藝信息表達(dá)方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)加工工藝信息在三維模型中表達(dá)，實(shí)現(xiàn)機(jī)加工工序模型可視化發(fā)布，實(shí)現(xiàn)機(jī)加工工藝卡片的自動(dòng)產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)機(jī)加工工藝審批流程，實(shí)現(xiàn)制造車(chē)間無(wú)圖化瀏覽。該系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖7所示。

圖6 表面粗糙度標(biāo)注界面

圖7 三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)技術(shù)架構(gòu)圖

    (1) 系統(tǒng)總體技術(shù)方案。

    系統(tǒng)層：主要是配置全三維鈑金工藝設(shè)計(jì)時(shí)所需的計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境，包括計(jì)算機(jī)硬件配置、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境配置及相關(guān)的軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)配置等，如PDM、ERP等。

    數(shù)據(jù)層：該層主要是合理存儲(chǔ)三維機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中所產(chǎn)生的機(jī)加工工藝參數(shù)、符號(hào)及特征信息等。

    平臺(tái)層：該技術(shù)主要基于輕量化插件ProductView和三維建模軟件Pro/ENGINEER。對(duì)于機(jī)加工MBD工序模型的構(gòu)建主要基于Pro/ENGINEER的機(jī)加工工藝信息標(biāo)注模塊、工序模型構(gòu)建模塊和工序組織與特征關(guān)聯(lián)模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)定制，而對(duì)于MBD機(jī)加工工序模型的可視化網(wǎng)頁(yè)發(fā)布主要基于ProductView進(jìn)行開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。

    應(yīng)用層：該層主要是在平臺(tái)層基礎(chǔ)上，利用平臺(tái)層相關(guān)軟件的底層開(kāi)發(fā)接口函數(shù)，進(jìn)行機(jī)加工工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的全三維化，包含有機(jī)加工工藝參數(shù)的三維化標(biāo)注、工序特征的快速構(gòu)建、工序組織與特征關(guān)聯(lián)、MBD機(jī)加工工序模型的構(gòu)建及網(wǎng)頁(yè)化發(fā)布等。

    (2) 系統(tǒng)主要功能。

    數(shù)據(jù)庫(kù)：用來(lái)保存所有工藝信息。

    圖8 工序特征構(gòu)建界面

    工藝符號(hào)庫(kù)：基于Pro/ENGINEER建立的工藝信息表達(dá)符號(hào)庫(kù)。工藝信息標(biāo)注：基于Pro/ENGINEER的三維快速標(biāo)注工具。工序模型構(gòu)建：基于Pro/ENGINEER的三維工序模型構(gòu)建工具。工序模型發(fā)布：基于Pro/ENGINEER的工序模型發(fā)布工具。PDM擴(kuò)展：基于Windchill的模型數(shù)據(jù)與發(fā)布流程管理。

    系統(tǒng)管理：B/S架構(gòu)工藝信息管理與維護(hù)接口。

    應(yīng)用模塊：B/S架構(gòu)供最終用戶(hù)使用瀏覽的接口。

    開(kāi)發(fā)界面：本系統(tǒng)采用VC++和Pro/Toolkit進(jìn)行組合開(kāi)發(fā)，結(jié)合國(guó)標(biāo)中的加工符號(hào)簡(jiǎn)化畫(huà)法，進(jìn)行組合設(shè)計(jì)，將機(jī)加工工藝信息以符號(hào)形式標(biāo)注到模型中，程序以菜單形式加載到Pro/ENGINEER中，部分程序示例界面如圖8所示。

3.三維鈑金工藝設(shè)計(jì)技術(shù)

    建立一個(gè)基于三維模型的鈑金工藝信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鈑金工藝設(shè)計(jì)的全三維化、折彎圖理解的便捷性、折彎模型參數(shù)表達(dá)的準(zhǔn)確性。

    系統(tǒng)總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)鈑金工藝特征的快速生成，按照鈑金折彎序列生成工藝模型，實(shí)現(xiàn)鈑金工藝參數(shù)的三維標(biāo)注，實(shí)現(xiàn)鈑金工序模型的可視化發(fā)布，實(shí)現(xiàn)鈑金工藝規(guī)程卡的網(wǎng)頁(yè)化發(fā)布，實(shí)現(xiàn)鈑金工藝設(shè)計(jì)的全三維化。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖9所示。

    系統(tǒng)層：主要是配置全三維鈑金工藝設(shè)計(jì)時(shí)所需的計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境，包括計(jì)算機(jī)硬件配置、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境配置及相關(guān)的軟件、數(shù)據(jù)庫(kù)配置等，如PDM、ERP等。

    數(shù)據(jù)層：該層主要是合理存儲(chǔ)三維鈑金工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中所產(chǎn)生的鈑金工藝參數(shù)信息，如折彎展開(kāi)長(zhǎng)度、折彎內(nèi)側(cè)半徑及鈑金件厚度等；鈑金工藝特征信息，如切口及止裂槽等。

    圖9 三維鈑金工藝設(shè)計(jì)技術(shù)架構(gòu)圖

    平臺(tái)層：該層主要基于三維建模軟件Pro/ENGINEER和輕量化插件ProductView。對(duì)于鈑金工藝特征的快速構(gòu)建主要基于Pro/ENGINEER的鈑金設(shè)計(jì)模塊進(jìn)行開(kāi)發(fā)定制，而對(duì)于鈑金工藝MBD模型的可視化網(wǎng)頁(yè)發(fā)布主要基于ProductView進(jìn)行開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)。

    應(yīng)用層：該層主要是在平臺(tái)層基礎(chǔ)上，利用平臺(tái)層相關(guān)軟件的底層開(kāi)發(fā)接口函數(shù)，進(jìn)行鈑金工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的全三維化，包含有鈑金工藝參數(shù)的三維化標(biāo)注、鈑金工藝特征的快速構(gòu)建、三維鈑金工序模型的構(gòu)建及網(wǎng)頁(yè)化發(fā)布等。

4.三維焊接裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù)

    該系統(tǒng)主要解決產(chǎn)品基于三維模型的焊接裝配工藝設(shè)計(jì)問(wèn)題，突破焊接裝配工藝信息在三維模型上的合理表達(dá)、三維裝配工藝卡片的生成、裝配過(guò)程仿真的可視化發(fā)布和裝配工藝性評(píng)價(jià)等關(guān)鍵技術(shù)，提高焊接裝配工藝設(shè)計(jì)的水平。

    實(shí)現(xiàn)基于三維模型的焊接裝配工藝信息表達(dá)。三維裝配過(guò)程中涉及到大量裝配工藝信息，包括零部件屬性信息、配合尺寸及形位公差信息、所需設(shè)備及工裝名稱(chēng)、裝配參照約束類(lèi)型、裝配連接方式和螺栓扭緊力矩等。三維焊接過(guò)程中涉及到大量焊接工藝信息，包括各種焊縫橫截面的基本形式或特征，卷邊焊縫、I形焊縫和V形焊縫等的符號(hào)化表達(dá)，雙面焊焊縫或接頭的組合符號(hào)化表達(dá)，焊縫表面形狀、襯墊、焊縫分布及施焊地點(diǎn)等的符號(hào)化表達(dá)等。通過(guò)三維標(biāo)注技術(shù)實(shí)現(xiàn)焊接和裝配工藝信息在模型上的有效表達(dá)，取消二維圖紙，統(tǒng)一數(shù)據(jù)源。

    焊接裝配工藝過(guò)程仿真。在三維環(huán)境下通過(guò)模型位置的變化與處理，能夠?qū)崿F(xiàn)裝配工藝過(guò)程的可視化，進(jìn)行干涉和碰撞檢查，驗(yàn)證焊接裝配工藝的合理性。實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的管理。標(biāo)注在模型上的焊接裝配工藝信息為結(jié)構(gòu)化信息，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的快速檢索和查詢(xún)，對(duì)各類(lèi)工程數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化管理。該系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖10所示。

    圖10 三維焊接裝配技術(shù)架構(gòu)圖

    數(shù)據(jù)層：主要是構(gòu)建和合理存儲(chǔ)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中所產(chǎn)生的模型、流程和符號(hào)等信息，在該項(xiàng)目中所構(gòu)建的子庫(kù)包含有三維焊接或裝配工序模型庫(kù)、對(duì)應(yīng)設(shè)計(jì)模型庫(kù)和焊接裝配工藝符號(hào)庫(kù)等。

    平臺(tái)層：基于三維建模軟件Pro/ENGINEER，充分利用其特征建模技術(shù)。Pro/ENGINEER軟件是一套基于Windows平臺(tái)的CAD/CAM/CAE桌面集成系統(tǒng)。它全面采用非全約束的特征建模技術(shù)，其設(shè)計(jì)過(guò)程全相關(guān)性，可以在設(shè)計(jì)過(guò)程的任何階段修改設(shè)計(jì)，同時(shí)牽動(dòng)相關(guān)部分的改變。該軟件具有較好的開(kāi)放性接口和功能性擴(kuò)充。

    業(yè)務(wù)層：該層主要為焊接裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程作業(yè)務(wù)技術(shù)支撐，包含有爆炸圖生成技術(shù)、焊接符號(hào)三維標(biāo)注技術(shù)、三維BOM生成技術(shù)和三維球標(biāo)標(biāo)注技術(shù)等。

    應(yīng)用層：該層主要是在業(yè)務(wù)層基礎(chǔ)上，進(jìn)行組件焊接裝配過(guò)程的全三維化應(yīng)用，包含有組件裝配序列過(guò)程仿真、裝配路徑的交互式指定與優(yōu)化等。

5.三維模型質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)

    該系統(tǒng)依托CAD應(yīng)用相關(guān)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)及企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容，把相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)要求設(shè)計(jì)成企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化審查的準(zhǔn)則，開(kāi)發(fā)審查工具集，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)三維模型數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)與事后的質(zhì)量審查。該系統(tǒng)具備對(duì)檢測(cè)項(xiàng)進(jìn)行靈活配置并自定義檢測(cè)集和自定義檢測(cè)項(xiàng)目值的功能，并能夠與Pro/ENGINEER無(wú)縫集成，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化或半自動(dòng)化對(duì)產(chǎn)品三維模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化審查的功能。

    系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)思路：充分利用現(xiàn)有資源，嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行功能開(kāi)發(fā)。實(shí)現(xiàn)模型和工程圖、裝配、工藝模型的質(zhì)量檢查，并對(duì)檢查結(jié)果進(jìn)行反饋；建立獨(dú)立的人員、角色、部門(mén)管理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)中各種數(shù)據(jù)的權(quán)限控制，保證數(shù)據(jù)安全；采用先進(jìn)的技術(shù)架構(gòu)，保證系統(tǒng)性能的穩(wěn)定、可靠、可擴(kuò)展和易于升級(jí)、維護(hù)。該系統(tǒng)在總體技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)上采用組件化、分布式的開(kāi)發(fā)方法。其總體技術(shù)架構(gòu)如圖11所示。

    圖11 三維模型質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)架構(gòu)圖

    表現(xiàn)層：用戶(hù)可以直接訪(fǎng)問(wèn)和操作的系統(tǒng)界面，表現(xiàn)層就能夠?qū)⒂脩?hù)輸人的數(shù)據(jù)或訪(fǎng)問(wèn)請(qǐng)求傳遞給業(yè)務(wù)層。

    業(yè)務(wù)層：系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯操作。業(yè)務(wù)層由各個(gè)組件構(gòu)成，接受表現(xiàn)層的信息，調(diào)用相應(yīng)組件進(jìn)行功能實(shí)現(xiàn)。

    數(shù)據(jù)層：封裝系統(tǒng)中涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)或讀取的操作。

    業(yè)務(wù)組件：將系統(tǒng)的功能和公共模塊提煉、封裝成業(yè)務(wù)組件，并提供標(biāo)準(zhǔn)接口，供組件間或表現(xiàn)層和數(shù)據(jù)層調(diào)用。

    Pro/ENGINEER二次開(kāi)發(fā)接口（Pro/Toolikt) ：Pro/ENGINEER平臺(tái)提供的二次開(kāi)發(fā)接口， 對(duì)Pro/ENGINEER數(shù)據(jù)進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)必須要應(yīng)用二次開(kāi)發(fā)接口。

    Pro/ENGINEER 訪(fǎng)問(wèn)組件：對(duì)Pro/ENGINEER 數(shù)據(jù)進(jìn)行底層訪(fǎng)問(wèn)的通道，根據(jù)集團(tuán)對(duì)Pro/ENGINEER應(yīng)用情況求，本系統(tǒng)采用VC與Pro/Toolit開(kāi)發(fā)方式。

    數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)接口：提供對(duì)檢測(cè)結(jié)果文件的存儲(chǔ)和讀取。檢測(cè)結(jié)果文件可以放在本地，也可以放在遠(yuǎn)程服務(wù)器上。

    許可協(xié)議認(rèn)證：對(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用采用許可協(xié)議的認(rèn)證制，包括對(duì)系統(tǒng)功能的訪(fǎng)問(wèn)控制管理。

    組件執(zhí)行引擎：管理組件的調(diào)用，用戶(hù)接口程序通過(guò)組件執(zhí)行引擎調(diào)用業(yè)務(wù)組件。

6.三維工藝可視化發(fā)布技術(shù)

    將工藝設(shè)計(jì)結(jié)果快速發(fā)布成脫離軟件平臺(tái)的三維工藝卡�；�于工藝加工、裝配順序?qū)⒛Ｐ瓦M(jìn)行可視化發(fā)布，以輕量化模型為主要信息載體，集成裝配工藝信息，同時(shí)可在加工、裝配過(guò)程仿真的基礎(chǔ)上輸出仿真動(dòng)畫(huà)，用于指導(dǎo)制造。

    系統(tǒng)總體目標(biāo)：系統(tǒng)總體技術(shù)方案是三維工藝可視化發(fā)布軟件基于B/S 架構(gòu)，基于Pro/ENGINEER開(kāi)發(fā)，主要分為：機(jī)加工工藝模型發(fā)布模塊、鈑金工藝模型發(fā)布模塊、涂裝工藝模型發(fā)布模塊和焊接裝配工藝模型發(fā)布模塊。

    機(jī)加工工藝模型發(fā)布是將建立好的模型發(fā)布ProductView格式文件，以方便查閱。鈑金工藝模型發(fā)布模塊是將建立好的鈑金工藝MBD模型發(fā)布為ProductVie格式輕量化文件，以方便信息獲取。涂裝工藝模型發(fā)布模塊是將建立好的涂裝工藝MBD模型發(fā)布為ProductView格式輕量化文件，以方便信息網(wǎng)頁(yè)化獲取。焊接裝配工藝模型發(fā)布模塊是根據(jù)裝配順序?qū)⒔�立好的焊接裝配序列模型發(fā)布為ProductView格式文件，以方便查閱。基于構(gòu)建的插件，動(dòng)態(tài)多視圖地展示全三維集成工藝模型信息，以使車(chē)間加工、裝配人員能多方位直觀(guān)地瀏覽工藝模型。具體的發(fā)布界面布局如圖12所示。

    圖12 發(fā)布界面布局圖

三、結(jié)語(yǔ)

    通過(guò)三維模型標(biāo)注技術(shù)、三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)技術(shù)、三維焊接裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù)、三維工藝可視化發(fā)布技術(shù)和三維模型質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，使設(shè)計(jì)人員可以在三維環(huán)境下開(kāi)展機(jī)加工、焊接裝配工藝設(shè)計(jì)，并將機(jī)加工工藝、焊接裝配工藝發(fā)布到車(chē)間終端，取消二維工程圖和工藝卡片，打通機(jī)加工工藝、焊接裝配工藝數(shù)據(jù)鏈，顯著提高設(shè)計(jì)水平和效率。

轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處：拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/

本文標(biāo)題：基于MBD的產(chǎn)品工藝協(xié)同設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

本文網(wǎng)址：http://www.ezxoed.cn/html/solutions/14019321393.html