三維輕量化模型在制造工藝上的應(yīng)用[權(quán)威資料]

1、三維輕量化模型在制造工藝上的應(yīng)用 權(quán)威資料 三維輕量化模型在制造工藝上的應(yīng)用摘 要 : 由于工藝數(shù)據(jù)比設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)更加龐大，同時(shí)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程使用眾多的三維設(shè)計(jì)軟件，工藝如何和三維 CAD進(jìn)行集成，工藝如何基于三維 CAD進(jìn)行加工工藝設(shè)計(jì)和裝配工藝設(shè)計(jì)，如何利用三維模型的信息完整、可視的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)提高工藝編制的質(zhì)量和效率，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模型信息的統(tǒng)一，對(duì)于數(shù)字化制造具有重要意義。文中重點(diǎn)描述使用三維輕量化技術(shù)實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)的原則和應(yīng)用場(chǎng)景。關(guān)鍵詞 : 三維輕量化模型、數(shù)字化制造定義隨著三維 CAD在國(guó)內(nèi)制造業(yè)的廣泛推廣應(yīng)用，三維設(shè)計(jì)過(guò)程已經(jīng)成為企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)的主流工具。企業(yè)在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中積累了大量的三維模

2、型數(shù)據(jù)，如何充分利用這些三維模型數(shù)據(jù)成為企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。設(shè)計(jì)手段的變革，工藝設(shè)計(jì)跟著需要變革。工藝如何和三維 C AD進(jìn)行集成，工藝如何基于三維 CAD進(jìn)行加工工藝設(shè)計(jì)和裝配工藝設(shè)計(jì)等，目前在很多企業(yè)都有迫切的需求。企業(yè)設(shè)計(jì)逐步采用三維設(shè)計(jì)模式后，工藝設(shè)計(jì)模式也面臨著改變和沖擊。企業(yè)迫切地需要利用三維模型的信息完整、可視的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)提高工藝編制的質(zhì)量和效率，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品模型信息的統(tǒng)一。然而，三維模型數(shù)據(jù)量雖大，但目前的數(shù)據(jù)模型主要表達(dá)設(shè)計(jì)幾何信息，對(duì)于制造工藝以及數(shù)據(jù)模型卻涉及很少，同時(shí)，不同的CA D 系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在異構(gòu)平臺(tái)下不兼容、工藝信息量龐大和網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，使得三維模型數(shù)據(jù)的交換、共享

3、以及在制造工藝上的應(yīng)用具有很大的困難。本文就內(nèi)蒙古第一機(jī)械集團(tuán)有限公司 ( 簡(jiǎn)稱(chēng)內(nèi)蒙一機(jī) ) 采用 M P M S 制造規(guī)劃管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)基于三維輕量化模型的工藝無(wú)紙化應(yīng)用的實(shí)際情況，探討三維模型下工藝管理的關(guān)鍵技術(shù)。一、三維模型輕量化是工藝三維化的關(guān)鍵技術(shù)支撐為了實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期內(nèi)三維模型數(shù)據(jù)的交換和共享，人們對(duì)三維模型的輕量化進(jìn)行了大量的研究和探索，內(nèi)蒙一機(jī)在 Extech MPMS系統(tǒng)上開(kāi)發(fā)應(yīng)用了符合企業(yè)需求的輕量化格式，取得了很好的制造工藝應(yīng)用效果。由于工藝制造信息是設(shè)計(jì)信的息數(shù)十倍，在三維工藝設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)的輕量化是實(shí)現(xiàn)三維工藝的關(guān)鍵技術(shù)，三維工程輕量化模型需實(shí)現(xiàn)標(biāo)注、測(cè)量、裝配和制造

4、工序模型技術(shù)。在成熟輕量化軟件的基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)適合工藝應(yīng)用的輕量化工具，達(dá)到工藝設(shè)計(jì)模式從二維向三維的轉(zhuǎn)變。將原有的 CAPP與 2D CAD集成轉(zhuǎn)變?yōu)?CAPP與 3D CAD的集成，為設(shè)計(jì)人員提供一個(gè)接近真實(shí)的可視化工藝設(shè)計(jì)環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境下進(jìn)行包括建立和提取三維模型中的加工特征信息，加工過(guò)程仿真和校驗(yàn)、裝配過(guò)程仿真優(yōu)化、加工資源規(guī)劃等高層次的工藝設(shè)計(jì)工作。這將大大提高工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率，并強(qiáng)化工藝在產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中的地位。1. 基于輕量化模型的數(shù)字化定義技術(shù)數(shù)字化產(chǎn)品定義 (DPD)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的基礎(chǔ)，它以數(shù)字的方式對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行準(zhǔn)確描述。采用輕量化模型技術(shù)后，數(shù)字化產(chǎn)品定義信息必須按輕量

5、化模型要求進(jìn)行分類(lèi)組織管理，完整準(zhǔn)確地表達(dá)產(chǎn)品零部件本身的幾何屬性、工藝屬性、質(zhì)量檢測(cè)屬性以及管理屬性等信息，滿(mǎn)足制造過(guò)程各階段對(duì)數(shù)據(jù)的需求，保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的協(xié)調(diào)性。2. 基于輕量化模型的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)輕量化模型是產(chǎn)品三維數(shù)模的過(guò)程制造模型，使產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)活動(dòng)發(fā)生了根本變化。工藝設(shè)計(jì)與仿真將在三維數(shù)字化環(huán)境下，依據(jù)基于輕量化模型技術(shù)的數(shù)字化工藝協(xié)調(diào)制造體系要求，以產(chǎn)品的EBOM和三維數(shù)字樣機(jī)為基礎(chǔ)，以工藝數(shù)字化并行定義為核心，制定工藝總方案，建立三維工藝數(shù)字樣機(jī)，進(jìn)行數(shù)字化三維工藝設(shè)計(jì)、數(shù)字化工藝容差分配、仿真優(yōu)化和數(shù)字化三維工藝仿真驗(yàn)證。在工藝設(shè)計(jì)與仿真的不同階段，仿真的

6、內(nèi)容也不同。在工藝審查階段，對(duì)零件、組件及部件組成的制造單元進(jìn)行可制造性、可裝配性分析，檢查結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性 ; 在工藝規(guī)劃階段，通過(guò)裝配工藝仿真，確定零部件之間的裝配順序和運(yùn)動(dòng)路徑 ; 在工裝設(shè)計(jì)階段，進(jìn)行制造資源仿真，設(shè)計(jì)出合格的工裝資源; 在工藝編制階段，通過(guò)建立起產(chǎn)品、工藝和資源的數(shù)字化工藝數(shù)據(jù)模型(P P R) ，并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行基于 M B D 的工藝容差分配計(jì)算和優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)基于模型的工藝分離面劃分、裝配工位設(shè)計(jì)、裝配流程設(shè)計(jì)和三維工藝指令設(shè)計(jì)等。3. 建設(shè)輕量化模型的工藝裝備數(shù)據(jù)工藝裝備設(shè)計(jì)在三維數(shù)字化環(huán)境下，以產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)、工藝數(shù)字樣機(jī)為基礎(chǔ)，進(jìn)行工藝技術(shù)裝備的設(shè)計(jì)和仿真，逐步

7、形成面向現(xiàn)代航空制造的基于三維的飛機(jī)制造技術(shù)裝備工程體系，實(shí)現(xiàn)技術(shù)裝備數(shù)字化、自動(dòng)化和柔性化。在工裝設(shè)計(jì)過(guò)程中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)模、工藝數(shù)模的版本變化將直接引起工裝數(shù)模的版本變化。因此，必須應(yīng)用三維關(guān)聯(lián)技術(shù)和三維在線技術(shù)，預(yù)先開(kāi)展基于輕量化模型工藝裝備設(shè)計(jì)與產(chǎn)品、工藝設(shè)計(jì)及仿真的數(shù)字化協(xié)同技術(shù)，工藝裝備設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)的關(guān)聯(lián)更改技術(shù)，工藝裝備三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造一體化集成技術(shù)和基于三維數(shù)字化工藝裝備設(shè)計(jì)制造等技術(shù)的研究工作。4. 基于輕量化模型的裝配過(guò)程可視化技術(shù)在數(shù)字化制造模式下，裝配現(xiàn)場(chǎng)已擺脫傳統(tǒng)基于二維圖樣的模擬量傳遞體系，三維數(shù)模及三維工藝指令已經(jīng)完全替代了二維工程圖樣和紙質(zhì)工藝指令，

8、成為在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)工人工作的技術(shù)依據(jù)。為了確保裝配現(xiàn)場(chǎng)能夠及時(shí)獲取現(xiàn)行有效的三維數(shù)模、輕量化模型和三維裝配工藝指令，滿(mǎn)足產(chǎn)品裝配過(guò)程管理與執(zhí)行控制的要求，需要解決三維數(shù)模輕量化的問(wèn)題，并將基于數(shù)字化制造的設(shè)計(jì)模型、工藝模型、檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?、三維工裝資源數(shù)據(jù)、輕量化模型和三維裝配工藝指令統(tǒng)一納入企業(yè)級(jí)PLM 中進(jìn)行管理 (圖1)，并建立與裝配現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)計(jì)劃的關(guān)聯(lián)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)三維可視化裝配技術(shù)在裝配制造執(zhí)行系統(tǒng) (MES)的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)紙化。二、輕量化三維模型的應(yīng)用1. 現(xiàn)場(chǎng)工藝實(shí)現(xiàn)三維模型化以減少生產(chǎn)人員的識(shí)圖時(shí)間三維數(shù)字模型的直觀性可以幫助工藝人員直接了解零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，減少看圖出錯(cuò)的幾率，提高

9、工作效率，工藝人員可以把更多的時(shí)間和精力投入到其他工作中。因?yàn)閷?duì)于比較復(fù)雜的鑄件圖樣，工藝人員要想在很短的時(shí)間內(nèi)看明白，不是一件容易的事。對(duì)三維數(shù)字模型還可以進(jìn)行三維立體尺寸標(biāo)注，隨時(shí)測(cè)量各個(gè)需要加工的工序尺寸，檢查零件實(shí)際加工的尺寸是否正確。對(duì)于復(fù)雜且比較大、重的零件，要想知道它的體積和重量不是一件容易的事，需要大量的計(jì)算。基于三維數(shù)字模型，得到體積和重量則是一件非常簡(jiǎn)單的事。2. 更好地了解組件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為了更好地了解組件內(nèi)部結(jié)構(gòu)，需要用軸測(cè)圖來(lái)表示部件的裝配形式，用這種形式可以很好地反映部件的裝配結(jié)構(gòu)。如果用過(guò)去的二維形式來(lái)畫(huà)軸測(cè)圖，幾十個(gè)零件組成的部件可能要用十幾天的時(shí)間才能夠完成。用

10、三維數(shù)字模型裝配的部件，可以很容易生成軸測(cè)圖。并能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，如: 在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)裝配能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)零件之間是否有干涉。在裝配中有些零件之間的空間距離在二維圖樣中很難確定，但在三維數(shù)字模型裝配中卻是件很容易的事。同時(shí)能夠生成任何方向的裝配和軸測(cè)圖，并能夠做成各種方向的裝配圖片。這樣就會(huì)大大提高了裝配工人的感官認(rèn)識(shí)和實(shí)際操作能力，提高了裝配的速度和準(zhǔn)確性。3. 動(dòng)態(tài)數(shù)字化工藝視頻指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)正確操作三維數(shù)字模型在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行裝配，就可以很好地了解整個(gè)部件的裝配順序，減少工藝規(guī)程編寫(xiě)中的錯(cuò)誤，提高工藝規(guī)程編寫(xiě)的質(zhì)量。對(duì)于稍有文化和專(zhuān)業(yè)技術(shù)培訓(xùn)基礎(chǔ)，且有一定識(shí)圖能力的年輕員工，如果用播放數(shù)字媒體的形

11、式來(lái)反映復(fù)雜部件裝配的過(guò)程，再配合正確的工藝規(guī)程文件，就會(huì)很好地完成復(fù)雜部件的裝配。制作好的數(shù)字媒體，不僅可用以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的員工進(jìn)行培訓(xùn)，還可用以通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)千里之外的協(xié)作用戶(hù)進(jìn)行培訓(xùn)，這將是未來(lái)培訓(xùn)的必然趨勢(shì)，也是現(xiàn)場(chǎng)工藝人員用于了解裝配部件內(nèi)部結(jié)構(gòu)最有效的方法。另外，用三維數(shù)字模型制作的視頻文件存為avi 形式，就可用 Windows中的Windows Media Player或其他視頻軟件來(lái)播放，從而反映整個(gè)部件的裝配過(guò)程。三、應(yīng)用效果與部署情況圖 2 所示是內(nèi)蒙一機(jī)制造規(guī)劃管理系統(tǒng)的完整應(yīng)用模型。系統(tǒng)將企業(yè)的工藝設(shè)計(jì)與管理組合成一個(gè)有機(jī)結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)體系，這些數(shù)據(jù)完全可以為信息系統(tǒng)和后續(xù)的應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)，運(yùn)用三維數(shù)字化定義、三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)與仿真、三維數(shù)字化工藝裝備的設(shè)計(jì)與制造、基于輕量化模型的裝配過(guò)程可視化技術(shù)、三維數(shù)字化檢驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)以及基于結(jié)構(gòu)化的工藝數(shù)據(jù)，結(jié)合產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)集成技術(shù)的應(yīng)用，能夠有效地縮短產(chǎn)品研制周期，改善生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，真正實(shí)現(xiàn)無(wú)二維圖紙、無(wú)紙質(zhì)工作指令的三維數(shù)字化集成制造。參考文獻(xiàn)1 田富君，田錫天，耿俊浩，李洲洋，張振明 . 基于輕量化模型的加工特征識(shí)別技術(shù) .