MBD模式下機(jī)加工裝派工文件生成方法

MBD模式下機(jī)加工裝派工文件生成方法

陳睿，周來(lái)水，衛(wèi)煒，黃斌達(dá)

(南京航空航天大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，南京210016)

摘要：在傳統(tǒng)的二維工藝環(huán)境中，工裝派工文件僅包含工序號(hào)、工序名稱、請(qǐng)制內(nèi)容等工裝派工信息，工藝人員在發(fā)起機(jī)加工裝派工時(shí)需要同時(shí)發(fā)布工裝派工文件和整本工藝規(guī)程文件，而工裝設(shè)計(jì)人員首先需要了解工裝派工文件內(nèi)容，通過(guò)查閱工藝規(guī)程中的相關(guān)工序卡片獲取工藝信息，結(jié)合二維工序圖進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)，這種工裝派工的方法存在信息分散、信息展示不直觀等問(wèn)題。隨著MBD技術(shù)的不斷成熟，三維工藝規(guī)程逐漸得到推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)的工裝派工文件生成方法已不能滿足MBD技術(shù)關(guān)于信息集成和唯一數(shù)據(jù)源的要求，為適應(yīng)三維工藝的發(fā)展，本文運(yùn)用MBD技術(shù)以及3D PDF技術(shù)，提出了一種MBD模式下的機(jī)加工裝派工文件生成方法，實(shí)現(xiàn)了工裝派工信息和MBD模型的集成展示與發(fā)布，使得工裝派工文件可直接作為工裝設(shè)計(jì)的指導(dǎo)文件，從而提高了工裝派工的質(zhì)量和效率。

關(guān)鍵詞：MBD模式；工裝派工文件；3D PDF

文章編號(hào)：1001-2265(2015)09-0157-04

收稿日期：2014-11-08

作者簡(jiǎn)介：陳睿(1988—)，女，福建漳平人，南京航空航天大學(xué)碩士研究生，研究方向?yàn)閿?shù)字化制造，(E-mail)chenrui_work@126.com。

中圖分類號(hào)：TH164;TG506

The Generation Method of Mechanical Tooling Dispatching File in MBD Mode

CHEN Rui，ZHOU Lai-shui，WEI Wei，HUANG Bin-da

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China)

Abstract：In the environment of traditional 2D process, tooling dispatching file contains tooling dispatching information of process number, process name etc., when process engineers launch tooling dispatching should release tooling dispatching file and Process specification at the same time. tooling designers read tooling dispatching file first , and then find process information from process specification, this method has such problems as tooling dispatching information scattered and not intuition. With the maturity of MBD technology, has been gradually popularization and application of 3D technology rules, the generation method of traditional tooling dispatching file cannot meet the requirements of MBD technology on information integration and unique data source, in order to adapt to the development of 3D process, the paper uses MBD and 3D PDF technology, put forward the generation method of tooling dispatching file in MBD Mode, Integrated display realized tooling dispatching information and MBD model and release, make tooling dispatching files can be directly used as a guidance document for tooling design, so as to improve the tooling to send work quality and efficiency.

Key words： MBD mode; tooling dispatching file; 3D PDF

0引言

在傳統(tǒng)的二維工藝環(huán)境中，工裝派工文件通常只包含工序號(hào)、工序名稱、零件名稱等工藝信息，而與工裝設(shè)計(jì)緊密相關(guān)的工序圖、工序內(nèi)容等工藝信息包含在工藝規(guī)程中，工藝人員在發(fā)起工裝派工時(shí)需同時(shí)發(fā)布工裝派工文件和整本工藝規(guī)程，工裝設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)工裝時(shí)，需根據(jù)工裝派工文件中的工裝需求信息從整本工藝規(guī)程中查閱與工裝派工相關(guān)的工序卡，根據(jù)工序圖、工序內(nèi)容等信息完成工裝設(shè)計(jì)。這種工裝派工方法存在以下不足：①工裝設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)工裝時(shí)，需要從工裝派工文件和工藝規(guī)程中提取工裝設(shè)計(jì)所需信息，這樣降低了工裝設(shè)計(jì)效率，且容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤；②工裝派工信息包含了工裝設(shè)計(jì)所需的工序內(nèi)容以及裝夾定位要求等信息，而現(xiàn)有的工藝規(guī)程大多數(shù)是用文字來(lái)描述，與之對(duì)應(yīng)的二維工序圖不能直觀的展示幾何信息，這就為工裝設(shè)計(jì)人員準(zhǔn)確理解工裝派工內(nèi)容造成一定的困難。

近年來(lái)MBD(基于模型定義，Model Based Definition)技術(shù)在工藝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用得到了廣泛的重視，已有部分學(xué)者對(duì)MBD模式下三維工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行了相關(guān)研究。萬(wàn)能等[1]研究了三維機(jī)加工藝卡片的組成結(jié)構(gòu)，建立了三維機(jī)加工序模型中工藝表達(dá)元素與工藝卡片元素之間的映射關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)了三維環(huán)境下機(jī)加工藝設(shè)計(jì)；田富君等[2]建立了面向工藝的MBD模型和MBD的零件工藝信息模型，采用多視圖方法，將三維標(biāo)注信息按照專業(yè)類型和工藝規(guī)劃過(guò)程進(jìn)行劃分和管理；程振陽(yáng)等[3]研究了基于模型定義的機(jī)加工藝執(zhí)行可視化表示方法，實(shí)現(xiàn)了基于MBD的工藝執(zhí)行過(guò)程信息和工藝執(zhí)行管理信息的集成可視化展示；陳卓寧等[4]以設(shè)計(jì)MBD模型為單一數(shù)據(jù)源，應(yīng)用CATIA 的CAA 二次開發(fā)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)面向三維機(jī)加工藝規(guī)劃系統(tǒng)的CATIA 模型MBD數(shù)據(jù)提取和應(yīng)用。

與二維工藝規(guī)程相比，以MBD模型為基礎(chǔ)的三維工藝規(guī)程其信息集成度更高，可以更直觀的表達(dá)幾何信息和工藝信息，而傳統(tǒng)的工裝文件生成方法與MBD技術(shù)中關(guān)于信息集成和唯一數(shù)據(jù)源的要求相悖。本文針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)加工裝派工存在的問(wèn)題，結(jié)合企業(yè)現(xiàn)有的基于MBD的工藝設(shè)計(jì)方法，研究了MBD模式下的機(jī)加工裝派工文件的生成方法，該方法將MBD模型和工裝派工相關(guān)的工藝信息集成，以輕量化的3D PDF格式文件展示并發(fā)布。

1工裝派工文件生成流程

工裝派工文件生成流程主要包括四部分：工裝派工MBD模型生成、工裝派工工藝信息文件生成、工裝派工模板的定制、工裝派工文件編輯與發(fā)布。圖1為機(jī)加工裝派工文件生成流程示意圖。

(1)工裝派工文件模板定制：工裝派工文件模板是對(duì)工裝派工所有相關(guān)信息的集成展示，不同企業(yè)工裝派工文件的內(nèi)容以及頁(yè)面布局等存在著差異，針對(duì)企業(yè)的具體需求，定制符合該企業(yè)的工裝派工文件模板。

(2)工裝派工MBD模型生成：CAPP系統(tǒng)生成的工藝規(guī)程中包含有多個(gè)工序MBD模型，工序MBD模型應(yīng)包含下游相關(guān)業(yè)務(wù)(如工裝派工、數(shù)控加工編程、實(shí)際生產(chǎn)加工等)所需的幾何和PMI(產(chǎn)品制造信息，Product Manufacturing Information)標(biāo)注信息，PMI標(biāo)注(幾何尺寸、加工信息、形位公差、表面粗糙度等)數(shù)量龐大，通過(guò)提取與工裝設(shè)計(jì)相關(guān)的PMI標(biāo)注信息，生成工裝派工MBD模型。

(3)工裝派工工藝信息文件生成：CAPP系統(tǒng)生成的工藝規(guī)程文件包含了所有工序的工序內(nèi)容，信息量龐大，其一般可解析為XML(Extensible Markup Language，可擴(kuò)展標(biāo)記語(yǔ)言)格式文件[5]，通過(guò)研究工序業(yè)務(wù)內(nèi)容，提取與工裝派工相關(guān)的工藝信息并進(jìn)行XML文件的格式轉(zhuǎn)換生成工裝派工工藝信息XML文檔。

(4)工裝派工文件編輯與發(fā)布：將工裝派工MBD模型和工裝派工工藝信息XML文檔導(dǎo)入工裝派工文件模板，實(shí)現(xiàn)MBD模型與工藝信息的關(guān)聯(lián)響應(yīng)，最終以輕量化的格式發(fā)布工裝派工文件。

圖1　機(jī)加工裝派工文件生成流程示意圖

2工裝派工文件模板定制

2.1工裝派工文件模板定義

工裝派工文件模板是用于集成工裝設(shè)計(jì)相關(guān)信息，最終形成工裝派工可視化文件來(lái)指導(dǎo)工裝設(shè)計(jì)人員進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)。工裝派工相關(guān)信息由工裝派工工藝信息和工裝派工工序MBD模型構(gòu)成，本文結(jié)合工裝派工所需信息類型，將工裝派工模板結(jié)構(gòu)定義如下：

(1)

2.2工裝派工模板實(shí)現(xiàn)

作為工裝派工MBD模型和工藝信息的載體，工裝派工文件應(yīng)具備便攜、輕量化、兼容性好、可顯示PMI標(biāo)注等特點(diǎn)。3DPDF格式文件直接可通過(guò)AdobeReader瀏覽器瀏覽，同時(shí)可兼容各種主流CAD軟件生成的3D模型，且界面美觀性好，此外3DPDF文件還具有良好的可開發(fā)性，可在不同的操作系統(tǒng)運(yùn)行，因此本文選擇3DPDF作為工裝派工文件的格式[6-8]。本文以式(1)中的工裝派工文件信息模型為依據(jù)，基于Javascript語(yǔ)言，以AdobeAcrobat為二次開發(fā)平臺(tái)，借鑒傳統(tǒng)二維工程圖布局開發(fā)了3DPDF格式的工裝派工文件模板(圖2)。整個(gè)模板結(jié)構(gòu)分為模型區(qū)域和表單區(qū)域，其中模型區(qū)域展示工裝派工MBD模型，表單區(qū)域展示工裝派工相關(guān)工藝信息、工裝派工請(qǐng)示信息，表單與模型可實(shí)現(xiàn)交互操作，如在表單中點(diǎn)擊零件名稱，可使模型區(qū)對(duì)應(yīng)零件高亮顯示。

圖2　工裝派工文件模板

3工裝派工MBD模型建立

產(chǎn)品從毛坯到最后形成零件之前，每道工序都會(huì)形成中間MBD模型，該中間MBD模型稱為工序MBD模型[9-10]，工序MBD模型中包含了下游業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)(數(shù)控編程、工裝派工、車間現(xiàn)場(chǎng)加工等)所需的三維模型及其關(guān)聯(lián)信息，導(dǎo)致工序MBD模型展示的信息數(shù)量多且繁雜，因而有必要根據(jù)工裝設(shè)計(jì)的實(shí)際需求，精簡(jiǎn)工序MBD模型中的信息，生成獨(dú)立的工裝派工MBD模型作為工裝設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)依據(jù)。通過(guò)對(duì)工裝設(shè)計(jì)過(guò)程中需要的模型及其相關(guān)信息進(jìn)行分析，將工裝派工MBD模型表示為：

(2)

(3)

式中，Marki表示工裝派工MBD模型上第i個(gè)標(biāo)記信息，通常用符號(hào)加顏色進(jìn)行區(qū)分，用于表示夾緊面、定位面、加工面、輔助支撐面等工裝設(shè)計(jì)所需特征，1≤i≤m，m表示該模型中的標(biāo)記信息總數(shù)，m≥1，m∈N；Notej表示工裝派工MBD模型中的第j個(gè)注釋，如技術(shù)要求、特殊附注以及對(duì)特殊標(biāo)記用文字加以說(shuō)明等,1≤j≤n，n表示該模型中的注釋總數(shù)，n≥1，n∈N；SRk表示工裝派工MBD模型中與工裝設(shè)計(jì)相關(guān)的第k個(gè)表面粗糙度標(biāo)注，1≤k≤s，s表示粗糙度的總個(gè)數(shù)，s≥1，s∈N；Dl表示工裝派工MBD模型中第l個(gè)尺寸(公差)標(biāo)注，1≤l≤d，d表示尺寸(公差)的總數(shù)，l≥1，l∈N。Th表示工裝派工MBD模型中的第h個(gè)形位公差標(biāo)注，1≤h≤t，t表示形位公差的總數(shù)，t≥1，t∈N。

某渦輪導(dǎo)向葉片的機(jī)加工藝中某道工序的工序MBD模型如圖3a所示，該工序MBD模型包含了三維實(shí)體、PMI信息以及零件屬性(模型上不可見(jiàn)，可通過(guò)查詢得到，如質(zhì)量、密度等屬性)，這些信息是數(shù)控編程、工裝派工、現(xiàn)場(chǎng)加工等多個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)源，其中PMI信息有上百個(gè)，但與工裝派工相關(guān)的PMI信息僅有三十幾個(gè)，本文運(yùn)用UGOpen/API二次開發(fā)技術(shù)，結(jié)合圖層管理技術(shù)將工序MBD模型中的PMI標(biāo)注按照功能進(jìn)行分類管理，通過(guò)控制各個(gè)圖層的狀態(tài)，快速提取工裝派工相關(guān)PMI信息，并繼承工序MBD模型三維實(shí)體以及零件屬性生成工裝派工MBD模型(如圖3b所示)。

( a)工序 MBD模型

( b)工裝派工 MBD模型

4工裝派工信息處理

4.1工裝派工信息模型建立

工裝派工信息是使工裝設(shè)計(jì)人員明確設(shè)計(jì)目標(biāo)和工作內(nèi)容的管理信息。工裝派工信息模型是工裝派工文件表單區(qū)域信息的來(lái)源，包含了兩部分內(nèi)容：工裝派工請(qǐng)制信息和工裝派工相關(guān)工藝信息。其中工裝派工相關(guān)工藝信息源自工藝規(guī)程中，工裝派工請(qǐng)制信息為獨(dú)立的附加信息，因而可將工裝派工信息模型表示為：

(4)

式(4)中：Pi表示與工裝派工相關(guān)工藝信息第i個(gè)工藝信息，如型號(hào)、零件名稱、零件號(hào)、工序號(hào)、工序名稱、批次等工藝信息，1≤i≤m，m表示工裝派工相關(guān)工藝信息總數(shù)，m≥1，m∈N；Lj表示第j個(gè)工裝派工請(qǐng)制信息，如請(qǐng)制編號(hào)、請(qǐng)制數(shù)量、請(qǐng)制進(jìn)度和請(qǐng)制內(nèi)容等信息，1≤j≤n，n表示工裝派工請(qǐng)制信息總數(shù)，n≥1，n∈N。

4.2工裝派工相關(guān)工藝信息生成

某企業(yè)CAPP系統(tǒng)中生成的工藝規(guī)程可解析為XML格式文檔，該文檔中包含了工藝設(shè)計(jì)下游環(huán)節(jié)所需的全部工藝信息，而與工裝派工相關(guān)的工藝信息只是其中的一部分，為提高工裝設(shè)計(jì)人員獲取工裝派工信息的效率和準(zhǔn)確性，有必要將這部分信息單獨(dú)提取并展示。以渦輪導(dǎo)向葉片為例，相關(guān)工藝信息用XML文件描述如圖4a所示，不同工序的工序號(hào)、工序名稱等工序信息存儲(chǔ)在XML文檔的屬性中，本文基于Asp.net開發(fā)了工裝派工相關(guān)工藝信息提取模塊，并進(jìn)行了XML文件格式的轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)3DPDF模板的信息讀取顯示。提取的渦輪導(dǎo)向葉片工裝派工工藝信息XML文檔如圖4b所示，對(duì)比圖4a，該文檔的工藝信息全部以元素的形式存儲(chǔ)。

( a)工藝信息 XML文檔

( b)工裝派工工藝信息 XML文檔

5機(jī)加工裝派工文件生成實(shí)例

本文以渦輪導(dǎo)向葉片機(jī)加工裝派工進(jìn)行實(shí)例驗(yàn)證，將上述方法生成的工裝派工MBD模型和工裝派工工藝信息XML文檔導(dǎo)入模板，手動(dòng)填入請(qǐng)制編號(hào)、請(qǐng)制數(shù)量、要求進(jìn)度、請(qǐng)制內(nèi)容等表單信息，形成完整的渦輪導(dǎo)向葉片工裝派工文件(如圖5所示)，并實(shí)現(xiàn)了工裝派工模型與裝夾特征的關(guān)聯(lián)操作。在工裝派工模型裝夾特征下點(diǎn)擊幾何形面名稱，模型區(qū)域?qū)?yīng)的特征面高亮顯示，如單擊表單區(qū)域中的“夾緊面1”，模型區(qū)域中的視圖會(huì)快速切換夾緊面1的位置，并且以特定的顏色高亮顯示，從而實(shí)現(xiàn)特征的快速查看，此外還可對(duì)MBD模型進(jìn)行平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、等操作，方便操作者觀察模型細(xì)節(jié)。

圖5　機(jī)加工裝派工文件實(shí)例

6結(jié)束語(yǔ)

目前企業(yè)工裝派工方法需要同時(shí)發(fā)布工裝派工文件和整本工藝規(guī)程文件，這種方法存在工裝派工信息分散、信息展示不直觀等問(wèn)題，為了使工裝設(shè)計(jì)相關(guān)內(nèi)容的集成度更高，本文運(yùn)用MBD技術(shù)以及3D PDF技術(shù)，提出了MBD模式下機(jī)加工裝派工文件的生成方法，實(shí)現(xiàn)了三維工藝規(guī)程下工裝派工文件的發(fā)布，使得工裝派工文件直接可作為工裝設(shè)計(jì)的指導(dǎo)文件。與現(xiàn)有的工裝派工信息表達(dá)方法相比，本文提出的方法可更靈活、直觀的表達(dá)工裝派工相關(guān)信息，已在某企業(yè)得到推廣應(yīng)用，提高工裝派工的質(zhì)量和效率。

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(編輯李秀敏)