超塑成型工藝的三維表達(dá)方法研究

劉迎春 蘇長青 武大偉

摘要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展進(jìn)步，信息化手段已經(jīng)融入企業(yè)管理和生產(chǎn)實(shí)踐中的各個(gè)環(huán)節(jié)，超塑成型工藝的三維表達(dá)方法研究成為企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)研究的焦點(diǎn)問題。本文從超塑成型工藝三維表達(dá)的重要性出發(fā)，分析了二維表達(dá)的弊端和三維表達(dá)的優(yōu)勢，研究了超塑成型工藝三維可視化表達(dá)方法，并對三維可視化工藝生成框架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了討論。

關(guān)鍵詞：超塑成型；工藝；三維表達(dá)

計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃是以信息技術(shù)為支撐的一種生產(chǎn)工藝表達(dá)方法，這種方法的核心之處在于實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品成型設(shè)計(jì)信息和加工制造工藝信息之間的相互轉(zhuǎn)化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的日益發(fā)展進(jìn)步，信息化手段已經(jīng)融入企業(yè)管理和生產(chǎn)實(shí)踐中的各個(gè)環(huán)節(jié)，計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃正是在這種背景下成為生產(chǎn)環(huán)節(jié)和設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的溝通橋梁。除技術(shù)層面的問題之外，計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃還能夠?yàn)槠髽I(yè)的管理過程提供信息借鑒，因此計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃是企業(yè)管理和生產(chǎn)過程的一個(gè)中間環(huán)節(jié)。超塑成型的生產(chǎn)過程復(fù)雜，工藝流程繁瑣，產(chǎn)品質(zhì)量難以控制，過程管理挑戰(zhàn)性大，正需要進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)劃來梳理工藝流程，其在整個(gè)工藝過程中的重要意義不言而喻。

1超塑成型工藝三維表達(dá)的重要性

如今，絕大多數(shù)企業(yè)的工藝過程已經(jīng)能夠做到有章可循、有據(jù)可依，都能夠制定相應(yīng)的工藝規(guī)程來指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。然而在超塑成型生產(chǎn)企業(yè)中工藝規(guī)程普遍以二維紙質(zhì)版的形式存在，下發(fā)到生產(chǎn)車間的二維紙質(zhì)版工藝流程不可避免的有其傳播媒介的局限性，如下：

（1）紙質(zhì)版二維工藝規(guī)程的傳遞效率相對于電子版文檔較低，已經(jīng)無法適應(yīng)快節(jié)奏、大生產(chǎn)量的超塑成型企業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀。

（2）在生產(chǎn)車間進(jìn)行閱讀的紙質(zhì)版工藝規(guī)程無法得到及時(shí)的更新，當(dāng)工藝流程更新較多時(shí)靠生產(chǎn)工人的記憶很容易出現(xiàn)錯(cuò)忘漏而導(dǎo)致人為責(zé)任問題。

（3）紙質(zhì)版工藝規(guī)程在經(jīng)年累月的使用過程中很容易被損壞，被油污、灰塵污染之后紙質(zhì)材料的字跡也會(huì)變得模糊不清，使生產(chǎn)工人難以識別或者錯(cuò)誤識別而導(dǎo)致嚴(yán)重的后果。

（4）二維工序圖相對來說比較繁瑣，需要一定的專業(yè)技術(shù)知識和一定時(shí)間的工作經(jīng)驗(yàn)支撐才能夠完全掌握，而且這種生產(chǎn)工藝的表達(dá)方式也不夠清晰，常常使得工人難以理解而產(chǎn)生歧義。

鑒于超塑成型二維工藝規(guī)程存在的上述問題，三維模型表達(dá)工藝流程已經(jīng)成為大勢所趨，CAD軟件的廣泛應(yīng)用和計(jì)算機(jī)硬件性能的全面提升也為超塑成型三維工藝流程的研究和發(fā)展提供了軟硬件技術(shù)支撐，其優(yōu)勢如下：

（1）三維工藝流程具有簡便快捷的搜索方式，在進(jìn)行某項(xiàng)工藝操作時(shí)，只需要搜索對應(yīng)的關(guān)鍵詞即可轉(zhuǎn)到所屬的工藝頁面。

（2）超塑成型的工藝流程非常復(fù)雜，三維工藝流程可以將復(fù)雜的工藝流程變?yōu)榍逦庇^的可視化流程，使生產(chǎn)過程更加易于理解和安全可靠。

（3）三位工藝流程為使用環(huán)節(jié)的隨時(shí)技術(shù)更改提供了簡便的途徑，利用計(jì)算機(jī)的CAD軟件能夠便捷的對工藝進(jìn)行更改。

2超塑成型工藝三維可視化表達(dá)方法

2.1工藝MBD模型

MBD模型是一種可以用于表達(dá)超塑成型工藝的三維模型，此模型需要在計(jì)算機(jī)三維材料加工設(shè)計(jì)環(huán)境中運(yùn)行，零部件的加工要求以及材料的成型要求可以利用此模型來表達(dá)。工藝MBD模型由三個(gè)部分組成，分別是超塑成型工藝的設(shè)計(jì)模型、超塑成型的成型工序模型以及超塑成型工藝屬性模型，如式1所示。

M=DM+OPM+Attr（1）

式中DM為超塑成型生產(chǎn)企業(yè)的設(shè)計(jì)部門下發(fā)的工藝設(shè)計(jì)模型，作為指導(dǎo)性的模型一以貫之的作為工藝流程設(shè)計(jì)的總體依據(jù)。OPM指的是一個(gè)工藝過程中的多道工序模型，這個(gè)工藝設(shè)計(jì)模型代表超塑成型工藝過程中操作工序的中間模型，是通過生產(chǎn)工藝和操作工序進(jìn)行設(shè)計(jì)后得到的。Attr則代表工藝屬性模型，工藝屬性模型中所包含的工藝屬性信息與三維模型是相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系，不會(huì)直接對其進(jìn)行標(biāo)注。

2.2三維可視化工藝

超塑成型三維可視化工藝是正是利用上文所述的工藝模型進(jìn)行表達(dá)的超塑成型工藝和具體工序，材料加工信息、零件成型信息、工藝設(shè)計(jì)信息可以通過計(jì)算機(jī)語言轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量而下發(fā)到生產(chǎn)一線，通過三維可視化軟件對工藝進(jìn)行建?？梢灾笇?dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐。

從上文的討論可以看出，MBD模型的建立是超塑成型工藝的三維表達(dá)的核心環(huán)節(jié)，在建立模型的過程中運(yùn)用結(jié)構(gòu)化的設(shè)計(jì)思路是非常有必要的，超塑成型的成型工藝以及操作工序經(jīng)過結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)可以將材料、資源以及工藝的三維信息進(jìn)行整合，建立出一個(gè)完整的工藝MBD模型。MBD模型建立之后則可以利用三維可視化軟件將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)槿S可視化的立體模型信息，三維表達(dá)后的工藝信息能夠準(zhǔn)確快速的將超塑成型工藝信息傳遞給一線車間，生產(chǎn)人員可以快速的進(jìn)行瀏覽并能夠清晰的理解超塑成型工藝流程。

3三維可視化工藝生成框架

三維可視化工藝生成框架中包含三個(gè)組成部分，其一是工藝MBD模型的建立過程，其二是工藝數(shù)據(jù)的處理過程，其三是工藝元素的映射過程。在構(gòu)建工藝MBD模型時(shí)，以成熟三維CAD系統(tǒng)作為三維機(jī)加工藝設(shè)計(jì)環(huán)境，以工藝信息模型為規(guī)則，建立三維模型同文本信息、工藝符號之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。在工藝數(shù)據(jù)輸出時(shí)，通過數(shù)據(jù)提取工具從三維模型中抽取工藝過程描述信息，數(shù)據(jù)處理工具將抽取出的工藝描述信息進(jìn)行分割與標(biāo)記處理，并打包成工藝數(shù)據(jù)包，此時(shí)，工藝數(shù)據(jù)的內(nèi)容包括兩部分并存儲在不同的文件中，一部分是以屬性定義在模型中的數(shù)據(jù)，另一部分是三維數(shù)據(jù)。工藝文件生成時(shí)通過調(diào)用電子文檔模板建立工藝文件框架，解析工藝文件數(shù)據(jù)包，將工藝數(shù)據(jù)和三維模型填充到工藝模板，由于兩部分?jǐn)?shù)據(jù)以獨(dú)立的文件裝載，要完成交互操作，則需要對這兩部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)和映射。

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作者簡介：劉迎春（19798.11--）；性別：女，籍貫：山東淄博人，學(xué)歷：碩士研究生，畢業(yè)于東北大學(xué)；現(xiàn)有職稱：工程師；研究方向：機(jī)械設(shè)計(jì)及自動(dòng)化；

*基金項(xiàng)目：本論文受科技部重大專項(xiàng)項(xiàng)目資金資助，項(xiàng)目編號2013ZX04001041-09