基于MBD的智能化工藝設(shè)計技術(shù)研究

許增輝 寇潔 楊巍

摘? ?要：在智能化工藝設(shè)計方面，需要加強(qiáng)MBD技術(shù)的應(yīng)用探索，提出科學(xué)的技術(shù)應(yīng)用管理方法。基于此，本文對基于MBD的智能化工藝設(shè)計技術(shù)內(nèi)涵及其應(yīng)用問題展開了分析，然后從數(shù)據(jù)集定義、信息管理、標(biāo)準(zhǔn)制定三個方面探討了智能化工藝技術(shù)應(yīng)用管理方法，為關(guān)注這一話題的人們提供參考。

關(guān)鍵詞：MBD? 智能化工藝設(shè)計技術(shù)? 模型信息管理

中圖分類號：TB472? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）01（b）-0002-02

在產(chǎn)品工藝設(shè)計與制造方面，MBD技術(shù)的應(yīng)用能夠為智能化工藝設(shè)計提供信息技術(shù)支持，可以在三維環(huán)境下進(jìn)行產(chǎn)品建模和工藝規(guī)劃。實際在技術(shù)應(yīng)用過程中，需要使技術(shù)與產(chǎn)品加工、裝配等各環(huán)節(jié)融合在一起，保證技術(shù)得到規(guī)范應(yīng)用，才能達(dá)到理想效果。因此，還應(yīng)加強(qiáng)基于MBD的智能化工藝設(shè)計技術(shù)研究，以便為技術(shù)管理提供科學(xué)指導(dǎo)。

1? 基于MBD的智能化工藝設(shè)計技術(shù)分析

1.1 技術(shù)內(nèi)涵分析

MBD為基于模型的定義技術(shù)，屬于新一代產(chǎn)品定義方法，能夠在三維模型中實現(xiàn)產(chǎn)品定義信息集成，為產(chǎn)品生產(chǎn)制造提供信息源，滿足產(chǎn)品快速設(shè)計需求。采用基于MBD的智能化工藝設(shè)計技術(shù)，可以借助三維建模的直觀性優(yōu)勢，在三維模型上對產(chǎn)品尺寸、公差、工裝設(shè)備、工藝審查等信息進(jìn)行定義，為生產(chǎn)制造提供指導(dǎo)，使數(shù)據(jù)源得到統(tǒng)一。通過對生產(chǎn)制造需要的信息進(jìn)行充分定義，能夠加強(qiáng)設(shè)計與制造環(huán)節(jié)的信息交換。在智能化工藝設(shè)計中，應(yīng)用MBD能夠?qū)崿F(xiàn)從設(shè)計到裝配的100%三維數(shù)字化定義，降低設(shè)計返工率和成本，使產(chǎn)品工藝設(shè)計質(zhì)量和效率得到提升。

1.2 技術(shù)應(yīng)用問題

應(yīng)用基于MBD的智能化工藝設(shè)計技術(shù)，需要對產(chǎn)品設(shè)計制造依據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一，使數(shù)據(jù)間不協(xié)調(diào)問題得到消除。但就目前來看，應(yīng)用MBD實現(xiàn)智能化工藝設(shè)計，現(xiàn)階段依然存在工藝模型定義標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題。在模型定義上，除了美國ASMEY14.41標(biāo)準(zhǔn)，各國都結(jié)合各自情況進(jìn)行了不同標(biāo)準(zhǔn)制定。而數(shù)據(jù)集標(biāo)準(zhǔn)定義存在較大粒度，使得各企業(yè)結(jié)合不同需求進(jìn)行了重新定義和細(xì)化，也造成了技術(shù)應(yīng)用面臨著兼容性和共享差的問題。其次，在工藝設(shè)計實踐中，人員多依賴知識經(jīng)驗，對MBD等工具的應(yīng)用不足，容易造成顯性和隱性知識流失，導(dǎo)致知識利用程度無法達(dá)到理想水平。此外，在MBD工藝設(shè)計技術(shù)發(fā)展尚未完善的背景下，智能化工藝設(shè)計技術(shù)應(yīng)用流程未能得到明確，也給工藝設(shè)計的智能化發(fā)展帶來了阻礙。

2? 基于MBD的智能化工藝設(shè)計技術(shù)的應(yīng)用管理

結(jié)合基于MBD的智能化工藝設(shè)計技術(shù)特點(diǎn)可知，MBD模型信息復(fù)雜，需要通過有效管理才能避免信息混亂，保證工藝設(shè)計結(jié)果的可靠性。

2.1 完善數(shù)據(jù)集定義

對產(chǎn)品幾何與加工制造信息進(jìn)行集成得到的三維模型，實際就是MBD數(shù)據(jù)集，負(fù)責(zé)為產(chǎn)品加工制造提供統(tǒng)一定義。在數(shù)據(jù)集中，包含屬性、注釋、設(shè)計模型三部分，屬性為工藝規(guī)劃設(shè)計使用的輔助信息，注釋為工藝設(shè)計需要的產(chǎn)品尺寸等標(biāo)準(zhǔn)信息，設(shè)計模型為零件幾何信息，用于對產(chǎn)品形狀進(jìn)行描述。采用籠統(tǒng)ASMEY14.41標(biāo)準(zhǔn)無法滿足企業(yè)生產(chǎn)定義要求，為保證工藝信息得到規(guī)范，在數(shù)據(jù)定義時需要保證對智能化工藝設(shè)計需要的所有加工制造信息和模型幾何信息進(jìn)行涵蓋，同時保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，得到規(guī)范分類和統(tǒng)一定義標(biāo)準(zhǔn)，擁有層次化的結(jié)構(gòu)，使數(shù)據(jù)得到清晰顯示。按照這一思路，可以將ASMEY14.41標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)成是基礎(chǔ)，首先將設(shè)計模型定義為模型幾何和輔助幾何兩部分，前者為三維實體，后者為設(shè)計要求表達(dá)信息。針對注釋信息，劃分為材料注釋和標(biāo)注信息兩部分，材料注釋包含牌號、規(guī)范、毛坯尺寸等，標(biāo)注信息包含坐標(biāo)系及基準(zhǔn)、尺寸公差、技術(shù)要求等，可以從三維圖或目錄樹結(jié)構(gòu)定義的數(shù)字化環(huán)境中獲取。在技術(shù)要求下，需要進(jìn)一步劃分得到設(shè)計依據(jù)、制造依據(jù)和其他。屬性信息包含加工制造信息和加工特征信息，前者包含加工方法、流程、設(shè)備、工藝參數(shù)等信息，流程信息由工步信息和工序信息組成，工藝參數(shù)包含切削速度、深度等。在特征信息下，包含特征類型、熱處理信息、型面粗糙度等，熱處理細(xì)分為材料類型、硬度、處理方法，能夠為工藝決策的制定提供依據(jù)。

2.2 信息規(guī)范化管理

在技術(shù)應(yīng)用過程中，涉及刀具、機(jī)床等描述性知識和工藝路線等過程性知識，在完成工藝信息分類定義和建模后，需要保證信息在MBD環(huán)境中清晰、完整表達(dá)，為工藝規(guī)劃設(shè)計奠定基礎(chǔ)。采用工藝結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行信息管理，可以將工藝劃分為下料、鍛造、機(jī)加、熱處理和裝配多個層級，機(jī)加包含車加、銑加和磨削工藝。工藝推理時，完成固定工序路線制定，然后結(jié)合各道工序內(nèi)容進(jìn)行信息展示和推理，可以得到對應(yīng)工步信息。將產(chǎn)品信息當(dāng)成是起點(diǎn)，完成零件信息、工序信息和工步信息一次分級和定義，能夠?qū)崿F(xiàn)信息層次化表達(dá)。例如，針對產(chǎn)品信息可以劃分為零件號和標(biāo)注集。零件號下結(jié)構(gòu)信息包含零件幾何體、基本信息和工藝信息，工藝信息下屬層級信息包含工序號、內(nèi)容、工藝方法、工步信息等，工步信息下一層級信息包含所屬工序、加工方式等。建立層次化結(jié)構(gòu)，可以實現(xiàn)MBD信息規(guī)范化管理，借助工藝模型對制造指令上工藝信息進(jìn)行重構(gòu)，保證信息得到清晰呈現(xiàn)，繼而為人員查詢和使用提供便利。針對工藝模型，可以使三維標(biāo)準(zhǔn)信息附著在幾何模型上，直接在圖中就能完成熱處理、技術(shù)要求等屬性信息查看，可以避免大量信息在三維環(huán)境下混雜。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)化流程制定

在統(tǒng)一數(shù)據(jù)定義和加強(qiáng)信息規(guī)范管理的基礎(chǔ)上，需要建立標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)應(yīng)用流程，保證人員按照標(biāo)準(zhǔn)要求使用MBD技術(shù)實現(xiàn)智能化工藝設(shè)計管理。首先，需要建立MBD設(shè)計模型，應(yīng)用特征識別和信息提取技術(shù)獲取加工制造特征，生成基本信息XML文件。通過特征識別，能夠完成信息獲取，并進(jìn)行匹配計算，完成刀具智能化選擇、模型更改等操作。按照標(biāo)準(zhǔn)，實現(xiàn)智能選刀，需要完成刀具庫文件生成，然后智能化判斷與分析，在保證刀具得到合理選用的同時，減少采購成本。在工藝推理時，需要引入專家系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，完成知識庫和工藝規(guī)則庫的建立，然后利用推理引擎進(jìn)行推理。以插件形式，可以實現(xiàn)規(guī)則構(gòu)建工具和引擎的集成，使提取包含推理信息的文件與推理規(guī)則發(fā)生作用。通過特征對比，能夠得到符合特征的卡具、工藝方案等信息。針對包含推理信息的XML文件，可以進(jìn)行重構(gòu)，在MBD環(huán)境中進(jìn)行工藝信息顯示，得到工藝MBD模型。在生產(chǎn)加工制造方面，可以模型為依據(jù)實現(xiàn)工藝規(guī)劃設(shè)計。結(jié)合技術(shù)應(yīng)用流程可知，通過輸入三維MBD模型，能夠?qū)崿F(xiàn)工藝信息的自動匹配，體現(xiàn)工藝設(shè)計的智能化特點(diǎn)。

3? 結(jié)語

通過對MBD數(shù)據(jù)集要求和智能化工藝信息特點(diǎn)展開分析可知，需要加強(qiáng)工藝設(shè)計技術(shù)的管理，才能完成工藝MBD模型的構(gòu)建。在實踐工作中，還應(yīng)對數(shù)據(jù)集定義進(jìn)行完善，并推動信息管理工作的規(guī)范化發(fā)展，完成標(biāo)準(zhǔn)化流程的制定，以便工藝人員技術(shù)應(yīng)用得到規(guī)范，促使智能化工藝設(shè)計技術(shù)應(yīng)用水平的提升。

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