全三維工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究與開發(fā)

摘要：針對(duì)目前二維工藝設(shè)計(jì)中存在的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)重用度低、工藝設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)表達(dá)不直觀等問題，研究了全三維工藝設(shè)計(jì)技術(shù)及系統(tǒng)，以全三維設(shè)計(jì)模型為唯一數(shù)據(jù)源，基于NX和Teamcenter系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)下發(fā)、工藝路線編制、工序模型構(gòu)建、三維工藝文件發(fā)布及現(xiàn)場展示等功能，為全三維工藝設(shè)計(jì)提供了整體解決方案。

關(guān)鍵詞：全三維；工藝設(shè)計(jì)；解決方案

中圖分類號(hào)：TH162；TG659? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2023）11-0085-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2023.11.023

0? ? 引言

工藝設(shè)計(jì)是產(chǎn)品生命周期的核心環(huán)節(jié)，工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率將對(duì)產(chǎn)品的最終交付質(zhì)量及周期產(chǎn)生重要影響[1-2]。傳統(tǒng)的二維工藝設(shè)計(jì)模式下，工藝人員需要將產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)數(shù)模轉(zhuǎn)換為二維設(shè)計(jì)圖樣，基于此開展工藝路線設(shè)計(jì)、工序圖繪制、工藝發(fā)布等工作。該模式下并沒有直接重用產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，且三維向二維的轉(zhuǎn)換過程中易產(chǎn)生人為誤差，從而影響設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)向工藝端的準(zhǔn)確傳遞[3-4]。此外，二維工藝存在表達(dá)不直觀的問題，無法滿足數(shù)控加工編程、數(shù)控仿真等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)對(duì)工序模型的需求。

本文針對(duì)以上問題，開展全三維工藝設(shè)計(jì)技術(shù)研究。以全三維設(shè)計(jì)模型為唯一數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)了全三維設(shè)計(jì)模型的重復(fù)利用，基于NX和Teamcenter系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)下發(fā)、工藝路線編制、工序模型構(gòu)建、三維工藝文件發(fā)布及現(xiàn)場展示，可直觀表達(dá)復(fù)雜工藝特征，生成的三維工序模型可直接用于數(shù)控加工編程及仿真業(yè)務(wù)，為全三維工藝設(shè)計(jì)提供整體解決方案。

1? ? 全三維工藝總體框架及業(yè)務(wù)流程

1.1? ? 全三維工藝總體框架

全三維工藝以三維模型為基礎(chǔ)，利用MBD技術(shù)覆蓋產(chǎn)品設(shè)計(jì)、產(chǎn)品制造等產(chǎn)品全生命周期的過程，使各個(gè)階段的各種信息能夠被準(zhǔn)確地定義到以MBD模型為核心的技術(shù)數(shù)據(jù)包中，并始終保持上游的MBD模型能夠被下游直接重用，一直拓展到生產(chǎn)現(xiàn)場?；贛BD的建設(shè)方案，是通過綜合利用以NX為基礎(chǔ)的MBD定義工具、Teamcenter支撐的MBD企業(yè)產(chǎn)品全生命周期管理平臺(tái)，有機(jī)形成從設(shè)計(jì)、工藝到制造的全面MBD解決方案體系，包括：基于模型的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、基于模型的工藝設(shè)計(jì)、基于模型的CAM加工與仿真、基于模型的質(zhì)量檢測(cè)、基于模型的現(xiàn)場制造、基于MBD的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范等。通過各種專業(yè)的MBD能力靈活應(yīng)用與組合，有效提升產(chǎn)品的制造質(zhì)量和效率。全三維工藝總體框架如圖1所示。

1.2? ? 全三維工藝總體業(yè)務(wù)流程

全三維工藝以設(shè)計(jì)MBD模型為統(tǒng)一數(shù)據(jù)源，打通MBD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)接收、工藝BOP結(jié)構(gòu)樹搭建、工序MBD模型構(gòu)建、工藝電子化審批等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)（圖2），從而有效縮短整個(gè)產(chǎn)品研制周期，改善生產(chǎn)現(xiàn)場工作環(huán)境，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。

2? ? 全三維工藝關(guān)鍵技術(shù)

2.1? ? 基于Teamcenter的MBD設(shè)計(jì)模型下發(fā)與接收

二維工藝設(shè)計(jì)模式下，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)下發(fā)的流程為：

（1）各設(shè)計(jì)單位使用NX軟件生成產(chǎn)品的三維設(shè)計(jì)模型，并運(yùn)用NX二維制圖模塊將三維模型轉(zhuǎn)化為二維設(shè)計(jì)圖；

（2）三維設(shè)計(jì)模型和二維設(shè)計(jì)圖經(jīng)審批流程后，通過Teamcenter平臺(tái)將三維設(shè)計(jì)模型和二維設(shè)計(jì)圖發(fā)送給檔案部門，由檔案部門負(fù)責(zé)歸檔，并打印曬藍(lán)的二維紙質(zhì)設(shè)計(jì)圖；

（3）制造部門接收二維紙質(zhì)設(shè)計(jì)圖，并進(jìn)行工藝分工，開展工藝編制活動(dòng)。

這種設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)下發(fā)模式存在以下問題：

（1）數(shù)據(jù)源不統(tǒng)一，產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)用三維數(shù)模描述幾何形狀信息，而用二維工程圖紙來定義尺寸、公差、技術(shù)要求等信息，版本管理較為煩瑣，不利于在工藝階段對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的重用；

（2）以紙質(zhì)二維圖為載體進(jìn)行設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的傳遞，設(shè)計(jì)信息表達(dá)不直觀，傳遞效率低，需要耗費(fèi)較多的人力，同時(shí)造成大量的紙張浪費(fèi)。

通過在設(shè)計(jì)端采用MBD技術(shù)，將設(shè)計(jì)實(shí)體模型、尺寸公差、技術(shù)要求等所有信息統(tǒng)一在MBD設(shè)計(jì)模型中表達(dá)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)源的統(tǒng)一，工藝人員可直接重用設(shè)計(jì)MBD模型進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)；同時(shí)，基于Teamcenter平臺(tái)發(fā)放與接收設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，工藝員在Teamcenter系統(tǒng)下可直接查看并接收設(shè)計(jì)MBD模型（圖3），并將其用于工藝編制階段，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的快速傳遞。

2.2? ? 基于Teamcenter的工藝BOP搭建

與傳統(tǒng)的非工藝相比，工藝具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）工藝保留了不同層次、不同類型工藝數(shù)據(jù)的層級(jí)結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)關(guān)系，有利于對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效管理，同時(shí)可有效提高數(shù)據(jù)的重用效率；

（2）對(duì)工藝數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化，有利于計(jì)算機(jī)程序?qū)に嚁?shù)據(jù)的快速解析和調(diào)用。

通過對(duì)工藝編制業(yè)務(wù)進(jìn)行分析和梳理，基于Teamcenter平臺(tái)開發(fā)了工藝搭建軟件工具，該軟件工具可實(shí)現(xiàn)工藝編制環(huán)節(jié)對(duì)產(chǎn)品信息的自動(dòng)集成，并通過提供下拉式選擇、自動(dòng)過濾篩選等功能，實(shí)現(xiàn)工藝、工序信息的快速錄入，減少了工藝人員的操作內(nèi)容，并能實(shí)現(xiàn)工藝資源的快速調(diào)用，從而大大縮短了工藝BOP（圖4）的搭建周期。

2.3? ? 三維工序模型快速構(gòu)建

對(duì)于工序模型的設(shè)計(jì)有兩種方式：方式一，使用WAVE LINK方式創(chuàng)建，這種方式可以保持設(shè)計(jì)模型與工序模型的關(guān)聯(lián)、工序間模型的關(guān)聯(lián)；方式二，采用導(dǎo)入設(shè)計(jì)模型或工序模型的方式，在此基礎(chǔ)上創(chuàng)建工序模型，這種方式設(shè)計(jì)模型、工序模型都是獨(dú)立的模型，之間沒有建立聯(lián)系與關(guān)聯(lián)。對(duì)于工序模型的設(shè)計(jì)順序，通常分正向設(shè)計(jì)和逆向設(shè)計(jì)兩種：正向設(shè)計(jì)就是從毛坯到零件演變的過程，是零件上增加細(xì)節(jié)特征的過程，也是零件的加工過程（刀具去除材料的過程）；而逆向設(shè)計(jì)則是從零件到毛坯演變的過程，是刪除特征的方式，也就是增加材料的過程，最終形成相互關(guān)聯(lián)的工藝模型（圖5）。

通過NX提供PMI標(biāo)注工具完成工序模型的PMI三維標(biāo)注。在NX中使用“PMI關(guān)聯(lián)復(fù)制”功能，將需要的設(shè)計(jì)模型或工序模型中的PMI標(biāo)注直接復(fù)制到當(dāng)前工序模型中。NX中提供了形位公差、幾何公差、工藝特殊符號(hào)、基準(zhǔn)特征符號(hào)、基準(zhǔn)目標(biāo)符號(hào)、工步信息、技術(shù)要求等標(biāo)注工具，工藝人員可基于PMI三維標(biāo)注工具，快速完成工序模型的三維標(biāo)注。

2.4? ? 工藝電子化審批

零件工藝編制完成后，在制造工藝規(guī)劃器中選中整個(gè)工藝結(jié)構(gòu)，選擇相應(yīng)審簽流模板，并在指派任務(wù)選項(xiàng)卡中對(duì)流程節(jié)點(diǎn)指派任務(wù)執(zhí)行者，指派所有任務(wù)節(jié)點(diǎn)執(zhí)行人之后，啟動(dòng)電子審批流程，審批后簽審信息將直接映射到模型屬性中保存。

3? ? 結(jié)語

全三維工藝設(shè)計(jì)技術(shù)作為企業(yè)數(shù)字化、智能化轉(zhuǎn)型的基礎(chǔ)技術(shù)，近年來得到了廣泛關(guān)注。在全三維工藝設(shè)計(jì)模式下，以全三維設(shè)計(jì)模型為唯一數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)全三維設(shè)計(jì)模型的重復(fù)利用，且三維工藝文件可直觀表達(dá)復(fù)雜工藝持征，生成的三維工序模型可直接用于數(shù)控加工編程及仿真等業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)過程的數(shù)字化有較大促進(jìn)作用。此外，全三維模型是各類知識(shí)、規(guī)則的良好載體，基于此可開發(fā)智能化業(yè)務(wù)系統(tǒng)，從而減輕業(yè)務(wù)負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)知識(shí)資產(chǎn)的重用。

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收稿日期：2023-02-21

作者簡介：曹杰（1983—），男，江蘇宿遷人，高級(jí)工程師，研究方向：航空機(jī)電產(chǎn)品加工工藝技術(shù)。