三維輕量化模型在制造工藝上的應用[權威資料]

1、三維輕量化模型在制造工藝上的應用 權威資料 三維輕量化模型在制造工藝上的應用摘 要 : 由于工藝數據比設計數據更加龐大，同時在產品設計過程使用眾多的三維設計軟件，工藝如何和三維 CAD進行集成，工藝如何基于三維 CAD進行加工工藝設計和裝配工藝設計，如何利用三維模型的信息完整、可視的獨特優(yōu)勢提高工藝編制的質量和效率，并實現產品模型信息的統(tǒng)一，對于數字化制造具有重要意義。文中重點描述使用三維輕量化技術實現工藝設計的原則和應用場景。關鍵詞 : 三維輕量化模型、數字化制造定義隨著三維 CAD在國內制造業(yè)的廣泛推廣應用，三維設計過程已經成為企業(yè)進行產品設計的主流工具。企業(yè)在產品設計中積累了大量的三維模

2、型數據，如何充分利用這些三維模型數據成為企業(yè)關注的焦點。設計手段的變革，工藝設計跟著需要變革。工藝如何和三維 C AD進行集成，工藝如何基于三維 CAD進行加工工藝設計和裝配工藝設計等，目前在很多企業(yè)都有迫切的需求。企業(yè)設計逐步采用三維設計模式后，工藝設計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、可視的獨特優(yōu)勢提高工藝編制的質量和效率，并實現產品模型信息的統(tǒng)一。然而，三維模型數據量雖大，但目前的數據模型主要表達設計幾何信息，對于制造工藝以及數據模型卻涉及很少，同時，不同的CA D 系統(tǒng)產生的數據在異構平臺下不兼容、工藝信息量龐大和網絡帶寬的限制，使得三維模型數據的交換、共享

3、以及在制造工藝上的應用具有很大的困難。本文就內蒙古第一機械集團有限公司 ( 簡稱內蒙一機 ) 采用 M P M S 制造規(guī)劃管理系統(tǒng)實現基于三維輕量化模型的工藝無紙化應用的實際情況，探討三維模型下工藝管理的關鍵技術。一、三維模型輕量化是工藝三維化的關鍵技術支撐為了實現產品全生命周期內三維模型數據的交換和共享，人們對三維模型的輕量化進行了大量的研究和探索，內蒙一機在 Extech MPMS系統(tǒng)上開發(fā)應用了符合企業(yè)需求的輕量化格式，取得了很好的制造工藝應用效果。由于工藝制造信息是設計信的息數十倍，在三維工藝設計中，數據的輕量化是實現三維工藝的關鍵技術，三維工程輕量化模型需實現標注、測量、裝配和制造

4、工序模型技術。在成熟輕量化軟件的基礎上，開發(fā)適合工藝應用的輕量化工具，達到工藝設計模式從二維向三維的轉變。將原有的 CAPP與 2D CAD集成轉變?yōu)?CAPP與 3D CAD的集成，為設計人員提供一個接近真實的可視化工藝設計環(huán)境。在這個環(huán)境下進行包括建立和提取三維模型中的加工特征信息，加工過程仿真和校驗、裝配過程仿真優(yōu)化、加工資源規(guī)劃等高層次的工藝設計工作。這將大大提高工藝設計的質量和效率，并強化工藝在產品研發(fā)過程中的地位。1. 基于輕量化模型的數字化定義技術數字化產品定義 (DPD)是實現數字化制造的基礎，它以數字的方式對產品進行準確描述。采用輕量化模型技術后，數字化產品定義信息必須按輕量

5、化模型要求進行分類組織管理，完整準確地表達產品零部件本身的幾何屬性、工藝屬性、質量檢測屬性以及管理屬性等信息，滿足制造過程各階段對數據的需求，保證產品設計制造過程中的協(xié)調性。2. 基于輕量化模型的數字化工藝設計與仿真技術輕量化模型是產品三維數模的過程制造模型，使產品的工藝設計活動發(fā)生了根本變化。工藝設計與仿真將在三維數字化環(huán)境下，依據基于輕量化模型技術的數字化工藝協(xié)調制造體系要求，以產品的EBOM和三維數字樣機為基礎，以工藝數字化并行定義為核心，制定工藝總方案，建立三維工藝數字樣機，進行數字化三維工藝設計、數字化工藝容差分配、仿真優(yōu)化和數字化三維工藝仿真驗證。在工藝設計與仿真的不同階段，仿真的

6、內容也不同。在工藝審查階段，對零件、組件及部件組成的制造單元進行可制造性、可裝配性分析，檢查結構設計的合理性 ; 在工藝規(guī)劃階段，通過裝配工藝仿真，確定零部件之間的裝配順序和運動路徑 ; 在工裝設計階段，進行制造資源仿真，設計出合格的工裝資源; 在工藝編制階段，通過建立起產品、工藝和資源的數字化工藝數據模型(P P R) ，并對關鍵部件進行基于 M B D 的工藝容差分配計算和優(yōu)化，實現基于模型的工藝分離面劃分、裝配工位設計、裝配流程設計和三維工藝指令設計等。3. 建設輕量化模型的工藝裝備數據工藝裝備設計在三維數字化環(huán)境下，以產品數字樣機、工藝數字樣機為基礎，進行工藝技術裝備的設計和仿真，逐步

7、形成面向現代航空制造的基于三維的飛機制造技術裝備工程體系，實現技術裝備數字化、自動化和柔性化。在工裝設計過程中，產品設計數模、工藝數模的版本變化將直接引起工裝數模的版本變化。因此，必須應用三維關聯(lián)技術和三維在線技術，預先開展基于輕量化模型工藝裝備設計與產品、工藝設計及仿真的數字化協(xié)同技術，工藝裝備設計與產品設計、工藝設計的關聯(lián)更改技術，工藝裝備三維數字化設計制造一體化集成技術和基于三維數字化工藝裝備設計制造等技術的研究工作。4. 基于輕量化模型的裝配過程可視化技術在數字化制造模式下，裝配現場已擺脫傳統(tǒng)基于二維圖樣的模擬量傳遞體系，三維數模及三維工藝指令已經完全替代了二維工程圖樣和紙質工藝指令，

8、成為在生產現場指導工人工作的技術依據。為了確保裝配現場能夠及時獲取現行有效的三維數模、輕量化模型和三維裝配工藝指令，滿足產品裝配過程管理與執(zhí)行控制的要求，需要解決三維數模輕量化的問題，并將基于數字化制造的設計模型、工藝模型、檢驗模型、三維工裝資源數據、輕量化模型和三維裝配工藝指令統(tǒng)一納入企業(yè)級PLM 中進行管理 (圖1)，并建立與裝配現場作業(yè)計劃的關聯(lián)關系，實現三維可視化裝配技術在裝配制造執(zhí)行系統(tǒng) (MES)的集成應用，實現真正的無紙化。二、輕量化三維模型的應用1. 現場工藝實現三維模型化以減少生產人員的識圖時間三維數字模型的直觀性可以幫助工藝人員直接了解零件內部結構，減少看圖出錯的幾率，提高

9、工作效率，工藝人員可以把更多的時間和精力投入到其他工作中。因為對于比較復雜的鑄件圖樣，工藝人員要想在很短的時間內看明白，不是一件容易的事。對三維數字模型還可以進行三維立體尺寸標注，隨時測量各個需要加工的工序尺寸，檢查零件實際加工的尺寸是否正確。對于復雜且比較大、重的零件，要想知道它的體積和重量不是一件容易的事，需要大量的計算。基于三維數字模型，得到體積和重量則是一件非常簡單的事。2. 更好地了解組件的內部結構為了更好地了解組件內部結構，需要用軸測圖來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構。如果用過去的二維形式來畫軸測圖，幾十個零件組成的部件可能要用十幾天的時間才能夠完成。用

10、三維數字模型裝配的部件，可以很容易生成軸測圖。并能夠及時發(fā)現問題，如: 在設計過程中通過裝配能夠及時發(fā)現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，但在三維數字模型裝配中卻是件很容易的事。同時能夠生成任何方向的裝配和軸測圖，并能夠做成各種方向的裝配圖片。這樣就會大大提高了裝配工人的感官認識和實際操作能力，提高了裝配的速度和準確性。3. 動態(tài)數字化工藝視頻指導現場正確操作三維數字模型在計算機中進行裝配，就可以很好地了解整個部件的裝配順序，減少工藝規(guī)程編寫中的錯誤，提高工藝規(guī)程編寫的質量。對于稍有文化和專業(yè)技術培訓基礎，且有一定識圖能力的年輕員工，如果用播放數字媒體的形

11、式來反映復雜部件裝配的過程，再配合正確的工藝規(guī)程文件，就會很好地完成復雜部件的裝配。制作好的數字媒體，不僅可用以對現場的員工進行培訓，還可用以通過互聯(lián)網對千里之外的協(xié)作用戶進行培訓，這將是未來培訓的必然趨勢，也是現場工藝人員用于了解裝配部件內部結構最有效的方法。另外，用三維數字模型制作的視頻文件存為avi 形式，就可用 Windows中的Windows Media Player或其他視頻軟件來播放，從而反映整個部件的裝配過程。三、應用效果與部署情況圖 2 所示是內蒙一機制造規(guī)劃管理系統(tǒng)的完整應用模型。系統(tǒng)將企業(yè)的工藝設計與管理組合成一個有機結構化的數據體系，這些數據完全可以為信息系統(tǒng)和后續(xù)的應用系統(tǒng)服務，運用三維數字化定義、三維數字化工藝設計與仿真、三維數字化工藝裝備的設計與制造、基于輕量化模型的裝配過程可視化技術、三維數字化檢驗檢測技術以及基于結構化的工藝數據，結合產品數據管理系統(tǒng)集成技術的應用，能夠有效地縮短產品研制周期，改善生產現場工作環(huán)境，提高產品質量和生產效率，真正實現無二維圖紙、無紙質工作指令的三維數字化集成制造。參考文獻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別技術 .