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MBD技術在制造企業中的應用

2020-02-11 11:58:00  來源:e-works

摘要:MBD(Model Based Definition)即基于模型的工程定義,是一個用集成的三維實體模型來完整表達產品定義信息的方法,它詳細規定了三維實體模型中產品尺寸、公差的標注規則和工藝信息的表達方法。
關鍵詞: MBD
       MBD(Model Based Definition)即基于模型的工程定義,是一個用集成的三維實體模型來完整表達產品定義信息的方法,它詳細規定了三維實體模型中產品尺寸、公差的標注規則和工藝信息的表達方法。
 
       MBD技術改變了傳統由二維工程圖樣來定義尺寸、公差和工藝信息,而用三維實體模型來描述幾何形狀信息的分步產品數字化定義方法。同時,MBD技術使三維實體模型成為生產制造過程中的唯一依據,改變了傳統以工程圖樣為主,以三維實體模型為輔的制造方法。
 
       MBD模型通過圖形和文字表達的方式,直接地或通過引用間接地揭示了一個物料項的物理和功能需求,其模型結構如圖1所示。

MBD模型內容結構 

圖1 MBD模型內容結構
 
       MBD模型分為裝配與零件模型。MBD零件模型由以簡單幾何元素構成的、用圖形方式表達的設計模型和以文字表達的注釋和屬性數據組成。MBD裝配模型則由一系列MBD零件模型組成的裝配零件列表加上以文字表達的注釋和屬性數據組成。
 
       零件設計模型以三維方式描述了產品幾何形狀信息,屬性數據表達了產品的原材料規范、分析數據和測試需求等產品內置信息;而注釋數據包含了產品尺寸與公差范圍、制造工藝和精度要求等生產必需的工藝約束信息。
 
一、企業的現狀與問題
 
       過去在設計和制造時大多采用手工二維圖的方式。按照畫法幾何原理用二維圖表達三維實體的定義方法,這樣會使數據的定義存在歧義,到達制造環節還要求工藝人員具有良好的空間想象能力。這都造成圖樣的利用率大大降低。
 
       隨著計算機技術的發展和廣泛應用,計算機輔助繪圖逐漸被設計和工藝人員使用。但是簡單二維圖的計算機化仍不能解決數據源不統一、定義不規范的問題。
 
       MBD技術的出現將產品的所有相關設計定義、工藝描述、屬性和管理等信息都附著在產品三維模型中。隨著MBD技術的深入應用,在企業產品設計中,已經完全做到了模型級的設計,即設計數據不再通過紙質文件進行分發,取而代之的方式是在PDMTeamcenter)系統中的統一管理。
 
       但是產品從設計階段到制造階段時,在模型的使用上仍存在很多的問題。
 
       生產工藝的編制雖然可以在PDM系統中進行,但在完成工藝規程編制、工藝審核、工藝批準和工藝規程發放后,仍需要進行圖樣的打印以用于指導現場生產。這種方式可以保證現場生產的順利進行,但實際上完成的是從三維模型到二維工藝的轉換,從企業應用的長遠出發,這種方式存在著以下幾點不足。
 
       1.與MBD技術應用環節脫鉤。MBD技術將設計、制造各個環節所需要的信息都放在模型上。依據三維模型進行二維工藝設計、用二維圖樣完成現場生產指導的現象,是一種技術倒退的現象,違背MBD技術的先進設計和制造理念,未達到三維工藝“無紙化生產”的要求。
 
       2.查詢不方便。生產現場提供的紙質文檔具有笨重、攜帶不便等缺點,在獲取生產過程所需要資料時,從厚重的紙質文檔中找到相關文檔的過程顯得尤為困難,同時紙質文件在生產現場,增加了保管量和保管難度。
 
       3.交互性差。對于新產品或新員工,復雜圖樣不易看懂,產品的加工過程掌握比較慢,易出現加工操作失誤導致的產品缺陷,嚴重影響產品質量和生產進度。
 
       4.一致性難以保證。設計的工藝規程在生產現場,根據實際的生產情況,部分內容需要進行微調,若采用紙質文檔,可能存在修改后的紙質文檔未能及時反饋至PDM系統的情況,造成數據的不一致;即使進行了圖樣修改,其可追溯性也很差。
 
二、制造企業應用MBD技術思路
 
       1.MBD技術應用的前提
 
       要基于MBD技術的設計數據進行工藝設計和制造,首先應該按照結構化方式組織和管理工藝數據及關聯產品,還要有效支持系統集成3D可視化表述,直觀簡潔,如圖2所示。

MBD技術應用的前提 

圖2 MBD技術應用的前提
 
       2.MBD技術的應用
 
       在制造企業應用MBD技術,主要是基于三維模型進行工藝的編制。工藝編制工作將在三維數字化環境下,直接依據三維實體模型展開,完成工藝方案制定及詳細工藝設計,并將產生的三維數字化工藝,作為生產現場的操作依據。
 
       三維數字化工藝的顯著特點是在三維數字化環境下,工藝人員利用各類三維數字化實體模型建立起數字化工藝模型,通過模擬仿真,確定出合理的、可行的制造工藝。同時生成工藝圖解和操作動畫等多媒體工藝數據,編制成三維數字化制造工藝。
 
       同時,基于三維模型進行數控編程:針對具體工程特征,包含有裝配信息、工藝信息和制造信息,在產品加工模式下,可以將這些信息直接抽取出來,實現該工程特征的數控編程。
 
       三維數字化產品、工裝和工藝數據可以完全替代二維工程圖樣和紙質工藝規程,成為對工人進行技術培訓的多媒體資料,以及在生產現場指導工人工作的技術依據。因此,需要建立面向三維產品數據的生產現場可視化應用系統,以工藝為中心,將三維產品工程數據、三維工裝資源數據、操作過程工藝圖解和操作動畫組織起來,通過網絡將三維數據傳遞到生產現場的數字化應用終端,實現無紙化生產現場的目標。
 
       在三維工藝到達現場后,可創建一個制造現場數據中心,對工藝規程的歸檔審批完成時,自動(或手動)將該工藝信息及附帶的設計模型、工裝設備和工藝資源等傳送至該中心,并進行結構化存儲。制造現場開發制造工藝瀏覽工具,可全面查看工藝規程、設計數據和生產資源等信息?;趹觅Y源層數據對工藝結構樹進行展示,對選定工序的工藝規程信息進行查看。利用與JT瀏覽器的集成,查看該JT模型,并可對該模型進行旋轉、縮放和PMI瀏覽等操作。
 
       若制造企業收到的設計數據已為三維模型,只需在加工制造時采用MBD技術進行工藝規程的編制。首先,通過在NX軟件中開發客戶化的菜單,將設計的三維模型復制后與工藝規程相關聯。然后,創建結構化工藝,通過復制的功能,可以創建每道工序的工序間模型(圖3)。

創建每道工序的工序間模型 

圖3 創建每道工序的工序間模型
 
       由于利用三維模型在制造現場指導生產還屬于試驗階段,因此,在創建工序間三維模型的同時,我們還生成了便于打印、用于現場的二維工藝規程。
 
       在三維和二維工藝規程編制完畢后,通過PDM系統二次開發,將用戶選定的臨時工藝規程(未審批歸檔)發送至現場工藝資源庫。對進入審批流程的工藝規程,通過ITK開發,添加流程的處理程序。在審批完成后,自動將流程包含的工藝等所有信息發送至工藝資源庫。
 
       最后,提取工藝所屬車間信息,與車間使用權限關聯。創建工藝規程與JT模型瀏覽程序。根據用戶權限,提取所屬工藝規程信息,對產品結構樹、工藝規程和JT模型進行有效瀏覽。
 
三、結語
 
       綜上所述,MBD技術的應用,使一個集成化的三維數字化實體模型表達了完整的產品定義信息(包括產品結構、產品CAD數據以及各種描述和過程信息)。作為制造過程中的唯一依據,不用生成和維護二維工程圖樣,減少了設計工作量,簡化了管理過程。同時,通過三維數字化工藝開發,生成操作過程動畫、工藝圖解及工藝規程等工藝數據。
 
       在MBD制造模式下,產品工藝數據的形式與類型發生了很大的變化,需要通過以零部件對象為中心把所有的產品設計數據(如幾何模型、原材料等)、工藝數據(如工藝規程、工藝操作動畫、工藝圖解等)和生產數據(如執行參數、供應商等)組織在BOM結構樹上。同時,在MBD數據組織模式中,某工藝相關的操作動畫、工藝圖解和工藝參數與其工藝規程數據具有關聯關系,它們歸屬于該工藝規程數據,并保持版本等信息的整體一致。

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責編:chenjian
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