山西中北大學機電工程學院　李琳　龐學慧　秦慧斌　蘇校峰　張瑞廷

MBD技術在通類零件工藝信息模型中的應用

山西中北大學機電工程學院李琳龐學慧秦慧斌蘇校峰張瑞廷

本文對廣泛應用于飛機上的典型通類零件進行分析，在達索公司的DELMIA軟件提供的數(shù)字化制造工藝平臺下，提出了以三維模型為核心的工藝信息模型，并基于MBD技術建立了通類零件的MBD設計和工序模型，模型上的MBD數(shù)據(jù)集分類整理，對三維模型在生產(chǎn)下游廣泛應用具有指導意義。

通類零件；工藝信息模型；工序模型

引言

MBD技術發(fā)展歷程大致經(jīng)歷了“二維設計，二維出圖”、“三維設計，二維出圖”、“MBD全三維數(shù)字化設計”三個階段［1］。MBD技術的出現(xiàn)和發(fā)展，有效地幫助產(chǎn)品縮短了生命周期、提高了產(chǎn)品質量、降低了成本、減少了工作人員重復勞動等。目前，數(shù)字化巨頭，Siemens、PTC、Dassualt等CAD/CAM/CAE集成平臺中緊跟相關技術需求，提供逐步完善的數(shù)字化制造技術功能模塊，使MBD模型作為產(chǎn)品全生命周期的唯一依據(jù)成為可能。

新型航天整體結構零件的應用能使航天飛行器的制造質量顯著提高，但是以通類零件為例的整體結構零件特點為結構復雜、加工幾何多、加工精度高，數(shù)控加工技術要求高；零件種類多、改型多，數(shù)控程序編制任務量大，重復勞動多，編程效率低。然而，傳統(tǒng)的工藝規(guī)劃是將三維模型轉化為二維工程圖，生成工藝卡片來指導數(shù)控加工，影響了工藝信息表達的直觀性，不符合設計和制造的協(xié)同性，嚴重影響了生產(chǎn)效率，逐漸成為了制造業(yè)大力發(fā)展全三維數(shù)字化設計制造的阻礙。本文基于MBD技術建立通類零件的工藝信息模型，使零件在設計生產(chǎn)制造過程中保持數(shù)據(jù)的一致性，實現(xiàn)全生命周期的“無紙化”，便于設計上游和生產(chǎn)下游零件特征參數(shù)的修改、識別、提取和聯(lián)動。

1　MBD工藝信息模型

1.1基于模型的定義

MBD（Model Based Definition，基于模型的定義）是用集成的三維模型完整地表達產(chǎn)品定義信息，將設計、工藝、制造、檢驗、銷售等信息共同定義到產(chǎn)品的三維模型中，使三維模型成為產(chǎn)品生命周期各階段信息的唯一載體，保證數(shù)據(jù)信息的唯一性；產(chǎn)品全生命周期的每個階段的產(chǎn)品信息數(shù)據(jù)可很好地實現(xiàn)繼承和共享［2］。

1.2工藝信息模型

工藝信息模型圖如圖1.1所示。

圖1.1　工藝信息模型

工藝模型根據(jù)工藝信息種類的不同分為模型層（Product）、工藝層（Process）和資源層（Resource）。

在模型層中，以設計MBD模型和工序MBD模型為核心。MBD模型的MBD數(shù)據(jù)“分視圖，分層級”顯示管理，其中工序MBD模型的標注信息主要定義本道工序的表面粗糙度、模型的尺寸、形位公差等信息，與對應的加工幾何特征相關聯(lián)。工藝信息包括工序和工步，在一個三維工序模型中通常包含一道工序和多道工步，同時還包含若干個加工特征。［3］

工藝層中根據(jù)零件設計信息制定工藝路線，MBD信息表達在工序和工步上，每個制造程序機加工藝信息都體現(xiàn)在每個加工操作仿真切削的體積特征中。

資源層中的MBD數(shù)據(jù)集主要包含了制造資源庫和工藝資源，而這兩種資源正是工藝層中所需要的，在資源層中還包含了機加工藝設備、刀具和量具等。

1.3設計模型、工序模型、毛坯模型關系

圖1.2　設計模型、工序模型、毛坯模型關系

2　MBD技術在工藝信息模型中的表達

2.1零件MBD數(shù)據(jù)集表達公式

式中：Y表示制造模型；l表示加工該零件有l(wèi)個工序模型；Aij表示第i個工序模型有j個設計信息；Bik表示第i個工序模型有k個制造信息。

2.2設計MBD模型

以三通零件為例，設計模型的MBD數(shù)據(jù)集如圖2.1所示。MBD數(shù)據(jù)集可以根據(jù)不同需要分兩種方式顯示零件的標注信息：注釋層的分類表示方式和視圖層信息的分類表示方式。

圖2.1　三通設計模型MBD數(shù)據(jù)集圖

2.2三通俯視圖的MBD數(shù)據(jù)集

基于MBD的模型過濾器可以過濾其他不相關的信息，從而獲取自己需要的信息。注釋層可以顯示或隱藏某一類信息，使對三維模型的觀察更加簡潔明了。

注釋層表達：選擇一類注釋層，其余注釋層信息隱藏。視圖信息表達：選擇一種視圖顯示，其余視圖信息隱藏。如圖2.2所示，俯視圖數(shù)據(jù)集的單獨表達。

2.3工序MBD模型

三維工序模型是指經(jīng)過每個加工操作后形成的帶有本道工序的完整機加工藝信息的集成化的三維數(shù)字化實體模型［4］。三維工序模型在三維標注平臺上把IPM（In-Process Model）附加上機加工藝信息，從而就形成了三維工序模型。利用MBD技術，盡可能把工藝信息完整清晰地表達出來。

如圖2.3所示，其為三通銑一端外六方的工序模型。

3　結束語

通過對基于MBD通類零件的工藝信息模型的研究，建立了基于MBD的設計模型及工序模型，并對制造工藝信息進行了表達，對下游的基于MBD模型的數(shù)控加工有一定的指導意義，并且對下一階段所研究的零件參數(shù)化設計特征參數(shù)的識別和提取打下基礎。

［1］潘康華，陸江峰，邵蘭英.MBD技術的發(fā)展歷程與展望［J］.機械工業(yè)標準化與質量，2013，2：15-17.

［2］范玉青.基于模型定義技術及其實施［J］.航空制造技術2012，6：42-47.

［3］閆崇京，黃翔.零件信息模型的研究與應用［J］.機械設計與制造工程，2002，9：52-54.

［4］唐健鈞，賈曉亮，田錫天，耿俊浩.面向MBD的數(shù)控加工工藝三維工序模型技術研究［J］.航空制造技術，2016，16：62-66.

李琳，1990年出生，河北唐山人，碩士研究生在讀，研究方向：數(shù)字化制造技術。

中北大學第11屆研究生科技立項項目（20141109），山西省研究生優(yōu)秀創(chuàng)新實驗項目（20113027）