MBD模式下机加工装派工文件生成方法

MBD模式下机加工装派工文件生成方法

陈睿，周来水，卫炜，黄斌达

(南京航空航天大学 机电学院，南京210016)

摘要：在传统的二维工艺环境中，工装派工文件仅包含工序号、工序名称、请制内容等工装派工信息，工艺人员在发起机加工装派工时需要同时发布工装派工文件和整本工艺规程文件，而工装设计人员首先需要了解工装派工文件内容，通过查阅工艺规程中的相关工序卡片获取工艺信息，结合二维工序图进行工装设计，这种工装派工的方法存在信息分散、信息展示不直观等问题。随着MBD技术的不断成熟，三维工艺规程逐渐得到推广应用，传统的工装派工文件生成方法已不能满足MBD技术关于信息集成和唯一数据源的要求，为适应三维工艺的发展，本文运用MBD技术以及3D PDF技术，提出了一种MBD模式下的机加工装派工文件生成方法，实现了工装派工信息和MBD模型的集成展示与发布，使得工装派工文件可直接作为工装设计的指导文件，从而提高了工装派工的质量和效率。

关键词：MBD模式；工装派工文件；3D PDF

文章编号：1001-2265(2015)09-0157-04

收稿日期：2014-11-08

作者简介：陈睿(1988—)，女，福建漳平人，南京航空航天大学硕士研究生，研究方向为数字化制造，(E-mail)chenrui_work@126.com。

中图分类号：TH164;TG506

The Generation Method of Mechanical Tooling Dispatching File in MBD Mode

CHEN Rui，ZHOU Lai-shui，WEI Wei，HUANG Bin-da

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China)

Abstract：In the environment of traditional 2D process, tooling dispatching file contains tooling dispatching information of process number, process name etc., when process engineers launch tooling dispatching should release tooling dispatching file and Process specification at the same time. tooling designers read tooling dispatching file first , and then find process information from process specification, this method has such problems as tooling dispatching information scattered and not intuition. With the maturity of MBD technology, has been gradually popularization and application of 3D technology rules, the generation method of traditional tooling dispatching file cannot meet the requirements of MBD technology on information integration and unique data source, in order to adapt to the development of 3D process, the paper uses MBD and 3D PDF technology, put forward the generation method of tooling dispatching file in MBD Mode, Integrated display realized tooling dispatching information and MBD model and release, make tooling dispatching files can be directly used as a guidance document for tooling design, so as to improve the tooling to send work quality and efficiency.

Key words： MBD mode; tooling dispatching file; 3D PDF

0引言

在传统的二维工艺环境中，工装派工文件通常只包含工序号、工序名称、零件名称等工艺信息，而与工装设计紧密相关的工序图、工序内容等工艺信息包含在工艺规程中，工艺人员在发起工装派工时需同时发布工装派工文件和整本工艺规程，工装设计人员在设计工装时，需根据工装派工文件中的工装需求信息从整本工艺规程中查阅与工装派工相关的工序卡，根据工序图、工序内容等信息完成工装设计。这种工装派工方法存在以下不足：①工装设计人员设计工装时，需要从工装派工文件和工艺规程中提取工装设计所需信息，这样降低了工装设计效率，且容易出现人为错误；②工装派工信息包含了工装设计所需的工序内容以及装夹定位要求等信息，而现有的工艺规程大多数是用文字来描述，与之对应的二维工序图不能直观的展示几何信息，这就为工装设计人员准确理解工装派工内容造成一定的困难。

近年来MBD(基于模型定义，Model Based Definition)技术在工艺设计中的应用得到了广泛的重视，已有部分学者对MBD模式下三维工艺设计进行了相关研究。万能等[1]研究了三维机加工艺卡片的组成结构，建立了三维机加工序模型中工艺表达元素与工艺卡片元素之间的映射关系，最终实现了三维环境下机加工艺设计；田富君等[2]建立了面向工艺的MBD模型和MBD的零件工艺信息模型，采用多视图方法，将三维标注信息按照专业类型和工艺规划过程进行划分和管理；程振阳等[3]研究了基于模型定义的机加工艺执行可视化表示方法，实现了基于MBD的工艺执行过程信息和工艺执行管理信息的集成可视化展示；陈卓宁等[4]以设计MBD模型为单一数据源，应用CATIA 的CAA 二次开发技术，实现面向三维机加工艺规划系统的CATIA 模型MBD数据提取和应用。

与二维工艺规程相比，以MBD模型为基础的三维工艺规程其信息集成度更高，可以更直观的表达几何信息和工艺信息，而传统的工装文件生成方法与MBD技术中关于信息集成和唯一数据源的要求相悖。本文针对传统机加工装派工存在的问题，结合企业现有的基于MBD的工艺设计方法，研究了MBD模式下的机加工装派工文件的生成方法，该方法将MBD模型和工装派工相关的工艺信息集成，以轻量化的3D PDF格式文件展示并发布。

1工装派工文件生成流程

工装派工文件生成流程主要包括四部分：工装派工MBD模型生成、工装派工工艺信息文件生成、工装派工模板的定制、工装派工文件编辑与发布。图1为机加工装派工文件生成流程示意图。

(1)工装派工文件模板定制：工装派工文件模板是对工装派工所有相关信息的集成展示，不同企业工装派工文件的内容以及页面布局等存在着差异，针对企业的具体需求，定制符合该企业的工装派工文件模板。

(2)工装派工MBD模型生成：CAPP系统生成的工艺规程中包含有多个工序MBD模型，工序MBD模型应包含下游相关业务(如工装派工、数控加工编程、实际生产加工等)所需的几何和PMI(产品制造信息，Product Manufacturing Information)标注信息，PMI标注(几何尺寸、加工信息、形位公差、表面粗糙度等)数量庞大，通过提取与工装设计相关的PMI标注信息，生成工装派工MBD模型。

(3)工装派工工艺信息文件生成：CAPP系统生成的工艺规程文件包含了所有工序的工序内容，信息量庞大，其一般可解析为XML(Extensible Markup Language，可扩展标记语言)格式文件[5]，通过研究工序业务内容，提取与工装派工相关的工艺信息并进行XML文件的格式转换生成工装派工工艺信息XML文档。

(4)工装派工文件编辑与发布：将工装派工MBD模型和工装派工工艺信息XML文档导入工装派工文件模板，实现MBD模型与工艺信息的关联响应，最终以轻量化的格式发布工装派工文件。

图1　机加工装派工文件生成流程示意图

2工装派工文件模板定制

2.1工装派工文件模板定义

工装派工文件模板是用于集成工装设计相关信息，最终形成工装派工可视化文件来指导工装设计人员进行工装设计。工装派工相关信息由工装派工工艺信息和工装派工工序MBD模型构成，本文结合工装派工所需信息类型，将工装派工模板结构定义如下：

(1)

2.2工装派工模板实现

作为工装派工MBD模型和工艺信息的载体，工装派工文件应具备便携、轻量化、兼容性好、可显示PMI标注等特点。3DPDF格式文件直接可通过AdobeReader浏览器浏览，同时可兼容各种主流CAD软件生成的3D模型，且界面美观性好，此外3DPDF文件还具有良好的可开发性，可在不同的操作系统运行，因此本文选择3DPDF作为工装派工文件的格式[6-8]。本文以式(1)中的工装派工文件信息模型为依据，基于Javascript语言，以AdobeAcrobat为二次开发平台，借鉴传统二维工程图布局开发了3DPDF格式的工装派工文件模板(图2)。整个模板结构分为模型区域和表单区域，其中模型区域展示工装派工MBD模型，表单区域展示工装派工相关工艺信息、工装派工请示信息，表单与模型可实现交互操作，如在表单中点击零件名称，可使模型区对应零件高亮显示。

图2　工装派工文件模板

3工装派工MBD模型建立

产品从毛坯到最后形成零件之前，每道工序都会形成中间MBD模型，该中间MBD模型称为工序MBD模型[9-10]，工序MBD模型中包含了下游业务环节(数控编程、工装派工、车间现场加工等)所需的三维模型及其关联信息，导致工序MBD模型展示的信息数量多且繁杂，因而有必要根据工装设计的实际需求，精简工序MBD模型中的信息，生成独立的工装派工MBD模型作为工装设计的数据依据。通过对工装设计过程中需要的模型及其相关信息进行分析，将工装派工MBD模型表示为：

(2)

(3)

式中，Marki表示工装派工MBD模型上第i个标记信息，通常用符号加颜色进行区分，用于表示夹紧面、定位面、加工面、辅助支撑面等工装设计所需特征，1≤i≤m，m表示该模型中的标记信息总数，m≥1，m∈N；Notej表示工装派工MBD模型中的第j个注释，如技术要求、特殊附注以及对特殊标记用文字加以说明等,1≤j≤n，n表示该模型中的注释总数，n≥1，n∈N；SRk表示工装派工MBD模型中与工装设计相关的第k个表面粗糙度标注，1≤k≤s，s表示粗糙度的总个数，s≥1，s∈N；Dl表示工装派工MBD模型中第l个尺寸(公差)标注，1≤l≤d，d表示尺寸(公差)的总数，l≥1，l∈N。Th表示工装派工MBD模型中的第h个形位公差标注，1≤h≤t，t表示形位公差的总数，t≥1，t∈N。

某涡轮导向叶片的机加工艺中某道工序的工序MBD模型如图3a所示，该工序MBD模型包含了三维实体、PMI信息以及零件属性(模型上不可见，可通过查询得到，如质量、密度等属性)，这些信息是数控编程、工装派工、现场加工等多个业务环节的数据源，其中PMI信息有上百个，但与工装派工相关的PMI信息仅有三十几个，本文运用UGOpen/API二次开发技术，结合图层管理技术将工序MBD模型中的PMI标注按照功能进行分类管理，通过控制各个图层的状态，快速提取工装派工相关PMI信息，并继承工序MBD模型三维实体以及零件属性生成工装派工MBD模型(如图3b所示)。

( a)工序 MBD模型

( b)工装派工 MBD模型

4工装派工信息处理

4.1工装派工信息模型建立

工装派工信息是使工装设计人员明确设计目标和工作内容的管理信息。工装派工信息模型是工装派工文件表单区域信息的来源，包含了两部分内容：工装派工请制信息和工装派工相关工艺信息。其中工装派工相关工艺信息源自工艺规程中，工装派工请制信息为独立的附加信息，因而可将工装派工信息模型表示为：

(4)

式(4)中：Pi表示与工装派工相关工艺信息第i个工艺信息，如型号、零件名称、零件号、工序号、工序名称、批次等工艺信息，1≤i≤m，m表示工装派工相关工艺信息总数，m≥1，m∈N；Lj表示第j个工装派工请制信息，如请制编号、请制数量、请制进度和请制内容等信息，1≤j≤n，n表示工装派工请制信息总数，n≥1，n∈N。

4.2工装派工相关工艺信息生成

某企业CAPP系统中生成的工艺规程可解析为XML格式文档，该文档中包含了工艺设计下游环节所需的全部工艺信息，而与工装派工相关的工艺信息只是其中的一部分，为提高工装设计人员获取工装派工信息的效率和准确性，有必要将这部分信息单独提取并展示。以涡轮导向叶片为例，相关工艺信息用XML文件描述如图4a所示，不同工序的工序号、工序名称等工序信息存储在XML文档的属性中，本文基于Asp.net开发了工装派工相关工艺信息提取模块，并进行了XML文件格式的转换，实现3DPDF模板的信息读取显示。提取的涡轮导向叶片工装派工工艺信息XML文档如图4b所示，对比图4a，该文档的工艺信息全部以元素的形式存储。

( a)工艺信息 XML文档

( b)工装派工工艺信息 XML文档

5机加工装派工文件生成实例

本文以涡轮导向叶片机加工装派工进行实例验证，将上述方法生成的工装派工MBD模型和工装派工工艺信息XML文档导入模板，手动填入请制编号、请制数量、要求进度、请制内容等表单信息，形成完整的涡轮导向叶片工装派工文件(如图5所示)，并实现了工装派工模型与装夹特征的关联操作。在工装派工模型装夹特征下点击几何形面名称，模型区域对应的特征面高亮显示，如单击表单区域中的“夹紧面1”，模型区域中的视图会快速切换夹紧面1的位置，并且以特定的颜色高亮显示，从而实现特征的快速查看，此外还可对MBD模型进行平移、旋转、缩放、等操作，方便操作者观察模型细节。

图5　机加工装派工文件实例

6结束语

目前企业工装派工方法需要同时发布工装派工文件和整本工艺规程文件，这种方法存在工装派工信息分散、信息展示不直观等问题，为了使工装设计相关内容的集成度更高，本文运用MBD技术以及3D PDF技术，提出了MBD模式下机加工装派工文件的生成方法，实现了三维工艺规程下工装派工文件的发布，使得工装派工文件直接可作为工装设计的指导文件。与现有的工装派工信息表达方法相比，本文提出的方法可更灵活、直观的表达工装派工相关信息，已在某企业得到推广应用，提高工装派工的质量和效率。

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(编辑李秀敏)