MBD技术在通类零件工艺信息模型中的应用

山西中北大学机电工程学院　李琳　庞学慧　秦慧斌　苏校峰　张瑞廷

MBD技术在通类零件工艺信息模型中的应用

山西中北大学机电工程学院李琳庞学慧秦慧斌苏校峰张瑞廷

本文对广泛应用于飞机上的典型通类零件进行分析，在达索公司的DELMIA软件提供的数字化制造工艺平台下，提出了以三维模型为核心的工艺信息模型，并基于MBD技术建立了通类零件的MBD设计和工序模型，模型上的MBD数据集分类整理，对三维模型在生产下游广泛应用具有指导意义。

通类零件；工艺信息模型；工序模型

引言

MBD技术发展历程大致经历了“二维设计，二维出图”、“三维设计，二维出图”、“MBD全三维数字化设计”三个阶段［1］。MBD技术的出现和发展，有效地帮助产品缩短了生命周期、提高了产品质量、降低了成本、减少了工作人员重复劳动等。目前，数字化巨头，Siemens、PTC、Dassualt等CAD/CAM/CAE集成平台中紧跟相关技术需求，提供逐步完善的数字化制造技术功能模块，使MBD模型作为产品全生命周期的唯一依据成为可能。

新型航天整体结构零件的应用能使航天飞行器的制造质量显著提高，但是以通类零件为例的整体结构零件特点为结构复杂、加工几何多、加工精度高，数控加工技术要求高；零件种类多、改型多，数控程序编制任务量大，重复劳动多，编程效率低。然而，传统的工艺规划是将三维模型转化为二维工程图，生成工艺卡片来指导数控加工，影响了工艺信息表达的直观性，不符合设计和制造的协同性，严重影响了生产效率，逐渐成为了制造业大力发展全三维数字化设计制造的阻碍。本文基于MBD技术建立通类零件的工艺信息模型，使零件在设计生产制造过程中保持数据的一致性，实现全生命周期的“无纸化”，便于设计上游和生产下游零件特征参数的修改、识别、提取和联动。

1　MBD工艺信息模型

1.1基于模型的定义

MBD（Model Based Definition，基于模型的定义）是用集成的三维模型完整地表达产品定义信息，将设计、工艺、制造、检验、销售等信息共同定义到产品的三维模型中，使三维模型成为产品生命周期各阶段信息的唯一载体，保证数据信息的唯一性；产品全生命周期的每个阶段的产品信息数据可很好地实现继承和共享［2］。

1.2工艺信息模型

工艺信息模型图如图1.1所示。

图1.1　工艺信息模型

工艺模型根据工艺信息种类的不同分为模型层（Product）、工艺层（Process）和资源层（Resource）。

在模型层中，以设计MBD模型和工序MBD模型为核心。MBD模型的MBD数据“分视图，分层级”显示管理，其中工序MBD模型的标注信息主要定义本道工序的表面粗糙度、模型的尺寸、形位公差等信息，与对应的加工几何特征相关联。工艺信息包括工序和工步，在一个三维工序模型中通常包含一道工序和多道工步，同时还包含若干个加工特征。［3］

工艺层中根据零件设计信息制定工艺路线，MBD信息表达在工序和工步上，每个制造程序机加工艺信息都体现在每个加工操作仿真切削的体积特征中。

资源层中的MBD数据集主要包含了制造资源库和工艺资源，而这两种资源正是工艺层中所需要的，在资源层中还包含了机加工艺设备、刀具和量具等。

1.3设计模型、工序模型、毛坯模型关系

图1.2　设计模型、工序模型、毛坯模型关系

2　MBD技术在工艺信息模型中的表达

2.1零件MBD数据集表达公式

式中：Y表示制造模型；l表示加工该零件有l个工序模型；Aij表示第i个工序模型有j个设计信息；Bik表示第i个工序模型有k个制造信息。

2.2设计MBD模型

以三通零件为例，设计模型的MBD数据集如图2.1所示。MBD数据集可以根据不同需要分两种方式显示零件的标注信息：注释层的分类表示方式和视图层信息的分类表示方式。

图2.1　三通设计模型MBD数据集图

2.2三通俯视图的MBD数据集

基于MBD的模型过滤器可以过滤其他不相关的信息，从而获取自己需要的信息。注释层可以显示或隐藏某一类信息，使对三维模型的观察更加简洁明了。

注释层表达：选择一类注释层，其余注释层信息隐藏。视图信息表达：选择一种视图显示，其余视图信息隐藏。如图2.2所示，俯视图数据集的单独表达。

2.3工序MBD模型

三维工序模型是指经过每个加工操作后形成的带有本道工序的完整机加工艺信息的集成化的三维数字化实体模型［4］。三维工序模型在三维标注平台上把IPM（In-Process Model）附加上机加工艺信息，从而就形成了三维工序模型。利用MBD技术，尽可能把工艺信息完整清晰地表达出来。

如图2.3所示，其为三通铣一端外六方的工序模型。

3　结束语

通过对基于MBD通类零件的工艺信息模型的研究，建立了基于MBD的设计模型及工序模型，并对制造工艺信息进行了表达，对下游的基于MBD模型的数控加工有一定的指导意义，并且对下一阶段所研究的零件参数化设计特征参数的识别和提取打下基础。

［1］潘康华，陆江峰，邵兰英.MBD技术的发展历程与展望［J］.机械工业标准化与质量，2013，2：15-17.

［2］范玉青.基于模型定义技术及其实施［J］.航空制造技术2012，6：42-47.

［3］闫崇京，黄翔.零件信息模型的研究与应用［J］.机械设计与制造工程，2002，9：52-54.

［4］唐健钧，贾晓亮，田锡天，耿俊浩.面向MBD的数控加工工艺三维工序模型技术研究［J］.航空制造技术，2016，16：62-66.

李琳，1990年出生，河北唐山人，硕士研究生在读，研究方向：数字化制造技术。

中北大学第11届研究生科技立项项目（20141109），山西省研究生优秀创新实验项目（20113027）