超塑成型工艺的三维表达方法研究

刘迎春 苏长青 武大伟

摘要：随着计算机技术的日益发展进步，信息化手段已经融入企业管理和生产实践中的各个环节，超塑成型工艺的三维表达方法研究成为企业和科研机构研究的焦点问题。本文从超塑成型工艺三维表达的重要性出发，分析了二维表达的弊端和三维表达的优势，研究了超塑成型工艺三维可视化表达方法，并对三维可视化工艺生成框架结构进行了讨论。

关键词：超塑成型；工艺；三维表达

计算机辅助工艺规划是以信息技术为支撑的一种生产工艺表达方法，这种方法的核心之处在于实现了产品成型设计信息和加工制造工艺信息之间的相互转化。随着计算机技术的日益发展进步，信息化手段已经融入企业管理和生产实践中的各个环节，计算机辅助工艺规划正是在这种背景下成为生产环节和设计环节的沟通桥梁。除技术层面的问题之外，计算机辅助工艺规划还能够为企业的管理过程提供信息借鉴，因此计算机辅助工艺规划是企业管理和生产过程的一个中间环节。超塑成型的生产过程复杂，工艺流程繁琐，产品质量难以控制，过程管理挑战性大，正需要进行计算机辅助工艺规划来梳理工艺流程，其在整个工艺过程中的重要意义不言而喻。

1超塑成型工艺三维表达的重要性

如今，绝大多数企业的工艺过程已经能够做到有章可循、有据可依，都能够制定相应的工艺规程来指导生产实践。然而在超塑成型生产企业中工艺规程普遍以二维纸质版的形式存在，下发到生产车间的二维纸质版工艺流程不可避免的有其传播媒介的局限性，如下：

（1）纸质版二维工艺规程的传递效率相对于电子版文档较低，已经无法适应快节奏、大生产量的超塑成型企业生产现状。

（2）在生产车间进行阅读的纸质版工艺规程无法得到及时的更新，当工艺流程更新较多时靠生产工人的记忆很容易出现错忘漏而导致人为责任问题。

（3）纸质版工艺规程在经年累月的使用过程中很容易被损坏，被油污、灰尘污染之后纸质材料的字迹也会变得模糊不清，使生产工人难以识别或者错误识别而导致严重的后果。

（4）二维工序图相对来说比较繁琐，需要一定的专业技术知识和一定时间的工作经验支撑才能够完全掌握，而且这种生产工艺的表达方式也不够清晰，常常使得工人难以理解而产生歧义。

鉴于超塑成型二维工艺规程存在的上述问题，三维模型表达工艺流程已经成为大势所趋，CAD软件的广泛应用和计算机硬件性能的全面提升也为超塑成型三维工艺流程的研究和发展提供了软硬件技术支撑，其优势如下：

（1）三维工艺流程具有简便快捷的搜索方式，在进行某项工艺操作时，只需要搜索对应的关键词即可转到所属的工艺页面。

（2）超塑成型的工艺流程非常复杂，三维工艺流程可以将复杂的工艺流程变为清晰直观的可视化流程，使生产过程更加易于理解和安全可靠。

（3）三位工艺流程为使用环节的随时技术更改提供了简便的途径，利用计算机的CAD软件能够便捷的对工艺进行更改。

2超塑成型工艺三维可视化表达方法

2.1工艺MBD模型

MBD模型是一种可以用于表达超塑成型工艺的三维模型，此模型需要在计算机三维材料加工设计环境中运行，零部件的加工要求以及材料的成型要求可以利用此模型来表达。工艺MBD模型由三个部分组成，分别是超塑成型工艺的设计模型、超塑成型的成型工序模型以及超塑成型工艺属性模型，如式1所示。

M=DM+OPM+Attr（1）

式中DM为超塑成型生产企业的设计部门下发的工艺设计模型，作为指导性的模型一以贯之的作为工艺流程设计的总体依据。OPM指的是一个工艺过程中的多道工序模型，这个工艺设计模型代表超塑成型工艺过程中操作工序的中间模型，是通过生产工艺和操作工序进行设计后得到的。Attr则代表工艺属性模型，工艺属性模型中所包含的工艺属性信息与三维模型是相互关联的关系，不会直接对其进行标注。

2.2三维可视化工艺

超塑成型三维可视化工艺是正是利用上文所述的工艺模型进行表达的超塑成型工艺和具体工序，材料加工信息、零件成型信息、工艺设计信息可以通过计算机语言转变为数字量而下发到生产一线，通过三维可视化软件对工艺进行建模可以指导生产实践。

从上文的讨论可以看出，MBD模型的建立是超塑成型工艺的三维表达的核心环节，在建立模型的过程中运用结构化的设计思路是非常有必要的，超塑成型的成型工艺以及操作工序经过结构化设计可以将材料、资源以及工艺的三维信息进行整合，建立出一个完整的工艺MBD模型。MBD模型建立之后则可以利用三维可视化软件将数据信息转变为三维可视化的立体模型信息，三维表达后的工艺信息能够准确快速的将超塑成型工艺信息传递给一线车间，生产人员可以快速的进行浏览并能够清晰的理解超塑成型工艺流程。

3三维可视化工艺生成框架

三维可视化工艺生成框架中包含三个组成部分，其一是工艺MBD模型的建立过程，其二是工艺数据的处理过程，其三是工艺元素的映射过程。在构建工艺MBD模型时，以成熟三维CAD系统作为三维机加工艺设计环境，以工艺信息模型为规则，建立三维模型同文本信息、工艺符号之间的关联关系。在工艺数据输出时，通过数据提取工具从三维模型中抽取工艺过程描述信息，数据处理工具将抽取出的工艺描述信息进行分割与标记处理，并打包成工艺数据包，此时，工艺数据的内容包括两部分并存储在不同的文件中，一部分是以属性定义在模型中的数据，另一部分是三维数据。工艺文件生成时通过调用电子文档模板建立工艺文件框架，解析工艺文件数据包，将工艺数据和三维模型填充到工艺模板，由于两部分数据以独立的文件装载，要完成交互操作，則需要对这两部分数据进行关联和映射。

参考文献：

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作者简介：刘迎春（19798.11--）；性别：女，籍贯：山东淄博人，学历：硕士研究生，毕业于东北大学；现有职称：工程师；研究方向：机械设计及自动化；

*基金项目：本论文受科技部重大专项项目资金资助，项目编号2013ZX04001041-09