MBD技术应用中的若干问题思考（二）

guanzhy · 发表于 2016-1-26 16:13:54

2.工艺设计中的MBD

不同于产品设计，工艺设计是一种多态模型的演变过程，从毛坯到零件，或从零件到装配，形成一系列中间状态模型，涉及诸多内容。工艺差别大：冷加工工艺、成形工艺（铸造、锻造、钣金等）、装配工艺、特种工艺，不同工艺模型有不同的表示形式；加工方法多：车、铣、刨、磨、钻等加工算法不同，对模型的制造特征表达要求不同；工序模型拓扑变化方法不同：沿毛坯-工序-零件的正向设计是添加特征和处理功能，而沿零件-工序-毛坯的逆向设计是特征抑制功能；层次多且关联性要求强：工艺-工-序-工步之间3D模型的继承性和有效性；表达形式多样性：如工艺结构树、工艺表格、3D模型、工艺描述文本、工艺动画仿真，包含了结构化和非结构化信息；模型信息可编辑性和展现多样化：3D工序模型和工艺文件的可编辑性、与可编辑模型关联的轻量化模型、PDF文件的表示；制造资源多：机床、工装（刀具、夹具、模具和测具等），且工装模型既受零件模型制约，自身也进行设计制造；中差建模：所谓中差建模是指以对称公差的形式表达公差，在工艺设计中，中差建模不但可以简化计算，而且易于减少误差，在质量控制、互换性方面具有优势，从国外转包生产调研中也发现大量使用对称公差，但在国内MBD环境下中差建模的必要性仍存在较大争议，中差模型对制造质量和装配的影响还有待于研究。

2.1MBD与机加工艺设计

从毛坯到零件的切削过程，反映了3D多态模型的演变和对应的工艺信息关联（毛坯-工序模型1-工序模型2…零件），涉及3D模型本身的几何形状改变。

(1)工序模型的构建。目前工序模型的建模效率成为影响机加工艺设计的瓶颈。一般来说，相邻工序模型间的变化存在两种形式：参数变化和拓扑结构变化。参数变化反映了加工余量的变化，对应工序的粗加工-半精加工-精加工，加工部位基本相同，可采用参数化修改功能；拓扑结构变化反映了工件加工部位发生变化，对应工艺加工方法的改变，需在工序模型上通过特征操作进行局部形状的修改，这部分工作要求工艺人员有较好的3D建模基础。其中涉及2个问题：一是相邻工序模型间的信息继承。为提高效率，重用工序模型，实现增量式修改，当前工序模型首先要继承前道工序模型，利用模型间关联性复制功能建立相邻工序的3D模型。二是当前工序模型的加工特征快速构建：在继承前道工序模型基础上，根据工序要求对当前工序模型进行局部特征构建并去除对应的实体。由于工艺正向设计和逆向设计模型变化顺序不同，因此模型的特征表示方法亦不同。正向设计（毛坯-工序1-工序2…零件）模拟实际加工逐步去除材料，待去除材料由去材特征表示，它受相邻2道工序的形状和尺寸约束，构建时需建立几何关联特征。逆向设计（零件-工序n-工序n-1…毛坯）工序模型从零件开始通过添加去除特征对应的实体逐步变为毛坯。通过特征抑制还原去材特征的实体是最方便的方法，但在下列情况下失效：草图特征内包含多个去材特征时无法抑制当前工序的去材特征；设计特征与去材特征不对应抑制的特征，对此也需构建去材特征补充模型实体。对复杂工序有时还需采用正向一逆向混合方法修改局部去材特征。工序模型的构建工作量较大，对工序建模效率有较大影响，目前采用人工方法构建去材特征的效率较低，完全实用的自动构建方法还有待开发。

(2)工序改变引起的工序模型如何变化。工序变化可能使多态模型链中工序模型自动更新失败从而影响更改效率，工序模型关联链中断有多种情况，包括改变工序顺序、增加工序、删除工序、模型参数化更新失败，其中出现任何一种情况都会影响工序模型的自动更新，关联链断点位置越靠前，对后续模型影响越大。解决思路是：对前3种情况，需重新建立相关的模型间引用复制关系以及重新构建去材特征；对第4种情况，与产品设计中的更新问题属于同类。

(3)工序模型的简化。在2D工序图形表达时，为了突出当前工序的加工部位可忽略其他无关部位，一般采用波浪线截断图形进行简化，但在3D环境下复杂零件要突出加工部位需要对工序模型进行实体去除。可能的解决思路是，对于不涉及标注的几何对象，可以对当前工序模型采用特征抑制和模型修剪或剖切的方法。

(4)局部小修改。2D情况下为提高效率和明确责任，图纸被作为制造依据。对于一些工艺问题，企业一般直接在图纸上进行局部小修改并予以标记和签字，以避免每次修改都重新审批。为了保证数据有效性，标记的图纸必须保留，但是很难追溯。在3D情况下，任何修改必须在3D模型上进行，可能会带来效率和额外的审批问题，因此需找出一种在效率、数据有效性、审批兼顾的情况下的规范化方法。

2.2MBD与NC编程

数控编程依赖于经验知识和3D模型、标注的工艺要求。

(1)3D建模质量对数控编程的影响。因产品设计和工艺设计关注点不同，可能会造成复杂零件设计模型难以直接进行数控编程，这也是目前困扰企业的一个现实问题。因此，应加强并行工程中可加工性评价方法研究和工具开发，对模型质量进行评估，同时提高产品设计人员工艺知识，使设计模型直接重用率提高。

(2)工艺信息的自动获取和工艺知识重用。基于MBD的工艺信息与工序模型几何对象是关联的，通过程序开发直接获取制造要求与NC参数关联；工艺参数嵌入到工艺模板中作为典型工艺实例，实现工艺方法的重用。
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