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基于MBD的叶片泵建模与工艺信息集成一体化研究

2017/11/10    来源:互联网    作者:郭明春  郝永平  曾鹏飞  许世璞      
关键字:MBD  NX二次开发  建模  工艺信息  信息集成系统  
为了实现MBD技术在叶片泵装配工艺设计中全面应用,摆脱以二维图纸为主、三维模型为辅助的传统设计制造模式,利用NX二次开发技术对NX进行相应模块功能开发。产品工艺信息与三维实体建模相结合,建立了面向工艺信息的MBD模型。通过叶片泵装配工艺设计过程分析,用开发的NX连接车间装配管理系统,实现三维建模工艺信息集成一体化,使产品生产真正达到无纸化、数字化、网络化、协同化制造.并以泵轴工艺信息为实例做了应用说明。

    随着数字化网络化设计与制造技术(CAD/CAM/CAE)在产品研制过程的广泛应用,基于模型定义(Model Based Definition,MBD)技术已成为制造业信息化的发展趋势.MBD技术是一种将产品几何和非几何信息、相关设计定义、工艺描述属性以及管理等信息集中表达于产品三维模型中的先进数字化定义方法。MBD技术将三维实体模型作为企业生产制造过程的唯一依据,改变了传统以二维图纸为主、三维模型为辅助的设计制造方法。

    MBD技术的应用以美国波音787飞机为代表,其研制生产过程全面采用MBD技术,实现过程制造数字化、协同化、无纸化作业,使飞机的研制周期减少50,成本降低,工作量大大减少,在管理水平和效率提升方面取得了巨大进步,国内MBD技术的研究应用已在航空企业取得很多成果,在其他大型装备制造业也逐渐推行开来,但与国外先进企业相比仍有不小差距,主要表现在:MBD技术没有贯穿于产品的全生命周期;工艺设计部门所发放的三维数字模型仅包含部分工艺信息;基于三维模型的工艺信息获取主要还是手动录入方式;没有建立工艺信息与几何信息之间的关联;效率低,易出错。

    为了实现MBD技术的深化应用,本文以叶片泵装配作为研究对象,提出面向装配工艺设计过程的MBD模型,并以泵轴工艺规划为实例进行应用验证。

1 叶片泵装配工艺MBD模型

1.1 叶片泵装配设计

    叶片泵是现代液压系统的重要组成部分,其功能是将机械能转化为液体的压力能,向系统提供压力油从而驱动系统运转。与其他泵类相比,叶片泵具有尺寸小、结构紧凑、运转平稳等优点,被广泛应用于工程机械的压力系统,叶片泵装配是对其工艺设计和加工的一次总检验。

    当前,企业的叶片泵建模工艺设计过程如图1所示。首先,根据企业实际生产情况,对产品模型进行装配单元划分,形成装配特征结构树;然后,进行基准定位信息确定,选取最优装配方案和组织方式,明确装配过程信息以及工艺流程信息,确定加工设备、工装等资源;最后,确定物料供给和工作场地的工艺布置。

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    图1 叶片泵装配工艺设计过程

1.2 装配工艺信息MBD模型

    根据装配工艺属性,参照国内外相关标准,结合叶片泵建模装配工艺规程,创建的装配工艺信息MBD模型结构如图2所示。

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    图2 装配工艺信息MBD模型结构

    装配工艺信息MBD模型由三维设计模型、装配工艺信息集成模型和其他工艺特征模型三大模块构成。三维设计模型是设计者根据企业需要构建的三维实体模型,是装配工艺设计环节和加工制造过程的重要依据。装配工艺信息集成模型主要用以辅助装配工艺规划,是对三维实体建模进行信息提取、规划和补充的结果,是工艺信息集成的核心模块,装配工艺信息的其他工艺特征模型是对集成模型的补充和拓展。

    装配工艺信息集成模型由装配结构树、装配工艺特征和详细工艺过程等组成,装配结构树是三维装配模型单元划分和装配顺序划分的结果,可以清楚地反映零部件之间的隶属层次和配合关系,同时更便于访问零部件相关工艺信息。装配工艺特征是实体层(几何特征、几何形面、集合区域)和扩展层(尺寸公差、形位公差、表面粗糙度、工艺要求、工装设计、标注及注释等)的结构化定义和表示。

2 基于MBD的工艺信息集成管理

2.1 装配车间管理系统工艺信息功能设计

    装配车间管理系统是数字化网络化制造技术集成应用的人机交互系统,它以车间计划调度管理为中心,通过各模块系统集成,实现信息及时到达和共享,完成整个车间生产操作(图3),其中,工艺信息管理主要由产品信息查看、产品管理选择集、工艺工装信息查看和装配视频查看四部分组成。

    产品信息查看主要包括产品零部件的名称、代号、设计人员、技术要求等相关信息。可随时对这些信息进行添加、修改和完善操作。工艺工装信息查看包括装配工艺过程卡、装配工序卡、工装明细表以及装配体结构树及零件信息查看。其中,工装明细表的内容包括加工零件所需刀具、夹具、量具、模具等,主要是对零件加工所需工装的规划。

    装配视频查看是把NX环境中制作的装配视频放置于Tomcat服务器中,通过管理系统供相关设计、装配和加工人员查看,使装配操作更加直观,同时可提高装配效率。

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    图3 装配车间管理系统模型构成

2.2 MBD建模与工艺信息集成管理总体结构设计

    采用上述建模技术,运用NX/OpenMenuScript、NX/API等函数功能模块,结合VC++6.0中MFC类库对NX进行相应功能的开发,利用ADO(ActiveX Data Object)技术对SQL Sever2008数据库进行访问连接,以Tomcat7为服务器,采用JavaWeb语言设计装配车间管理系统,从而实现NX和管理系统的工艺信息数据融合。基于MBD的工艺信息与管理系统集成框架如图4所示。

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    图4 基于MBD的工艺信息与管理系统集成框架

责任编辑:张纯子
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