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基于MBD的数控加工工艺技术研究

2017/12/20    来源:互联网    作者:张文祥  张永健  董路平      
关键字:MBD  协同  数控加工工艺  结构化艺设计  
针对传统数控加工工艺设计面临的问题,提出在基于MBD (Model Based Definition)的设计与工艺协同的新模式下,实现工厂工艺资源管理、数控加工工艺设计、工序模型的创建及三维标注、结构化工艺设计、三维作业指导卡的发布等一体化管理与应用。结构化工艺设计技术的应用将极大地缩短产品研制生产周期,为全面推进工厂的数字化建设提供了保障。

    航天产品制造作为我国制造业的重要组成部分,其发展对国家制造业的水平起着重要的推动作用。推进航天制造技术的信息化建设是国家的一项重要战略举措,为响应国家的号召,大力发展生产和管理创新、缩短产品的科研生产周期和降低生产成本,工厂提出了适应发展需要的数字化工厂建设目标。其中,三维工艺技术是一项重要环节,即结合工厂的实际情况,研究采用目前先进的产品生命周期管理模式,构建基于MBD(Model Based Definition)的三维协同结构化工艺设计管理平台,改进传统产品工艺设计过程和管理方法,最终完成平台与ERP/MES/DNC等系统集成,打通工厂信息流传递,实现数字化工厂的信息化建设整体目标。

1 三维协同的提出

    在传统航天产品的科研生产过程中,设计与制造部门长期分离且使用的平台不统一,与产品相关的三维模型、设计技术条件、工艺要求等信息需通过转换才得以相互传递,即设计部门把三维模型转换为带图号、名称、材料、阶段等信息的二维工程图下发至生产单位,工艺部门通过再建模技术完成三维工艺模型的创建,以满足数控加工流程的设计和CNC程序输出。这种模式下的信息转换比较繁琐、可协作性低、一致性差,在三维模型和二维图的相互转换过程中,还会出现技术人员制图、识图不准确导致出图或建模出错,将会造成严重的质量问题。

    传统技术状态的变化是采用电子邮件或打印纸质的更改单进行签署、分发,更改单通常难以及时传达到工艺人员的手中,产品的有效版本控制也较为困难,造成协同管理效率低下,严重影响了产品的研制周期和产品质量。

    如图1所示,通过在生产与设计部门之间建立基于MBD的产品设计和工艺设计协同的平台进行产品管理。可有效解决此类问题:一方面,平台可以消除设计和生产部门之间的信息孤岛。设计部门基于MBD的方式完成设计建模,在零件的三维模型上完整定义产品的设计、工艺、管理等信息,经协同发布与接收后,工艺部门继承使用基于MBD的三维设计模型完成工艺设计,整个研制过程中,实现了设计和生产之间的单一数据源传递,避免了三维模型与二维图纸之间的信息冲突,工艺模型准确性可得到有效保证,减轻了技术人员的工作量;另一方面,设计变更和版本控制更简单有效。设计变更签署结束后,平台将自动完成下发,及时通知生产单位及人员对相应的环节进行更改,更改记录和版本的可追溯性强,变更实施过程中,生产部门能快速作出响应并及时反馈落实情况,技术状态得到闭环控制,设计与生产部门的协同能力得到极大的改善。

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    图1 三维协同结构化工艺设计平台

2 工艺资源管理

    工艺资源是执行产品加工、检验、包装等生产活动的人、器件、设备等实体,包括刀具、量具、工装、工艺物料、工作中心、技能人员等。目前大部分企业的工艺资源基本都是采用台账的方式记录,其管理混乱、共享困难,技术人员在工艺准备过程中无法直接、准确的获取工艺资源,工作效率低下。此外,由于航天企业单件小批量生产模式的特殊性,其工艺技术相对复杂,对应的工艺资源种类和数量较多,如果缺乏对工艺资源的详细分类和统一有效管理,现场经常会出现资源分配不合理或实际生产过程中找不到资源等情况,造成前期生产准备时间与数控加工时间的比例严重失调,难以发挥数控加工设备或数字化生产的整体效用。

    以分类属性来定义不同类型的工艺资源,并按一定的规则进行编码,根据其所属关系采用结构化的方式来管理,实现了三维协同结构化工艺设计平台下工厂工艺资源库的创建,如图2所示。所有工艺资源的技术信息全部纳入系统进行参数化管理,如机床工作台的基本尺寸、工作台的行程、主轴最高转速等,刀具库将最终与车间立体库集成实现刀具出入的自动化管理。工艺资源库的创建实现了工厂工艺资源的共享和快速获取,提高了工作效率。

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    图2 工厂工艺资源库

3 结构化工艺设计

3.1  数控加工工艺设计

    在三维协同结构化工艺设计过程中,工艺模型和设计模型的一致性是基础,基于MBD模式下的数控加工工艺设计流程如图3所示。通过协同,工艺技术人员可直接使用已受控的设计模型生成工艺模型进行数控加工设计。如图4所示,生成的工艺模型完全继承了设计模型的尺寸和参数等信息,避免了因生产部门再建模引起与设计建模之间的差异,两者的一致性得到了有效保证。

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    图3 基于三维模型的结构化工艺设计流程

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    图4 基于MBD的工艺模型

责任编辑:张纯子
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