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一体化三维工艺设计在复杂电子装备中的应用

2017/10/31    来源:互联网    作者:吴欣      
关键字:模型定义技术  三维工艺  一体化  工艺物料清单  产品数据管理  
军用电子装备行业研制生产并线,产品结构复杂。为打通三维模型在设计制造端的传递和应用,文中在数字化样机工程基础上,提出了基于模型定义(Model—based Definition,MBD)技术的设计制造一体化集成研制框架,并在复杂电子装备行业进行了应用。重点阐述了一体化三维工艺设计的系统架构和业务框架,对系统的工艺物料清单(Process Bill of Material,PBOM)设计管理、三维工艺设计等过程进行了详细描述。应用结果表明,该系统可以提高上下游交互程度,提升设计制造一体化水平,可为设计制造一体化推进工作提供参考。

    引 言

    基于模型定义(Model-based Definition,MBD)技术是产品数字化定义的新方法,其核心内容是产品的几何模型,所有相关的工艺描述信息、属性信息和管理信息(包括零件表)等都附着在产品的三维模型中。它是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法,详细规定了三维实体模型中产品尺寸、公差的标注规则和工艺信息的表达方法。MBD改变了传统由三维实体模型来描述几何形状信息以及用二维工程图纸来定义尺寸、公差和工艺信息的分步产品数字化定义方法,使三维实体模型作为生产制造过程中的唯一依据,改变了传统以工程图纸为主、以三维实体模型为辅的制造方法? 。

    美国波音公司作为上游企业,在2004年启动的波音787项目中,从设计开始,在合作伙伴中全面推行MBD技术,即在3D模型中包含产品形状以及全部制造特征在内的信息,并在管理中完全以3D模型为设计制造的唯一依据。在波音787项目的带动下,波音公司及其主要承包商实现了向MBD制造技术体系的过渡。

    1 需求分析

    目前我国企业大多采用三维模型+二维图纸的产品数字化定义方式,由于设计、制造工程师缺乏对数字化产品非几何信息定义的统一认同形式,因此采用三维模型表达几何信息,工艺、制造、属性和管理信息仍以二维工程图作为表达方式。即便对于数控机加工类零件,也需要将三维数模转化成二维图纸,以便遵循传统的制图标准将仅靠形状无法表达的非形状信息标示在二维图上。由于产品数据定义以二维和三维形式来共同表达,因此下游用户(如工艺、工装和检验)在工作之前要花大量的时间和精力认真阅读三维数模和二维图样。特别是对于较复杂的结构零部件,有时会存在二维与三维不一致的问题,甚至个别零部件有时用二维图纸和文字都难以描述清楚。这使得设计生产间的协调、更改和返工较多,影响生产效率,难以完全发挥数字化技术在设计制造中的优势。

    国内航空业在设计端率先应用了MBD技术,但在工艺设计阶段由于缺乏成熟的软件系统作为支撑,未能实现设计制造的一体化。军工电子行业由于自身的特殊性,存在典型的多型号、多状态、小批量、多批次、预研与批产并存的复杂生产状况,面对产品研制任务越来越艰巨、研制周期越来越短和产品质量要求越来越高的新常态,缺乏可供借鉴的成熟产品数据管理(Product Data Management,PDM)系统。本文以数字化样机工程设计制造一体化项目为背景,探索基于MBD的设计制造一体化研制系统在军用电子装备中的应用,提出了一体化的数字化集成研制框架,并进行了应用实施。

    2 三维工艺系统框架

    基于现有的PDM系统,搭建基于三维设计模型的工艺设计管理系统,形成面向三维模型定义的工艺设计能力,建设内容涵盖工艺设计、工艺物料清单(Process Bill of Material,PBOM)设计管理、工艺任务分工、定额管理、工装设计管理和工艺基线管理等业务。一体化三维工艺系统总体架构如图1所示。实现基于PBOM的结构化的工艺数据管理,为ERPMES等生产组织信息系统提供工艺支撑数据。

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    图1 一体化PDM系统总体架构

    实施一体化的三维工艺设计管理平台后工艺设计管理业务的框架如图2所示。统一的工艺设计管理平台实现对工艺设计各个业务的管理,实现基于三维设计模型的三维工艺设计,并实现基于全三维的工艺设计文件在制造现场的可视化展示。由于一体化的工艺设计管理数据源的唯一性,从设计、制造到管理以及检验信息都依据一系列的MBD规范统一定义在三维数模中,因此三维数字化模型成为设计、制造和管理的唯一依据。

    3 三维工艺系统的应用实施

    3.1 三维工艺系统管理业务框架

    采用一体化的工艺设计管理平台实现基于三维设计模型的工艺设计各核心业务的管理。实施一体化的设计制造管理平台后的业务框架如图2所示。通过三维工艺设计管理平台实现基于全三维的工艺设计过程管理,实现基于全三维的工艺设计文件在制造现场的可视化展示,实现在统一数据源的基础上,工艺设计环节与产品设计、制造环节相关系统的紧密集成。

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    图2 三维工艺设计管理平台业务框架

责任编辑:张纯子
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