引言

在傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)過程中,工程圖被看作是實現(xiàn)產(chǎn)品生命周期中各個環(huán)節(jié)之間信息交流的"通用語言",作為產(chǎn)品信息的主要載體,工程圖最基本的作用是準(zhǔn)確、清楚、無歧義地記錄、表達和維護產(chǎn)品定義。但在二維研發(fā)模式下,設(shè)計知識的表達、獲取和管理困難,復(fù)雜零部件的關(guān)鍵特征屬性難以表現(xiàn),從而直接影響了產(chǎn)品研發(fā)水平的提升。

基于模型定義(Mode1-BasedDefinition,MBD)將三維實體模型作為傳遞產(chǎn)品信息的載體,實現(xiàn)了產(chǎn)品研發(fā)過程中各類數(shù)據(jù)的集成表達,可以有效解決上述二維研發(fā)模式中的各類問題。正因為如此,基于MBD的產(chǎn)品研發(fā)近年來得到了廣泛的重視,但MBD產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理有其特殊性,無法直接借鑒二維模式下的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理方法。鑒于此,本文開展了MBD產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理方法研究,并提出了具體的實施策略,為相關(guān)企業(yè)開展MBD產(chǎn)品研發(fā)提供借鑒。

1MBD的基本內(nèi)涵

MBD是一種新的基于CAD模型的產(chǎn)品全生命周期管理(ProductLifecyc1eManagement,PLM)策略,與傳統(tǒng)CAD模型僅包含幾何信息不同,MBD策略將產(chǎn)品全生命周期的全部信息整合到CAD模型中,實現(xiàn)對各種產(chǎn)品信息的統(tǒng)一管理。MBD模型是產(chǎn)品設(shè)計過程中輸出的唯一結(jié)果,也是貫穿于產(chǎn)品全生命周期過程中的唯一數(shù)據(jù)源。它在完整、全面地描述產(chǎn)品信息和反映設(shè)計者意圖的同時,保證下游各應(yīng)用環(huán)節(jié)可從模型中提取出所需要的數(shù)據(jù)信息以展開對應(yīng)的工作。

MBD的主導(dǎo)思想是以產(chǎn)品全三維實體模型為載體,集成表達產(chǎn)品生命周期數(shù)據(jù),從而提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達的直觀性,提升數(shù)據(jù)的傳遞效率,并降低數(shù)據(jù)管理難度。與二維產(chǎn)品數(shù)據(jù)相比,MBD產(chǎn)品數(shù)據(jù)可實現(xiàn)全結(jié)構(gòu)化,各業(yè)務(wù)系統(tǒng)可直接從中解析需要的數(shù)據(jù),避免了人為傳遞可能產(chǎn)生的誤差。實施MBD的目的在于抑制冗余的定義信息和工程圖,更方便地實施虛擬化生產(chǎn)制造,更有效地保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)的一致性,更好地支持計算機輔助技術(shù)在產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中的應(yīng)用。

2MBD產(chǎn)品數(shù)據(jù)集

MBD產(chǎn)品數(shù)據(jù)集是MBD產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達、管理的基礎(chǔ),本文參考Iso16792、AsMEy14.41、GB/T16772一1997、GB/T24732一2009建立了MBD數(shù)據(jù)集,如圖1所示,主要包括MBD三維模型和MBD數(shù)據(jù)集管理信息兩部分。

2.1MBD模型

MBD模型主要包括基準(zhǔn)參考體系、特征實體模型、注釋信息、模型/特征屬性信息四個部分。

2.1.1基準(zhǔn)參考體系

基準(zhǔn)參考體系包括基準(zhǔn)和坐標(biāo)系,用來確定MBD模型在三維空間的具體位置,是MBD產(chǎn)品模型的重要組成部分,也是實現(xiàn)產(chǎn)品特征建模的基礎(chǔ)。

2.1.2特征實體模型

特征實體模型是實施MBD方法的基礎(chǔ),精確地表達了產(chǎn)品的特征以及特征之間的拓?fù)潢P(guān)系。特征是一種綜合概念,是產(chǎn)品開發(fā)過程中各種信息的載體,從設(shè)計和制造集成的角度可以將特征理解為零件設(shè)計的基本功能單元,每一類特征的加工方法和制造手段都基本類似。

按照特征在設(shè)計過程中的作用可將其分為主特征、輔助特征和輔助幾何元素三部分。(1)主特征:主特征用來構(gòu)造零件的主體形狀結(jié)構(gòu)。按照特征的復(fù)雜程度又可分為簡單主特征和復(fù)合主特征。①簡單主特征:包括孔特征、槽特征、軸特征等基本體素以及放樣特征、掃掠特征、拉伸特征、旋轉(zhuǎn)特征等與草圖有關(guān)的特征。②復(fù)合主特征:復(fù)合主特征是簡單特征的組合結(jié)構(gòu),是由簡單主特征經(jīng)鏡像、陣列、修建、復(fù)制、布爾運算等操作得到的,如周向均布孔、矩陣陣列孔、同心孔等。(2)輔助特征:輔助特征是對主特征及其他輔助特征的修飾或細(xì)化,如螺紋特征、倒角特征、圓角特征、肋板特征等。(3)輔助幾何元素:輔助幾何是在產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)中只表達設(shè)計要求而不表示產(chǎn)品物理部分的幾何元素,如表示幾何公差方向及線輪廓度方向的表征線素等。

2.1.3注釋信息

注釋信息是指視圖、基準(zhǔn)、裝夾、尺寸、公差、粗糙度、精度要求、熱處理方法以及技術(shù)要求等。

2.1.4模型/特征屬性信息

屬性是用來獲取沒有在MBD模型中直接顯示出來的附加信息,是對產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的完善和補充。屬性可通過文本、表格或其他方式來表達。

2.2數(shù)據(jù)集管理信息

數(shù)據(jù)集管理數(shù)據(jù)分為三類:初始數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)和使用數(shù)據(jù)。

2.2.1初始數(shù)據(jù)

初始數(shù)據(jù)構(gòu)成一個數(shù)據(jù)集的規(guī)定標(biāo)識,包括數(shù)據(jù)集的標(biāo)識號1D(圖號)、標(biāo)識文本(如標(biāo)題或說明)、修訂信息、數(shù)據(jù)集合類型、大小及版本語言等。

2.2.2狀態(tài)數(shù)據(jù)

狀態(tài)數(shù)據(jù)是有效使用數(shù)據(jù)集所必須的附加數(shù)據(jù)。一個數(shù)據(jù)集在其生命周期中要經(jīng)歷開發(fā)、驗收、頒發(fā)、存儲和修改等不同的階段,對應(yīng)有"編制中""審查中""已批準(zhǔn)""已發(fā)布""已撤銷"等生命周期狀態(tài),每個狀態(tài)中數(shù)據(jù)集的功能和效力是不同的,也直接影響到對數(shù)據(jù)集文件的使用。

2.2.3使用數(shù)據(jù)

使用數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)集的用途及使用記錄,包括用途信息、用戶信息、預(yù)訂信息和使用記錄。

3MBD產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理實施策略

MBD產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理實施策略主要包括:(1)數(shù)據(jù)的管理:產(chǎn)品全生命周期過程中的全部信息都通過MBD數(shù)據(jù)集來表示,這與傳統(tǒng)的發(fā)放紙質(zhì)工程圖的過程大為不同,從而給現(xiàn)有的文檔管理系統(tǒng)和管理方法提出了很高的要求,必須實施適當(dāng)?shù)姆椒▉砉芾砗陀涗汳BD數(shù)據(jù)集的執(zhí)行和修訂過程。(2)數(shù)據(jù)的訪問和可視化:下游用戶(包括供應(yīng)商和消費者)一般沒有昂貴的CAD軟件可供使用,因此需要一個廉價的輕量級可視化工具使用戶可以讀取和使用MBD數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)。(3)數(shù)據(jù)的內(nèi)容:二維工程圖經(jīng)過長期的發(fā)展演變已成為一種法律文件,MBD中的數(shù)據(jù)不僅要包含二維工程圖中的所有信息,還需要制定數(shù)字化環(huán)境下產(chǎn)品數(shù)據(jù)定義和表達的規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)。(4)數(shù)據(jù)的交流:由于CAD軟件生成的三維模型數(shù)據(jù)量大、不同CAD系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在異構(gòu)平臺下不兼容以及網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制,原始三維模型數(shù)據(jù)的交換和共享具有困難。通過建立輕量化三維產(chǎn)品定義模型可以有效解決這一問題,但目前的輕量化格式還存在兼容性差、表達能力有限、加工特征難以提取等諸多問題。(5)數(shù)據(jù)的安全:需要建立一個機制來確保在對MBD數(shù)據(jù)集進行訪問、交換、交互操作過程中數(shù)據(jù)的安全性(機密性、確定性、完整性和權(quán)威性)。(6)數(shù)據(jù)的保存:根據(jù)現(xiàn)有的二維圖管理行規(guī),產(chǎn)品數(shù)據(jù)可以保存幾十年,如何在數(shù)字化環(huán)境下有效地保存產(chǎn)品定義以便重用數(shù)據(jù)就顯得尤為重要。(7)對操作人員的技術(shù)要求:與傳統(tǒng)制造模式相比,MBD環(huán)境下的技術(shù)人員要經(jīng)常參與協(xié)同設(shè)計,因而不僅需要熟悉本環(huán)節(jié)的知識,還需要對上下游業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的相關(guān)業(yè)務(wù)內(nèi)容有所了解。

4結(jié)語

基于MBD技術(shù)的制造模式是未來制造模式發(fā)展的一個必然趨勢,但實施起來也將是一個長期、復(fù)雜而艱巨的過程。盡管在現(xiàn)實中還存在很多亟待完善的問題,卻不能阻止MBD廣為應(yīng)用的趨勢。企業(yè)應(yīng)根據(jù)自身條件部署MBD實施戰(zhàn)略,從而盡早完成產(chǎn)品研發(fā)模式的轉(zhuǎn)型升級。