全三维工艺设计系统研究与开发.docx

摘?要：

针对目前二维工艺设计中存在的设计数据重用度低、工艺设计数据表达不直观等问题，研究了全三维工艺设计技术及系统，以全三维设计模型为唯一数据源，基于NX和Teamcenter系统实现设计数据下发、工艺路线编制、工序模型构建、三维工艺文件发布及现场展示等功能，为全三维工艺设计提供了整体解决方案。

关键词：

全三维；工艺设计；解决方案

0?引言

工艺设计是产品生命周期的核心环节，工艺设计的质量和效率将对产品的最终交付质量及周期产生重要影响。传统的二维工艺设计模式下，工艺人员需要将产品三维设计数模转换为二维设计图样，基于此开展工艺路线设计、工序图绘制、工艺发布等工作。该模式下并没有直接重用产品三维设计数据，且三维向二维的转换过程中易产生人为误差，从而影响设计数据向工艺端的准确传递。此外，二维工艺存在表达不直观的问题，无法满足数控加工编程、数控仿真等业务环节对工序模型的需求。

本文针对以上问题，开展全三维工艺设计技术研究。以全三维设计模型为唯一数据源，实现了全三维设计模型的重复利用，基于NX和Teamcenter系统实现设计数据下发、工艺路线编制、工序模型构建、三维工艺文件发布及现场展示，可直观表达复杂工艺特征，生成的三维工序模型可直接用于数控加工编程及仿真业务，为全三维工艺设计提供整体解决方案。

1?全三维工艺总体框架及业务流程

1.1?全三维工艺总体框架

全三维工艺以三维模型为基础，利用MBD技术覆盖产品设计、产品制造等产品全生命周期的过程，使各个阶段的各种信息能够被准确地定义到以MBD模型为核心的技术数据包中，并始终保持上游的MBD模型能够被下游直接重用，一直拓展到生产现场。基于MBD的建设方案，是通过综合利用以NX为基础的MBD定义工具、Teamcenter支撑的MBD企业产品全生命周期管理平台，有机形成从设计、工艺到制造的全面MBD解决方案体系，包括：基于模型的产品设计、基于模型的工艺设计、基于模型的CAM加工与仿真、基于模型的质量检测、基于模型的现场制造、基于MBD的标准和规范等。通过各种专业的MBD能力灵活应用与组合，有效提升产品的制造质量和效率。全三维工艺总体框架如图1所示。

1.2?全三维工艺总体业务流程

全三维工艺以设计MBD模型为统一数据源，打通MBD设计数据接收、工艺BOP结构树搭建、工序MBD模型构建、工艺电子化审批等业务环节（图2），从而有效缩短整个产品研制周期，改善生产现场工作环境，提高产品质量和生产效率。

2?全三维工艺关键技术

2.1?基于Teamcenter的MBD设计模型下发与接收

二维工艺设计模式下，设计数据下发的流程为：

（1）各设计单位使用NX软件生成产品的三维设计模型，并运用NX二维制图模块将三维模型转化为二维设计图；

（2）三维设计模型和二维设计图经审批流程后，通过Teamcenter平台将三维设计模型和二维设计图发送给档案部门，由档案部门负责归档，并打印晒蓝的二维纸质设计图；

（3）制造部门接收二维纸质设计图，并进行工艺分工，开展工艺编制活动。

这种设计数据下发模式存在以下问题：

（1）数据源不统一，产品设计数据用三维数模描述几何形状信息，而用二维工程图纸来定义尺寸、公差、技术要求等信息，版本管理较为烦琐，不利于在工艺阶段对设计数据的重用；

（2）以纸质二维图为载体进行设计数据的传递，设计信息表达不直观，传递效率低，需要耗费较多的人力，同时造成大量的纸张浪费。

通过在设计端采用MBD技术，将设计实体模型、尺寸公差、技术要求等所有信息统一在MBD设计模型中表达，实现数据源的统一，工艺人员可直接重用设计MBD模型进行工艺设计；同时，基于Teamcenter平台发放与接收设计数据，工艺员在Teamcenter系统下可直接查看并接收设计MBD模型（图3），并将其用于工艺编制阶段，从而实现设计数据的快速传递。

2.2?基于Teamcenter的工艺BOP搭建

与传统的非工艺相比，工艺具有以下优点：

（1）工艺保留了不同层次、不同类型工艺数据的层级结构和关联关系，有利于对数据进行有效管理，同时可有效提高数据的重用效率；

（2）对工艺数据的结构化，有利于计算机程序对工艺数据的快速解析和调用。

通过对工艺编制业务进行分析和梳理，基于Teamcenter平台开发了工艺搭建软件工具，该软件工具可实现工艺编制环节对产品信息的自动集成，并通过提供下拉式选择、自动过滤筛选等功能，实现工艺、工序信息的快速录入，减少了工艺人员的操作内容，并能实现工艺资源的快速调用，从而大大缩短了工艺BOP（图4）的搭建周期。

2.3?三维工序模型快速构建

对于工序模型的设计有两种方式：方式一，使用WAVELINK方式创建，这种方式可以保持设计模型与工序模型的关联、工序间模型的关联；方式二，采用导入设计模型或