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,設計知識的表達、獲取和管理困難,復雜零部件的關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)品設計過程中輸出的唯一結果,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)品信息和反映設計者意圖的同時,保證下游各應用環(huán)節(jié)可從模型中提取出所需要的數(shù)據(jù)信息以展開對應的工作。

MBD的主導思想是以產(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)全結構化,各業(yè)務系統(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在產(chǎn)品設計和制造過程中的應用。

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,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基準參考體系

基準參考體系包括基準和坐標系,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。

2.1.2特征實體模型

特征實體模型是實施MBD方法的基礎,精確地表達了產(chǎn)品的特征以及特征之間的拓撲關系。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,從設計和制造集成的角度可以將特征理解為零件設計的基本功能單元,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:主特征用來構造零件的主體形狀結構。按照特征的復雜程度又可分為簡單主特征和復合主特征。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、旋轉特征等與草圖有關的特征。②復合主特征:復合主特征是簡單特征的組合結構,是由簡單主特征經(jīng)鏡像、陣列、修建、復制、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、裝夾、尺寸、公差、粗糙度、精度要求、熱處理方法以及技術要求等。

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)構成一個數(shù)據(jù)集的規(guī)定標識,包括數(shù)據(jù)集的標識號1D(圖號)、標識文本(如標題或說明)、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,對應有"編制中""審查中""已批準""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?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)范及標準。(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)在異構平臺下不兼容以及網(wǎng)絡帶寬的限制,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)對操作人員的技術要求:與傳統(tǒng)制造模式相比,MBD環(huán)境下的技術人員要經(jīng)常參與協(xié)同設計,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)務環(huán)節(jié)的相關業(yè)務內(nèi)容有所了解。

4結語

基于MBD技術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廣為應用的趨勢。企業(yè)應根據(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)模式的轉型升級。