基于MBD的产品工艺协同设计关键技术应用

　　本文以Pro/ENGINEER为平台，采用ProToolkit与VC++进行组合开发，介绍了基于MBD的产品与工艺的协同设计中的关键技术，详细介绍了三维模型标注技术、三维机加工艺设计技术、三维焊接装配工艺设计技术、三维钣金工艺设计技术、三维工艺可视化发布技术以及三维模型质量检测技术的应用。
　　一、引言
　　随着数字化设计技术的逐步应用和推广，越来越多企业认识到产品工艺协同设计在推广数字化设计模式中的重要性。数字化设计过程中的设计工具、建模过程、模型质量、装配质量以及数字化产品数据命名、管理、审签、归档和更改等方面都迫切需要进行规范和约束。这些标准与规范必须能够系统和全面地协调整个工程机械装备的数字化设计活动，并在体系框架层面进行规范和约束。若不能及时系统地开展数字化设计标准的研究和编制，将会显著影响整个企业共享设计平台的推进和深化发展。
　　实施全三维数字化设计，首先有相应的标准作应用规范化支撑，其次必须构建开发对应的全三维研发工艺协同设计系统，以提高设计、工艺的效率，节省产品研制成本。图1所示为所需开发构建的全三维研发工艺协同设计应用平台的流程架构。该平台包含有“三维模型标注技术”、“三维机加工艺设计技术”、“三维焊接装配工艺设计技术”、“三
　　怠速工况1.5阶燃烧激励频率为21.3Hz时，此频率下绕X方向振动传递率优化后明显下降，从138.7%降低到84.2%；Z方向振动传递率也有一定程度降低；怠速工况1阶不平衡往复惯性力矩的激励频率为14.2Hz，此频率下绕X和z方向振动隔振率优化前后变化不大。因此振动传递率仿真表明：优化后动力总成悬置系统隔振性能得到提高。
　　六、结语
　　叉车动力总成悬置系统的设计有一定难度，特别是针对三缸发动机而言，需要同时考虑1阶、1.5阶发动机振动激励的隔振，也要兼顾六个方向振动模态能量解耦，还要控制发动机启动时的抖动。因此必须要利用优化设计方法，在有限的设计空间内，探索最优的设计方案，本文利用的遗传算法是一种高效的全局优化算法，可以快速找到动力总成悬置系统全局最优设计方案，具有很高的工程应用价值。维钣金工艺设计技术”、“三维工艺可视化发布技术”和“三维模型质量检测技术”。下面将具体介绍每个技术的体系架构和具体应用。
　　二、产品工艺协同设计关键技术应用
　　1.三维模型标注技术
　　该技术是将设计过程中用到的尺寸标注、公差标注、表面粗糙度标注、螺纹标注、几何公差标注及技术要求标注等设计信息进行集成开发，并将这些符号、参数信息标注到相关模型中。
　　建立三维模型标注前，首先将国家标准、行业标准、设计手册以及企业标准中的数据、参数、设计公式集成到程序中。建立基于MBD三维标注的表面粗糙度标注、几何公差标注、焊接符号、技术要求标注等符号，并存储到数据库中。所有标注的符号均要与图元相关，即在修改模型、图元时符号图元的相对位置不变。系统维护方便，企业能自由添加相关数据。
　　该平台一部分采用Pro/ENGINEER系统提供的ProToolkit二次开发函数进行二次开发，另一部分采用Pro/ENGINEER系统本身的自定义符号进行符号库的建立，最终两者结合实现三维模型标注功能。此外该系统提供一个统一的升级服务，方便后期程序功能增加后的程序升级，这样不需要每个客户端分别安装升级包，只需要对升级服务器进行设置所有客户端均能自动升级。
　　本系统采用VC++和Pro/Toolkit进行组合开发，以菜单形式加载到Pro/E中，部分程序示例界面如图2～6所示。
　　2.三维机加工艺设计技术
　　建立一个基于三维模型的机加工工艺信息系统，实现设计、工艺、制造使用相同的数据源，突破设计、工艺和制造之间的信息孤岛。
　　系统总体目标是固化机加工工艺信息符号，规范机加工工艺信息表达方法，实现机加工工艺信息在三维模型中表达，实现机加工工序模型可視化发布，实现机加工工艺卡片的自动产生，实现机加工工艺审批流程，实现制造车间无图化浏览。该系统总体架构如图7所示。
　　系统层：主要是配置全三维钣金工艺设计时所需的计算机软硬件环境，包括计算机硬件配置、网络环境配置及相关的软件、数据库配置等，如PDM、ERP等。
　　数据层：该层主要是合理存储三维机加工工艺设计过程中所产生的机加工工艺参数、符号及特征信息等。
　　平台层：该技术主要基于三维建模软件Pro/E和轻量化插件ProductView。对于机加工MBD工序模型的构建主要基于Pro/ENGINEER的机加工工艺信息标注模块、工序模型构建模块、工序组织与特征关联模块进行开发定制，而对于MBD机加工工序模型的可视化网页发布主要基于ProductView进行开发实现。
　　应用层：该层主要是在平台层基础上，利用平台层相关软件的底层开发接口函数，进行机加工工艺设计过程的全三维化，包含有机加工工艺参数的三维化标注、工序特征的快速构建、工序组织与特征关联、MBD机加工工序模型的构建及网页化发布等。
　　工艺符号库：基于Pro/ENGINEER建立的工艺信息表达符号库。工艺信息标注：基于Pro/ENGINEER的三维快速标注工具。工序模型构建：基于Pro/ENGINEER的三维工序模型构建工具。工序模型发布：基于Pro/ENGINEER的工序模型发布工具。PDM扩展：基于Windchill的模型数据与发布流程管理。
　　系统管理：B/S架构工艺信息管理与维护接口。应用模块：B/S架构供最终用户使用浏览的接口。
　　本系统采用VC++和Pro/Toolkit进行组合开发，结合国标中的加工符号简化画法，进行组合设计，将机加工工艺信息以符号形式标注到模型中，程序以菜单形式加载到Pro/ENGINEER中，部分程序示例界面如图8所示。

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