基于MBD的三维CAPP系统分析与实施

0 引言

    工艺设计是制造业不可缺少的重要环节，是提高产品质量和生产效率的关键所在，近年来，航空、航天、汽车、船舶、装备等行业发展迅速、竞争愈演愈烈，要求生产企业充分利用先进、成熟的技术和手段控制成本、提高质量、缩短产品开发与技术准备周期。作为数字化制造的基础和关键技术，MBD(Model Based Definition)是用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法，其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，作为数字化协同设计制造技术的技术信息载体。基于MBD技术可将原有的工具式CAPP(Computer Aided Process Planning)系统扩展为工艺规划与设计、仿真验证以及专业化仿真验证的制造过程管理平台，使得设计、工艺、工装等参与产品研制的各方能够在语义信息丰富、直观的三维可视化环境下进行并行工作，从而降低研发成本、缩短产品研制周期。

    国外发达国家在航空产品的设计制造领域，已实现了用现代设计与集成制造技术对传统生产方式的改造，洛克希德马丁公司在F35研制过程中采用了数字化制造技术，与采用传统方式相比，研制周期缩短至原来的1/3，降低研制成本约50%。波音公司在新一代航天运载工具的研制和C130的航空电子升级中，采用MBD/MBI缩短装配工期57%，使得产品定义内容到数据组织管理与流程控制等都发生了质的飞跃。近年来，国内数字化制造技术应用最普遍、成熟的是汽车和航空两个行业，尤其是航空、航天行业内的许多企业都已经将MBD技术应用于产品研发和生产中，并取得了一定的成绩，但与发达国家制造业企业相比，在应用深度和广度方面都存在很大差距。随着三维CAD技术的应用推广，企业迫切需要利用MBD更为强大的表现力和更易于理解的表达方式而将设计、制造融为一体的优势，实现三维数字化工艺规划、设计、仿真、检验与管理，以满足激烈市场竞争下产品研制不断缩短周期、降低成本的需要。文章意在研发基于MBD的三维工艺规划系统，打通三维CAD产品数据在设计、工艺、制造等部门的应用路径，实现三维数字化产品定义、工艺设计和数据应用，并在航天、汽车等高端制造业实现应用示范，对于提高我国制造业企业工艺创新能力、利用数字化制造技术进一步缩短产品研制周期、提升企业竞争力具有重要意义。

1 系统需求分析

    随着越来越多的制造业企业采用三维CAD进行产品设计，零件三维实体模型已经成为产品研制的基本选择，为了将三维设计向三维设计制造一体化转变，迫切需要一种更为高效的方式将三维设计信息传递到各使用方，同时，为企业提供一个集产品数据、工艺流程、设备资源和生产线布局为一体的管理平台，使产品研制人员协同工作，提高工作效率和质量，具体要求包括：