面向三维工艺的工艺信息表达及技术研究

    随着三维计算机辅助设计技术的深化应用，基于MBD（Model-Based Definition，基于模型定义）技术开展三维工艺设计已经成为研究热点。

    MBD技术是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法体，通过一个完整的三维实体模型表达产品信息中的几何形状信息、尺寸、公差和工艺等信息。国内航空企业逐步开展基于MBD技术的产品设计制造，将MBD模型作为制造的唯一依据并取得一定进展，但仍然存在许多技术瓶颈。目前工艺部门仍以基于图样的二维工艺设计方法为主，以二维图样为主要的信息传递媒介，具体体现在基于二维视图的工艺设计知识的表达、获取、组织与管理比较困难，不能有效地总结设计经验和设计方法；复杂产品以及零部件的关键特征属性难以在二维视图中表现，这使得工艺性评价以及审查流于形式；三维CAD/CAM系统往往建立在统一信息平台上，而基于二维CAPP平台的工艺设计无法共享统一的三维产品模型，无法在统一的数据管理平台下进行数据管理。

    可以说，传统的工艺设计逐渐与上游的全三维数字化设计和下游的先进制造工艺及装备不相适应，存在着无法有效利用设计模型信息、数据共享困难、设计知识获取和管理混乱等问题，成为数字化制造瓶颈司题。

    实现工艺信息的表达及管理是三维工艺设计的关键目标之一。目前国内的研究主要集中在三维工序模型构建、工艺信息表达方法和CAD/CAPP系统集成等方面，这些研究为三维工艺设计过程中工艺信息的表达和管理奠定了基础。

一、机加工零件工艺模型逻辑结构

    传统的二维工艺设计过程中，三维模型仅表达零件的几何形状信息，而面向制造过程的尺寸、公差、几何精度和表面粗糙度等非几何信息则通过图样传递，不能与三维模型特征直接关联，制造人员需要花费大量时间去消化图样和工艺卡片。

    MBD模式下，面向制造过程的零件工艺模型是生产制造的唯一依据，尺寸、公差、表面粗糙度以及工艺设计信息等与三维模型紧密关联，制造人员可以直接在模型上获得对应特征的工艺信息用于加工制造，取代图样和工艺卡片，实现无纸化制造。基于模型的工艺信息规范表达是其中的关键技术之一，如图1所示。

图1 机加工零件工艺模型逻辑结构

    零件工艺模型作为工艺信息载体，是以零件工序模型为基础，工艺规程为主线，附加零件的属性信息而构成。

    一个工序模型由工序、标注和模型三部分构成。工序对应着零件本道工序的编号、名称、加工特征的名称及编号、单/多工步、工装及工时定额等信息（若工序仅包含一个工步，工序信息等同于工步信息）。工序节点下，工步包含本道工步名称、工装、工艺符号及工时定额等工步信息；工艺符号表达了本道工步需要加工特征的数量及区域、采用的加工设备、加工方法类型、刀具类型、刀具几何参数、加工参数、切削液以及工步序列号，并通过三维标注实现工艺信息与特征、工步节点的关联；将工步名称、工艺符号等工步信息与模型关联特征封装成工步模型，并在此基础上聚合成工序节点。