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1、MBD MBD技术在设计与制造协同过程中的实践2020-01-12 原文以下文章来源于PLM之神，作者张文祥张宝PLM之神PLM之神是e-works旗下PLM栏目的专设公众平台，为您带来PLM产品创新数字 化领域前沿炫酷的资讯、技术、教程和实施案例！原创张文祥张宝PLM之神导读：以MBD技术为核心，以PMI报表数据为纽带的数字化产品设计制造的 实践方法，在数字化工厂的广泛使用，特殊是在简单产品的研发、生产中，构成 全局的信息管理和决策树，将为企业节省大量工期和费用。作者：艾牌张室r来源：e-works0前言随着工业与信息化的快速融合与进展，高效数字化生产日渐成为企业进展趋势。MBD为第三代制造
2、设计言语，其基于文档的过程驱动和基于特征的三维表达，与学 问库、过程模仿无机结合，读写便利，使设计和制造的一体化成为可能。设计和制造 信息共同定义的产品数字模型，其三维参数技术保证了海量设计数据的独一性、精确 性、共享性，为数字化车间实施供应了参数保障。国内对MBD各子系统的单独使用 已较普遍，但对MBD协同的使用还不成熟,尚处于技术争辩阶段，亟需对MBD在 设计与制造的辩证关系和实践策略进一步加深争辩。1 MBD概述MBD技术是指将产品信息定义到产品数字模型中，产出数字享生产品，构成保证产 品数据独一性的数字化设计与管理体系，如图lo早在1997年，波音公司就开头争 辩MBD技术的标准，其数
3、字化设计与制造方法的使用大幅削减关联模型重构耗时， 限制或衰退因重构惹起的出错，实现工艺过程的虚拟验证和拆卸仿真，大幅提升数据 重用，为智能制造奠定数据支撑。相对只能进行局部阶段性的表述的卡片式工艺设计，结构化工艺设计优越性次要体现 在：高效的数字化作业不受设计树结点、设计区域和时间阶段的限制，大幅降低人力需 求，缩短工期，降低成本；垂直的模块化关联设计树，模块化创建、修改、报备、传递、关联等，能对全局管 理；快速联动的工艺设计、管理。纸质工单作为描述性工作任务单据，只能独立表述单个或几个任务的具体作业，缺乏 时间上的阶段性和全体性的规划分析，因此，远不能满足数字化作业对现场指点的时 效性需求
4、。相对纸质工单，可视化工单优越性次要体现在：依据工艺BOM制定，对工程进行实时跟踪；如图17 ,实时场景式表述，可实现基于现场视图的快速管理（创建、修改、报备、 反馈、审核等）；愈加机警，可据实际情况进行权限设定，如图18 ,基于管理员权限进行任务自动安 排。功能模块化，工单数据的重用度大幅提高，可实现关联工序的选择调用；图17基于MBD可视化工单的现场反馈图18基于权限的工单管理6 CMM数字化检测与质量把握6.1基于MBD的CMM质量是产品满足用户需求的关键目标。产品功能、使用和储存寿命、产品功能、平安 性、外观等，是厂商实施质量检测的核心目标。传统的人工检测对数据的利用率过低，很难满足P
5、LM对数据的重用需求。仅尺寸检 测就会消耗大量时间，信息传递在制造与质检、质检与设计、工艺等部门之间的数据 反馈严峻滞后，降低了检测效率，影响了产品的PLM的高效实施。CMM (Coordinate Measuring Machining )检测技术，通过软件自动读取产品MBD 数据，生成检测设备能自动读取、识别、执行、报备的DMIS等格式文本，作为测量 标准值。将实际值与标准值差值与标准公差进行比较，依据差值大小评估该产质量量 优劣。如图19 , CMM将基于MBD的设计、制造、检验的数据传递链路，完整地统 起来。r |散字化的MBD祺型I敷字化 恩秒数字化设H5M造J1* I舫图19基于M
6、BD的数字化设计、制造与检测6.2数字化检测的基本流程在MBD实施进程中，被测量客体次要集于几何外形、面积、面粗糙度、长度、高程、角度、形位公差等上。由于不同品种、不同数量的几何量的累积，被测量在MBD模型中表现品种繁多的特点，因此要想实现CMM自动化，必需对MBD数据 链路进行争辩。配备数字化测头、量具、量仪和数据处理软件的设备，基于计算机协助检验规划 CAIP ( Computer Aided Inspection Planning )的 MBD 检测工艺，集成了检测 工艺规划、过程把握、报告生成的数字化检测系统。如图20 ,基于检测规范及要 求，对MBD模型实施关键特征检测并进行数据抽取
7、，生成GD&T;工艺路径规划及 CNC程序进行后置处理后，实施基于DMIS等文件的CMM测量，将测量数据和测 量要求和数据处理规范组合编制为测量报告。检测爆范及要求模型抽取数据路役规划及CNC编程测量报告图20基于MBD的检测信息驱动CMMCMM作为数字化设计、制造的后期反馈，是实现MBD作为独一信息驱动的重要环 节。6.3数字化检测的数据来源MBD模型作为数字化检测的次要检测依据，模型数据库、结构特征库、标准规范 库、检验项目库、检验方法库、检验工具库和检验规划学问库组成数字化检测的数据 来源。MBD模型数据库。检验结构特征库：点、线、面、孑筋等。标准选用规范库：HB5800、HB7552、
8、企业标准、企业规范、机型通用技术准绳检验项目库：高程、筋宽、孔位置、直径、同轴度、型面轮廓度等。检验方法库：机械测量仪、光学测量、微波测量、气动式测量、声学测量、IGPS扫 描等。检验工具库：坐标测量机、激光扫描系统、涡流测厚仪、室内GPS等。数字化检测的关键特征次要集中于形位公差（GT&D ）。依据要素的单一和关联分 类，分为包括集几何元素的单一类型、包括轮廓（Profile ）、反向 （Orientation ）、跳动（Runout ）、位置（Location ）的关联类型、包括晶粒度 等的结构类型。6.4检验卡片的关键把握特征生成关键把握特征的数字化检验依靠于数据的重用，而实现对数据的重
9、用必需对MBD模 型的恒定特征要素进行标准划分。基于MBD数据集抽取的检测对象，依据特征的来 源（三维模型、技术要求、设备容许参数等）、检验工序划分（时序、坐标、设备、 方法等）、检验输出结果（工序生成、排序等）可得出CMM可读取的检验卡片文件 （关键特征表、关键特征检验时序表、单一特征检验实现方法等）。7结论与展望以MBD技术为核心，以PMI报表数据为纽带的数字化产品设计制造的实践方法，在 数字化工厂的广泛使用，特殊是在简单产品的研发、生产中，构成全局的信息管理和 决策树,将为企业节省大量工期和费用。在我国工业2025的战略要求下，MBD技 术在设计与制造协同过程的广泛使用将大幅提升我国配备
10、制造全体水平。先进制造业+工业互联网在我国数字化技术相关政策支持下，MBD技术逐渐使用，但设计与制造协同并不能 无效实施。次要表现为：MBD规范未统一。行业规范尚处于争辩阶段，上下游协作成员在信息沟通、共享等 方面存在很大偏差，使得设计无法完全依据需求进行定义。GB/T疏15廉，昭三尊宅横强瑕阳础主GB/T247E”汕9品丈忤 跃若&.心图MBD技术标准体系短时间无法构成基于MBD的生产体系。制造数据的信息化是伴随PLM(ProductLife-Cycle Management)消灭的生产方式。由于其颠覆了传统生产方式，专业MBD技术人员的严峻缺乏致企业无法全面实施该技术。2 PMI协同产品制
11、造信息PMI,即全部尺寸、公差与协作等制造信息，按规范直接标注在三维模 型上的标注方式(图2),使产品团队能够直接创建、查询和读取制造信息，并使信 息数据能够在上下游协作成员间快速调度。图2机油泵传动轴支架的PMI三维标注-.111PM瞬岫FS例B页1星于二唤蛇副剧理戒蜜(a) PMI需求图 3 PMIwor s(b) PMI对象制造部门对PMI的需求格外迫切，随着产品的精度、简单度、能效等要求的提高，产 品团队对产品设计数据的共享也进一步凸显。如图3(a),包括完整的基于三维的信息 管理全体处理方案、注释环境、集成信息呈现和数据重用。产品团队能够快速对PMI 对象【图3(b)的编辑，实现全面
12、的设计、制造、拆卸过程数据的快速重用和直 观体现，便是基于PMI协同实现的。3容差分析，关键特性识别与关键特定义3.1容差分析及模仿MBD范畴的容差(Allowance)是指容许的特征值的波动范围。数字化产品的拆卸过程 都严格参数化，因此，如图5,容差积累的次要构成对象一一尺寸链，从微观到宏观 上都影响到工装的精度。而实际生产的可控误差次要来源于尺寸链公差叠加，因此有 必要对容差进行更严格的界定。容差模仿是对PMI尺寸链的规范和可操作性的论证方法，如极限法、均方根法及蒙特 卡洛法等。如图6 ,通过对PMI工作报表的尺寸链特征值数据进行基于蒙特卡洛模仿 的容差分析，由计算机产生随机数，对特征值进
13、行修正，其各尺寸链的容差分布的正 态分布函数计募机生濒机数图5误差累租输出模拟值图6答差模概-理3.2 MBD协同过程中的关键特征图7 MBD模型特征树MBD的特征构架是协同的框架和核心。由于手动创建纸质技术数据包TDP (Technical Data papery Package ),致使产品与数据严峻分别,设计与制造协同 脱离数据的支撑，协同的扩展和进程连接格外困难，时效成本也过高。如图7,工程 标注的协同创建、论证、关联表述、拆卸连接及注释说明等内容作为次要协同对象， 因此，基于特征的协同，关键特征在协同过程中处于核心地位。直接影响工程进度的关键特征参数对PLM起着打算性作用。关键特征在
14、设计制造协 同过程作为关键协同目标，包括设计人员与制造人员协同时共同或分别提出的产品生产时需要把握或把握的极限尺寸、协作公差、公用公差、特征关联、干涉、轮廓度公 差等。绝大多数MBD系统的PMI标注模块都可以实现对一般尺寸的自动标注，但部 分关键特征参数仍需要人工按需求进行判定和定义，设计也不行能对全部尺寸进行标 注，部分有公差要求的尺寸、关键的重要尺寸和公用公差也需要选择性抑制。3.3基于PMI定义关键特征PMI报表作为制造信息数据互动核心，将三维模型作为设计协同对象，关键特征参数 作为协同目标。PMI供应了具体的产品制造数据，为工程协同供应了全面规范的牢靠 设计数据源。自动进行的实时数据更
15、新为PMI工作报表供应了时效性，因此将PMI 工作报表作为数据重用库，能实现对数据的最大化重用。基于 ASME Y14.36M-1996, ESKD、GB、ISO 和 JIS 等标准，及 Teamcenter 可 行论证结果，进行关键特征的定义创建，如图8 ,模型PMI的创建和修订马上在 PMI工作报表以反馈形式呈现，因此基于PMI实现关键特征在三维模型中定义为 MBD协同工程的快速实施奠定了基础。PMI Koport on Sun Aus 13 1 b; OG: 2017 *1* IMIH H for part 91. ilh K rJ) Idi A. T. pr tPMIPMIdimensioni女mPMIdimensionm心.FM1d&mansion也.X以PMIdlNwnsJoii也153iiC242PMId ii on脚31S.mi 1222PMIdimension函45).函46：PMIdimona ton边56：PMI间642.问E3：PMIdltuneioji以|H|L23：PMI Centerl
