基于MBD的三維信息分層式管理系統(tǒng)研究

高妮萍

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710300)

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基于MBD的三維信息分層式管理系統(tǒng)研究

高妮萍

(陜西國防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710300)

分層式產(chǎn)品信息管理作為MBD技術(shù)的核心部分，對產(chǎn)品進(jìn)行完整的數(shù)字化信息定義起重要作用。該項(xiàng)技術(shù)是波音公司在原有技術(shù)基礎(chǔ)上充分融合研制飛機(jī)時所使用的數(shù)字化制造技術(shù)，產(chǎn)生的新一代分層式數(shù)字化模型定義技術(shù)。要求分層式的產(chǎn)品信息和數(shù)據(jù)庫互聯(lián)，生成產(chǎn)品邏輯上完整統(tǒng)一描述，在當(dāng)前不完善的MBD基礎(chǔ)上，使用XML標(biāo)記語言的組織內(nèi)容集成方式，來擴(kuò)展MBD技術(shù)的信息內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了MBD三維模型在分層式環(huán)境下全面的數(shù)據(jù)管理，并利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)和NX軟件，設(shè)計(jì)開發(fā)分層式基于MBD的信息數(shù)據(jù)定義與管理系統(tǒng)。將MBD技術(shù)應(yīng)用于三維標(biāo)注系統(tǒng)，對三維模型實(shí)現(xiàn)了全面的數(shù)字化定義。

MBD技術(shù)；設(shè)計(jì)信息；軟件開發(fā)

1　MBD信息采集

機(jī)械產(chǎn)品從設(shè)計(jì)到制造過程中的信息管理，一直是先進(jìn)技術(shù)制造研究的重要內(nèi)容。國內(nèi)外(如波音公司等)已經(jīng)有許多企業(yè)開始研究與應(yīng)用MBD技術(shù)。隨著先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字化機(jī)械制造產(chǎn)品信息的定義成為研究的方向，這就使得基于模型定義MBD的技術(shù)逐漸成為數(shù)字化先進(jìn)制造方向的重要領(lǐng)域[1]。對產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息在傳遞到應(yīng)用的過程中采用分層式的組織管理方法，可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品從設(shè)計(jì)部門到制造部門信息的一系列傳遞和應(yīng)用過程的準(zhǔn)確性、完整性與快速性。目前，大多數(shù)項(xiàng)目的研究和制造過程還是以傳統(tǒng)的二維圖樣為主，把數(shù)字化的三維模型作為補(bǔ)充信息，這種方法的缺點(diǎn)是中間所有的數(shù)據(jù)信息在傳遞和存儲的過程中花費(fèi)比較高，沒有完整的數(shù)據(jù)組織系統(tǒng)，產(chǎn)品信息的有效使用率低下[2]。空客A320和波音737—NX飛機(jī)在設(shè)計(jì)中采用新的設(shè)計(jì)方法、先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)和信息管理技術(shù)，創(chuàng)新點(diǎn)在于大范圍使用數(shù)字化的三維模型，而把紙質(zhì)的二維圖作為制造過程中補(bǔ)充信息的方法。波音公司在787項(xiàng)目中，完全使用了先進(jìn)的MBD技術(shù)[3]。

本文將在分層式環(huán)境下，針對MBD設(shè)計(jì)信息的特點(diǎn)，通過XML標(biāo)記語言結(jié)合數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分層式產(chǎn)品信息的集成過程的組織與管理。

分層式三維模型產(chǎn)品信息包括產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、制造、工藝、檢驗(yàn)、過程管理、屬性、注釋和實(shí)體模型等各方面的信息及在信息的傳遞與應(yīng)用過程中的組織與管理[4-5]。MBD技術(shù)主要是將三維模型的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行定義，但是不包括產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息的過程管理過程。圖1所示為補(bǔ)充后的三維模型MBD數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

圖1　MBD零件模型

由圖1可知，MBD零部件模型包括制造工藝、三維注釋、設(shè)計(jì)模型、屬性及過程信息以及裝配工藝等，建立數(shù)學(xué)模型如下：

2　基于MBD設(shè)計(jì)信息的制造模型

MBD設(shè)計(jì)信息的制造模型包括狀態(tài)層、特征層、元素層和數(shù)據(jù)層，具體如圖2所示。

圖2　MBD制造模型

3　分層式模型信息管理系統(tǒng)

分層式模型信息管理系統(tǒng)將MBD模型信息進(jìn)行系統(tǒng)劃分、層級組織與管理，主要采用XML標(biāo)記語言格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，集成整個產(chǎn)品信息[6]。在MBD技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行三維標(biāo)注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要包括工藝信息中的公差標(biāo)注，屬性信息中的注釋部分標(biāo)注，過程信息中的原料使用、價(jià)格、完成進(jìn)度和存在問題等方面進(jìn)行注釋。

分層式MBD信息補(bǔ)充是將補(bǔ)充的集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息以XML格式儲存，以實(shí)現(xiàn)三維模型MBD數(shù)據(jù)集成[7]。MBD零件模型數(shù)據(jù)集成流程圖如圖3所示，具體步驟如下。

1)用戶界面設(shè)計(jì)。用戶需要MBD模型編號檢索三維模型數(shù)據(jù)信息。

2)判斷檢索數(shù)據(jù)是否與模型信息一致。正確繼續(xù)向下進(jìn)行，錯誤返回第1步。

3)將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換為XML文檔格式并存儲，不同模塊數(shù)據(jù)信息需加以區(qū)分，分成設(shè)計(jì)部分、工藝部分和制造過程部分等。

4)通過NX軟件的二次開發(fā)工具API函數(shù)，實(shí)現(xiàn)對三維模型初始化。建立MBD模型各部分?jǐn)?shù)據(jù)類及數(shù)據(jù)信息位置，方便數(shù)據(jù)信息寫入三維模型。

5)數(shù)據(jù)信息的寫入。將不同模塊、不同層級的全部數(shù)據(jù)信息寫入MBD三維模型中，實(shí)現(xiàn)不同層級三維模型數(shù)據(jù)信息完整化集成。

圖3　MBD數(shù)據(jù)集成流程圖

分層式模型信息管理系統(tǒng)原理圖如圖4所示。本文利用NX/open、NX/OpenAPI、NX/OpenMenuScript和VisualC對NX系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)。利用數(shù)據(jù)庫對原有的MBD模型信息進(jìn)行補(bǔ)充，添加過程信息、屬性信息及部分工藝信息[8-9]。根據(jù)模型不同，需要添加不同模塊層級的信息，并將補(bǔ)充的集成產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息以XML格式儲存于三維模型中，將產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分層式組織管理。

圖4　分層式模型信息管理系統(tǒng)原理圖

4　結(jié)語

本文主要對MBD模型信息進(jìn)行分層式管理，對產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化定義，保證信息的完整全面性，通過建立產(chǎn)品信息的數(shù)學(xué)模型，對MBD模型信息進(jìn)行補(bǔ)充，將數(shù)據(jù)集通過XML格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)MBD模型數(shù)據(jù)信息集成，在NX環(huán)境下結(jié)合API開發(fā)軟件，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息的分層式管理系統(tǒng)。從零件三維模型設(shè)計(jì)到產(chǎn)品的加工整個過程，三維模型信息實(shí)現(xiàn)分層式系統(tǒng)管理。該系統(tǒng)主要有產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)和零件裝配等內(nèi)容，進(jìn)行分層式管理與組織。

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[2] 李婷婷，劉俊堂，張永輝.MBD技術(shù)在大飛機(jī)研制中的應(yīng)用[J]. 航空制造技術(shù)，2014(17)：88-92.

[3]AlemanniM,DestefanisF,VezzettiE.Model-baseddefinitiondesignintheproductlifecyclemanagementscenario[J].InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology, 2011, 52(1/2/3/4):1-14.

[4]ASME.Y14.5-2009Dimensioningandtolerancing:Engineeringdrawingandrelateddocumentationpractices[S].NewYork:ASMEPress, 2009.

[5] 田福軍，田錫天，李洲洋，等.基于輕量化模型的CAD/CAPP系統(tǒng)集成技術(shù)研究[J]. 計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)，2010, 16(3)：521-526.

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[8] 周秋忠，范玉青.MBD技術(shù)在飛機(jī)制造中的應(yīng)用[J]. 航空維修與工程，2008(3)：55-57.

[9] 潘康華，陸江峰，邵蘭英.MBD技術(shù)的發(fā)展歷程與展望[J].機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2013(2)：15-17.

責(zé)任編輯鄭練

Research on Three Dimensional Information Management System based on MBD

GAO Niping

(School of Mechanical Engineering, Shaanxi Institute of Technology, Xi’an 710300, China)

A hierarchical product information management which as a core part of MBD technology plays an important role in completing the definition of digital information products. It is a digital manufacturing technology based on the original technology fully integrating of the development of aircraft of Boeing company, and it’s also the new generation of layered model definition digital technology. It requests hierarchical product information and database connecting, and generates the integrated product description logically. On the basis of the current imperfect MBD, the organizational content integration method uses XML markup language , use it to expand the information content of MBD technology, implementing the MBD three-dimensional model in layered environment of data management comprehensively, and use the database technology and NX software to design and develop a hierarchical based on MBD. The MBD technology is applied to the 3D marking system, and define the 3D model in the aspect of digitizing completely.

MBD technology, design information, software development

TP 391.7

A

高妮萍(1989-)，女，碩士研究生，主要從事數(shù)字化集成等方面的研究。

2015-12-08