超塑成型工藝的三維表達方法研究

劉迎春 蘇長青 武大偉

摘要：隨著計算機技術的日益發展進步，信息化手段已經融入企業管理和生產實踐中的各個環節，超塑成型工藝的三維表達方法研究成為企業和科研機構研究的焦點問題。本文從超塑成型工藝三維表達的重要性出發，分析了二維表達的弊端和三維表達的優勢，研究了超塑成型工藝三維可視化表達方法，并對三維可視化工藝生成框架結構進行了討論。

關鍵詞：超塑成型；工藝；三維表達

計算機輔助工藝規劃是以信息技術為支撐的一種生產工藝表達方法，這種方法的核心之處在于實現了產品成型設計信息和加工制造工藝信息之間的相互轉化。隨著計算機技術的日益發展進步，信息化手段已經融入企業管理和生產實踐中的各個環節，計算機輔助工藝規劃正是在這種背景下成為生產環節和設計環節的溝通橋梁。除技術層面的問題之外，計算機輔助工藝規劃還能夠為企業的管理過程提供信息借鑒，因此計算機輔助工藝規劃是企業管理和生產過程的一個中間環節。超塑成型的生產過程復雜，工藝流程繁瑣，產品質量難以控制，過程管理挑戰性大，正需要進行計算機輔助工藝規劃來梳理工藝流程，其在整個工藝過程中的重要意義不言而喻。

1超塑成型工藝三維表達的重要性

如今，絕大多數企業的工藝過程已經能夠做到有章可循、有據可依，都能夠制定相應的工藝規程來指導生產實踐。然而在超塑成型生產企業中工藝規程普遍以二維紙質版的形式存在，下發到生產車間的二維紙質版工藝流程不可避免的有其傳播媒介的局限性，如下：

（1）紙質版二維工藝規程的傳遞效率相對于電子版文檔較低，已經無法適應快節奏、大生產量的超塑成型企業生產現狀。

（2）在生產車間進行閱讀的紙質版工藝規程無法得到及時的更新，當工藝流程更新較多時靠生產工人的記憶很容易出現錯忘漏而導致人為責任問題。

（3）紙質版工藝規程在經年累月的使用過程中很容易被損壞，被油污、灰塵污染之后紙質材料的字跡也會變得模糊不清，使生產工人難以識別或者錯誤識別而導致嚴重的后果。

（4）二維工序圖相對來說比較繁瑣，需要一定的專業技術知識和一定時間的工作經驗支撐才能夠完全掌握，而且這種生產工藝的表達方式也不夠清晰，常常使得工人難以理解而產生歧義。

鑒于超塑成型二維工藝規程存在的上述問題，三維模型表達工藝流程已經成為大勢所趨，CAD軟件的廣泛應用和計算機硬件性能的全面提升也為超塑成型三維工藝流程的研究和發展提供了軟硬件技術支撐，其優勢如下：

（1）三維工藝流程具有簡便快捷的搜索方式，在進行某項工藝操作時，只需要搜索對應的關鍵詞即可轉到所屬的工藝頁面。

（2）超塑成型的工藝流程非常復雜，三維工藝流程可以將復雜的工藝流程變為清晰直觀的可視化流程，使生產過程更加易于理解和安全可靠。

（3）三位工藝流程為使用環節的隨時技術更改提供了簡便的途徑，利用計算機的CAD軟件能夠便捷的對工藝進行更改。

2超塑成型工藝三維可視化表達方法

2.1工藝MBD模型

MBD模型是一種可以用于表達超塑成型工藝的三維模型，此模型需要在計算機三維材料加工設計環境中運行，零部件的加工要求以及材料的成型要求可以利用此模型來表達。工藝MBD模型由三個部分組成，分別是超塑成型工藝的設計模型、超塑成型的成型工序模型以及超塑成型工藝屬性模型，如式1所示。

M=DM+OPM+Attr（1）

式中DM為超塑成型生產企業的設計部門下發的工藝設計模型，作為指導性的模型一以貫之的作為工藝流程設計的總體依據。OPM指的是一個工藝過程中的多道工序模型，這個工藝設計模型代表超塑成型工藝過程中操作工序的中間模型，是通過生產工藝和操作工序進行設計后得到的。Attr則代表工藝屬性模型，工藝屬性模型中所包含的工藝屬性信息與三維模型是相互關聯的關系，不會直接對其進行標注。

2.2三維可視化工藝

超塑成型三維可視化工藝是正是利用上文所述的工藝模型進行表達的超塑成型工藝和具體工序，材料加工信息、零件成型信息、工藝設計信息可以通過計算機語言轉變為數字量而下發到生產一線，通過三維可視化軟件對工藝進行建模可以指導生產實踐。

從上文的討論可以看出，MBD模型的建立是超塑成型工藝的三維表達的核心環節，在建立模型的過程中運用結構化的設計思路是非常有必要的，超塑成型的成型工藝以及操作工序經過結構化設計可以將材料、資源以及工藝的三維信息進行整合，建立出一個完整的工藝MBD模型。MBD模型建立之后則可以利用三維可視化軟件將數據信息轉變為三維可視化的立體模型信息，三維表達后的工藝信息能夠準確快速的將超塑成型工藝信息傳遞給一線車間，生產人員可以快速的進行瀏覽并能夠清晰的理解超塑成型工藝流程。

3三維可視化工藝生成框架

三維可視化工藝生成框架中包含三個組成部分，其一是工藝MBD模型的建立過程，其二是工藝數據的處理過程，其三是工藝元素的映射過程。在構建工藝MBD模型時，以成熟三維CAD系統作為三維機加工藝設計環境，以工藝信息模型為規則，建立三維模型同文本信息、工藝符號之間的關聯關系。在工藝數據輸出時，通過數據提取工具從三維模型中抽取工藝過程描述信息，數據處理工具將抽取出的工藝描述信息進行分割與標記處理，并打包成工藝數據包，此時，工藝數據的內容包括兩部分并存儲在不同的文件中，一部分是以屬性定義在模型中的數據，另一部分是三維數據。工藝文件生成時通過調用電子文檔模板建立工藝文件框架，解析工藝文件數據包，將工藝數據和三維模型填充到工藝模板，由于兩部分數據以獨立的文件裝載，要完成交互操作，則需要對這兩部分數據進行關聯和映射。

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作者簡介：劉迎春（19798.11--）；性別：女，籍貫：山東淄博人，學歷：碩士研究生，畢業于東北大學；現有職稱：工程師；研究方向：機械設計及自動化；

*基金項目：本論文受科技部重大專項項目資金資助，項目編號2013ZX04001041-09