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      基于3D模型的产品数据拓展

      基于3D CAD的产品数据模型,以及各种计算机辅助设计、分析与仿真技术及其工具的应用,产品数据的范围已大大拓展。如果以产品数据的发放和维护过程区分,产品数据可分为产品设计

        
             在现代产品设计中,并行工程和多学科协同设计方法已逐渐被一些企业的设计人员所认识。面向制造DFx的概念起源于20世纪70年代,其主要思想是在产品的设计阶段,应用CAD建模和仿真技术,在产品开发的前期通过计算机辅助手段,进行产品生产制造过程中的可制造性、可装配性、可维护性等分析。DFx技术主要是为了解决产品设计中对下游生产制造过程的不可预见性,在产品设计阶段尽量避免和减少设计错误。

             基于3D CAD的产品数据模型,以及各种计算机辅助设计、分析与仿真技术及其工具的应用,产品数据的范围已大大拓展。如果以产品数据的发放和维护过程区分,产品数据可分为产品设计与分析数据、产品可制造性数据、生产制造数据等相关派生数据。对于采用先进制造技术的企业而言,希望产品数据一次性生成,并直接用于下游的生产制造过程。

            (1)产品设计与分析数据
             在产品设计阶段,CAD/CAE以及其他各种计算机辅助分析、仿真工具的应用,产生大量的产品模型、领域模型、仿真模型、数据字典,以及与应用领域和仿真目的有关的资源库、分析结果数据等。当然,不同企业的产品设计可能应用不同的计算机辅助技术和工具,设计阶段产品数据呈现出不同的几何模型状态,如CAE中的有限元网格模型,结构设计优化中的几何模型,产品数字化预装配中的简化几何模型,等等。

            (2)产品可制造性数据
            它是指面向制造的数字化产品数据定义和描述的数据集,即DFx分析数据。并行设计要求在产品开发设计阶段,考虑产品生命周期中设计、制造、装配、检验、销售、维护各个阶段的各种技术要求,产生了面向制造过程的设计、面向装配过程的设计、面向成本控制过程的设计、面向生产规划过程的设计、面向检验过程的设计等技术方法,从而形成对相关过程的产品信息描述。这些面向生产制造的产品数据描述,如支持制造全过程的产品几何数据集、非几何信息集、工程更改信息、产品结构关系(BOM)、标准化技术文档等。
              在产品设计阶段定义出满足产品生命周期各个环节要求的产品数据,直接用于生产制造过程,这样可以做到“数出一家,惟一依据”,从而缩短生产技术准备时间,减少各个环节出错的可能性。目前,我国企业对DFx应用的重要性尚认识不足,因而企业内的产品可制造性数据资源相对较少。

              (3)生产制造数据
              它是由产品数据转化为加工制造和装配过程的工程指令和加工数据,如CAPP产生的加工艺指令FO,装配工艺系统产生的装配工艺指令AO,CAI技术产生的检验工艺数据检验指令IO,CAM技术产生的数控加工NC(Numerical Contr01)数据集等。

              目前,在我国的很多制造企业中,设备数据、工装数据、班组工序能力数据以及零部件的材料和工时定额数据等,这些数据是平衡生产作业计划的关键数据,由于归属不同的部门进行管理,且缺乏计算机网络环境的支持,导致各类信息的表达没有统一的规范,生产计划的编制部门与实际生产制造部门脱节。

              上述这些数据资源一般以文件(文本、图形、声音、图像等)、数据库记录、PDM的对象类等多种形式存在,语义丰富,并分布于制造企业不同部门的各种应用环境之中。
              产品数据是产品对象的属性信息描述数据.是对产品对象的几何形状、拓扑关系、制造约束、基本属性及标准化信息等进行描述和定义。图3-l表示了企业应用计算机系统所产生的各种产品描述文档。通常,产品数据的定义信息包括以下内容。

              ①3D/2D几何信息模型的描述:几何形状及拓扑关系描述。
              ②非几何信息的描述:基本属性信息描述。
              ③产品结构关系描述:产品结构关系BOM描述。
              ④工程更改信息描述:产品数据版本变化信息描述。
              ⑤标准化规范描述:即产品描述规范文档。

      图3-1  企业应用计算机系统生成的各种产品描述文档
      基于3D模型的产品数据拓展
          例如,波音公司提出了数字化产品定义(Digital Product Definition,DPD)的概念,其内涵是在飞机产品的集成化设计开发过程中,基于产品结构关系的产品数据定义方式,采用标准化信息定义和描述方法,建立面向下游生产制造过程的数字化产品数据模型和描述信息,DPD支持产品整个生命周期中,与设计、工艺、制造、销售和维护过程相关的信息需求,包括工装设计与制造、零件的加工与成型、产品的数控装配、先进检验以及先进工艺方法等要求。

          波音公司采用DPD的方法,对产品数据的定义包括飞机产品对象的全部信息,集成地描述了产品的几何特征、拓扑关系、制造约束、材料属性、构成关系等信息。如图3-2所示,其数据类型包括:几何数据集、非几何信息、BOM表数据、标准信息文档和工程更改信息。

          (1)几何数据集
          主要包括零件的几何特征描述,产品/部件/组件的几何拓扑关系描述,以及工艺装备信息模型、数控加工数据等工程应用表示信息。对于几何数据集的建立,波音公司应用
      CATIA、UGII的3D CAD系统对飞机产品进行数字化几何定义。

      3.2.3基于3D模型的产品数据拓展
         图3—2  波音飞机数字化产品定义数据的构成


          (2)非几何信息
          它包括零件非几何特征信息的描述和产品结构关系的描述。它是产品几何数据集的补充信息和附加说明。波音公司的产品非几何信息集采用自动化零件细目表(AutomaticPart List,APL)表示这些非几何信息包括以下内容(图3-3)。

          ①文本形式的描述信息:对应产品几何信息数据集的文本信息集。包括产品构成索引表、产品结构关系描述表(E-BOM)、零件属性与加工约束说明等。
          ②产品结构层次关系描述:包含产品及其构件的层次关系。
          ③零件属性描述:产品零件的名称、材料、规格、类型、图示区域等信息。
          ④零件加工约束描述:零件加工所需的毛坯材料规格、热表处理等信息。


      基于3D模型的产品数据拓展
          图3-3波音数字化产品定义DPD中的非几何信息

          (3)BOM表数据
          它是指飞机产品对象的“产品一部件一组件一零件”的装配结构和配置关系描述,主要用于确定单机产品不同层次对象的配置关系和属性说明。

          (4)标准信息文档
          产品数据的标准化定义。波音公司的产品描述均采用标准化的信息代码表示,波音绘图标准(Boeing Drafting Standard,BDS)技术手册中详细规定了产品数据的标准化信息定义。
          (5)工程更改信息
          工程设计更改与控制信息描述。波音公司采用数据更改通知单(Data ChangeNotice,DCN)的形式.来描述产品数据的更改情况,DCN中包含了该数据的几何图形更改说明、非几何信息更改说明以及关联零部件更改说明。

       

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