基于MBD的智能化工艺设计技术研究

许增辉 寇洁 杨巍

摘   要：在智能化工艺设计方面，需要加强MBD技术的应用探索，提出科学的技术应用管理方法。基于此，本文对基于MBD的智能化工艺设计技术内涵及其应用问题展开了分析，然后从数据集定义、信息管理、标准制定三个方面探讨了智能化工艺技术应用管理方法，为关注这一话题的人们提供参考。

关键词：MBD  智能化工艺设计技术  模型信息管理

中图分类号：TB472                                 文献标识码：A                       文章编号：1674-098X（2020）01（b）-0002-02

在产品工艺设计与制造方面，MBD技术的应用能够为智能化工艺设计提供信息技术支持，可以在三维环境下进行产品建模和工艺规划。实际在技术应用过程中，需要使技术与产品加工、装配等各环节融合在一起，保证技术得到规范应用，才能达到理想效果。因此，还应加强基于MBD的智能化工艺设计技术研究，以便为技术管理提供科学指导。

1  基于MBD的智能化工艺设计技术分析

1.1 技术内涵分析

MBD为基于模型的定义技术，属于新一代产品定义方法，能够在三维模型中实现产品定义信息集成，为产品生产制造提供信息源，满足产品快速设计需求。采用基于MBD的智能化工艺设计技术，可以借助三维建模的直观性优势，在三维模型上对产品尺寸、公差、工装设备、工艺审查等信息进行定义，为生产制造提供指导，使数据源得到统一。通过对生产制造需要的信息进行充分定义，能够加强设计与制造环节的信息交换。在智能化工艺设计中，应用MBD能够实现从设计到装配的100%三维数字化定义，降低设计返工率和成本，使产品工艺设计质量和效率得到提升。

1.2 技术应用问题

应用基于MBD的智能化工艺设计技术，需要对产品设计制造依据进行统一，使数据间不协调问题得到消除。但就目前来看，应用MBD实现智能化工艺设计，现阶段依然存在工艺模型定义标准不统一等问题。在模型定义上，除了美国ASMEY14.41标准，各国都结合各自情况进行了不同标准制定。而数据集标准定义存在较大粒度，使得各企业结合不同需求进行了重新定义和细化，也造成了技术应用面临着兼容性和共享差的问题。其次，在工艺设计实践中，人员多依赖知识经验，对MBD等工具的应用不足，容易造成显性和隐性知识流失，导致知识利用程度无法达到理想水平。此外，在MBD工艺设计技术发展尚未完善的背景下，智能化工艺设计技术应用流程未能得到明确，也给工艺设计的智能化发展带来了阻碍。

2  基于MBD的智能化工艺设计技术的应用管理

结合基于MBD的智能化工艺设计技术特点可知，MBD模型信息复杂，需要通过有效管理才能避免信息混乱，保证工艺设计结果的可靠性。

2.1 完善数据集定义

对产品几何与加工制造信息进行集成得到的三维模型，实际就是MBD数据集，负责为产品加工制造提供统一定义。在数据集中，包含属性、注释、设计模型三部分，属性为工艺规划设计使用的辅助信息，注释為工艺设计需要的产品尺寸等标准信息，设计模型为零件几何信息，用于对产品形状进行描述。采用笼统ASMEY14.41标准无法满足企业生产定义要求，为保证工艺信息得到规范，在数据定义时需要保证对智能化工艺设计需要的所有加工制造信息和模型几何信息进行涵盖，同时保证数据准确性，得到规范分类和统一定义标准，拥有层次化的结构，使数据得到清晰显示。按照这一思路，可以将ASMEY14.41标准当成是基础，首先将设计模型定义为模型几何和辅助几何两部分，前者为三维实体，后者为设计要求表达信息。针对注释信息，划分为材料注释和标注信息两部分，材料注释包含牌号、规范、毛坯尺寸等，标注信息包含坐标系及基准、尺寸公差、技术要求等，可以从三维图或目录树结构定义的数字化环境中获取。在技术要求下，需要进一步划分得到设计依据、制造依据和其他。属性信息包含加工制造信息和加工特征信息，前者包含加工方法、流程、设备、工艺参数等信息，流程信息由工步信息和工序信息组成，工艺参数包含切削速度、深度等。在特征信息下，包含特征类型、热处理信息、型面粗糙度等，热处理细分为材料类型、硬度、处理方法，能够为工艺决策的制定提供依据。

2.2 信息规范化管理

在技术应用过程中，涉及刀具、机床等描述性知识和工艺路线等过程性知识，在完成工艺信息分类定义和建模后，需要保证信息在MBD环境中清晰、完整表达，为工艺规划设计奠定基础。采用工艺结构树进行信息管理，可以将工艺划分为下料、锻造、机加、热处理和装配多个层级，机加包含车加、铣加和磨削工艺。工艺推理时，完成固定工序路线制定，然后结合各道工序内容进行信息展示和推理，可以得到对应工步信息。将产品信息当成是起点，完成零件信息、工序信息和工步信息一次分级和定义，能够实现信息层次化表达。例如，针对产品信息可以划分为零件号和标注集。零件号下结构信息包含零件几何体、基本信息和工艺信息，工艺信息下属层级信息包含工序号、内容、工艺方法、工步信息等，工步信息下一层级信息包含所属工序、加工方式等。建立层次化结构，可以实现MBD信息规范化管理，借助工艺模型对制造指令上工艺信息进行重构，保证信息得到清晰呈现，继而为人员查询和使用提供便利。针对工艺模型，可以使三维标准信息附着在几何模型上，直接在图中就能完成热处理、技术要求等属性信息查看，可以避免大量信息在三维环境下混杂。

2.3 标准化流程制定

在统一数据定义和加强信息规范管理的基础上，需要建立标准化技术应用流程，保证人员按照标准要求使用MBD技术实现智能化工艺设计管理。首先，需要建立MBD设计模型，应用特征识别和信息提取技术获取加工制造特征，生成基本信息XML文件。通过特征识别，能够完成信息获取，并进行匹配计算，完成刀具智能化选择、模型更改等操作。按照标准，实现智能选刀，需要完成刀具库文件生成，然后智能化判断与分析，在保证刀具得到合理选用的同时，减少采购成本。在工艺推理时，需要引入专家系统结构，完成知识库和工艺规则库的建立，然后利用推理引擎进行推理。以插件形式，可以实现规则构建工具和引擎的集成，使提取包含推理信息的文件与推理规则发生作用。通过特征对比，能够得到符合特征的卡具、工艺方案等信息。针对包含推理信息的XML文件，可以进行重构，在MBD环境中进行工艺信息显示，得到工艺MBD模型。在生产加工制造方面，可以模型为依据实现工艺规划设计。结合技术应用流程可知，通过输入三维MBD模型，能够实现工艺信息的自动匹配，体现工艺设计的智能化特点。

3  结语

通过对MBD数据集要求和智能化工艺信息特点展开分析可知，需要加强工艺设计技术的管理，才能完成工艺MBD模型的构建。在实践工作中，还应对数据集定义进行完善，并推动信息管理工作的规范化发展，完成标准化流程的制定，以便工艺人员技术应用得到规范，促使智能化工藝设计技术应用水平的提升。

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