基于MBD的生产制造模式探索

2022-07-04 11:45陈海洋
科学与财富 2022年6期
关键词:数字化

陈海洋

摘  要:MBD是一种基于模型的工程表达语言,用一个集成的三维实体模型完整表达了产品的定义信息,目前MBD技术在设计阶段的应用已日趋成熟,但是在生产制造过程中,由于生产条件的多样性、生产环节的复杂性,一直以来并未得到很好的推广应用,文章通过对生产制造环节的人机料法环测六个方面,探讨了MBD技术在各环节中的传递与应用,实现MBD技术在产品三维数字化设计制造全流程中的应用。

关键词:MBD;生产制造;数字化

1.引言

在产品的设计制造过程中,为了实现设计人员与制造人员之间的技术沟通,将设计意图准确地传递到生产制造环节,早在17世纪,法国科学家蒙日便提出了以投影几何为主线的画法几何,从而成为了机械制造领域的标准定义语言。后来,随着计算机技术的不断发展,从20世纪60年代起,又出现了以AutoCAD为代表的二维CAD软件,实现了从手工绘制工程图到计算机绘制的转变。到了20世纪90年代,随着三维建模技术的不断发展和应用,出现了基于三维模型的产品定义表达,并且凭借着三维模型定义的直观性、高效性,目前正得到着快速地发展,这种基于模型的工程定义语言,即MBD(Model Based Definition)技術[1]。

MBD用一个集成的三维实体模型完整表达了产品的定义信息,它详细规定了三维实体模型中产品结构特征、尺寸公差等工艺信息,MBD技术改变了传统由二维工程图纸来描述几何形状信息的方法,而用三维实体模型来定义特征、尺寸、公差和工艺信息,被认为是第三代产品设计语言,极大的提高了产品信息的表达直观性[2]。并且,借助于数字仿真技术,实现了基于模型的设计仿真分析,缩短了复杂产品的设计验证周期,借助于数控加工技术,实现了基于模型的数控智能制造,缩短了产品的生产制造周期。

目前,MBD技术在设计阶段的应用已日趋成熟,但是在生产制造阶段,由于生产条件的多样性、生产环节的复杂性,MBD技术还没得到有效的推广应用,尤其是在工艺、检验与非数控加工等生产环节,MBD的应用尚还缺乏相应的规范与解决方案。因此,文章通过对生产制造环节的人机料法环测六个方面,分析了MBD技术在各环节中的传递与应用,力求探索MBD技术在产品三维数字化设计制造全流程中的应用。

2.MBD生产制造模式建设

产品的生产制造实质上就是产品根据图纸实体化的过程,按照全面质量管理的理论,产品的实现主要包括“人、机、料、法、环”五个主要因素,其中为了达到对过程进行监测,形成闭环控制,又引入了“测”因素,形成了5M1E的管理理论。因此要实现基于MBD的生产制造,就必须针对产品实现的这六个要素,探索MBD技术应用的解决方案。

2.1 人

“人”是产品生产制造活动中的能动者,既包括一线操作者,也包括管理者,在质量管理理论中,“人”是管理中讨论的重点。相比较以二维工程图为依据的生产模式,在MBD生产制造模式中,不变的是“人”的工作分工、工作内容,改变的是工作所依据的数据的形式,从传统的二维工程图变成了三维数字化模型,如何查看数据模型、处理数据模型、使用数据模型,这就对“人”的技能有了新的要求,显然必要的技能培训是不可缺少的,但是由于人员的知识层次不同,通常培训可能也不能解决生产中的每一个环节,这就要求根据企业产品特点,根据业务情况重新划分职责分工,有取舍的改变人才层次结构。

在MBD建设过程中,由于生产模式的变更,必然会与现有的生产组织管理模式产生冲突,也难免遭遇各方面人员的抵触情节,因此,MBD建设离不开单位领导的绝对支持,不光是人力、物力、财力的支持,还包括制度上、精神上的支持,否则很难取得成功。

2.2 机

“机”就是指生产中所使用的设备、工具等辅助生产用具。无论是基于三维模型的MBD模式还是基于二维图纸的工程图模式,其实都只是描述产品状态要求的一种语言形式,生产中,真正将图纸转换为产品的手段工具仍然是设备、工具等,也就是我们所说的“机”,因此单纯的基于三维模型的MBD技术,也许可能会提高设计效率,也可能会改善管理质量,但一定不会改变生产加工效率,只有在MBD技术与生产设备相辅相成时,才能实现基于数字化技术的智能化制造,从而提高生产效率与质量。例如,MBD技术是基于三维模型的一种数字化语言表达技术,但是在传统的手工作业、非数控加工中,数字化信息的传递反而显得并不是那么的方便好用,相反在一些数控加工、自动化流水线作业中,由于设备本身采用的就是数字化信息进行处理,MBD技术的引入就如同如虎添翼。因此,选择基于MBD生产制造模式,就需要建设与之相匹配的自动化设备,同步完成对“机”的更新换代,正所谓没有三维数字化技术支持的自动化设备是难以物尽其用的,没有自动化设备为基础的三维数字化建设也是没有意义的。

2.3 料

“料”指物料,半成品、配件、原料等产品用料。在MBD生产制造模式中,产品制造所需的物料清单是通过BOM(Bill of Material)进行表达,产品BOM按照实现阶段主要包括EBOM(工程设计阶段的BOM)、PBOM(产品工艺计划阶段的BOM)、MBOM(生产制造阶段的BOM),其中MBOM作为制造部门主要数据,是在PBOM的基础上,增加详细的工艺路线、材料定额、制造资源等信息。从本质上来说,MBD生产制造模式中的“料”与基于二维工程图为依据的生产模式并无不同。但是由于MBD采用了三维技术,在工艺仿真、加工仿真方面,解决了传统二维工程图无法解决的虚拟仿真难题,因此与二维工程图为依据的生产模式相比,MBD生产制造模式的“料”还应包括虚拟仿真所需的三维模型资源库,例如机床模型资源库、刀具模型资源库、工具夹具资源库等,完善的资源库是进行MBD仿真应用的前提条件。

2.4 法

“法”即法则,指生产过程中所需遵循的规章制度。在MBD生产制造模式中,三维数字化模型代替了传统的二维工程图,虚拟介质代替了纸质文档,因此在管理的上的规章制度也必须做相应的调整改变,这既包括基于基于数字化技术的管理标准,也包括基于基于三维模型的技术规范。虽然,早在1997年,美国机械工程师协会就发起了三维标注技术及其标准化的研究,并于2003年形成了美国国家标准ASMEY14.41-2003《数字化产品定义数据实施规程》,到了2006年,ISO借鉴ASMEY14.41-2003制定了ISO标准草案ISO16792:2006《技术产品文件 数字产品定义数据通则》,2009年,我国SAC/TC 146“全国技术产品文件标准化技术委员会”以ISO16792:2006标准为蓝本,制定了GB/T24734.1~.11-2009《技术产品文件数字化产品定义数据通则》系列标准,但是由于MBD技术尚还处在摸索发展阶段,相关的标准体系并不够健全,一时间还难以适应各行各业的不同需求,尤其是在三维工艺、三维制造、三维检验等生产制造环节,可参考的标准更是乏善可陈,但是标准是约束企业行为的依据,也是企业管理水平的体现,因此建设必要的基于MBD模式的生产制造标准,依然应该是企业MBD建设的重点。

2.5 环

“环”指生产加工的环境。在基于MBD的生产制造模式中,除了必要的厂房、办公室等生产环境外,由于采用了数字化信息传递模式,因此基于数字化信息传递的信息化建设是不可避免的,如何让数据在信息系统中贯穿设计、工艺、定额、计划、检验、加工、库管等各个环节,是MBD建设必须解决的问题。一般来说,基于MBD的信息化建设是MBD建设过程中工作量最大、工作內容最复杂、投入成本最高的建设部分,信息化的建设程度也是衡量一个企业现代化水平的重要指标。目前,基于MBD的信息化建设的主干通常包括DM(项目管理系统)、MDM(主数据系统)、PLM(产品管理系统)、ERP(生产管理系统)、MES(生产制造执行系统)这5大系统,并以其为基础,将设计工艺、定额、计划、检验、加工、库管等终端软件接入平台,形成一个联通的信息网络。

2.6 测

“测”主要指测量工具、测量方法、测量人。“测”虽然不是产品实现过程中的直接环节,但却是监督制造过程、保证产品质量不可缺少的环节。在基于MBD的生产制造模式中,由于三维模型的引入,使得基于模型的三坐标检验、激光点阵扫描检测等先进的检验手段的应用成为了可能,不仅提高了检验效率,也提高了检验精度,尤其是对一些大型复杂产品的检验,以二维图纸为检验依据的传统检验手段早已无法满足日趋复杂化、精密化、大型化的产品结构需求,因此基于三维信息化的检验必然是未来检验手段的发展方向。

3. 总结

目前,由于生产条件的多样性、生产环节的复杂性,基于三维模型的数字化信息传递还很难贯穿在产品实现的全流程,尤其是对于一些非数控加工的手工作业环节,基于三维模型的数字化信息传递与应用还存在较多的困难,因此国内大多数企业还是采用二维与三维相辅相成的管理模式。但是从设计制造的发展方向来看,基于三维模型的MBD技术取代传统的二维工程图已是大势所趋,当然这还将是一个长期且复杂的过程,需要伴随着CAD技术的不断发展以及MBD技术不断的完善,终将会为机械设计制造带来革命性的进步。

参考文献

[1]范玉清,梅中义,陶剑.大型飞机数字化制造工程[M].北京:航空工业出版社,2011.

[2]田富君,陈兴玉.MBD环境下的三维机加工艺设计技术[J].计算机集成制造系统,2014,20(11):2690-2696.

猜你喜欢
数字化
数字化:让梦想成为未来
家纺业亟待数字化赋能
论经济学数字化的必要性
高中数学“一对一”数字化学习实践探索
高中数学“一对一”数字化学习实践探索
数字化电镀生产流程构建
数字化制胜
数字化博物馆初探
倍压Boost PFC变换器的改进及数字化研究
关于“万方数据——数字化期刊群”简介