最新新闻
我要投稿
联系电话:027-87592219/20/21转188
投稿邮箱:tb@e-works.net.cn
您所在的位置:首页 > 智库 > 智能研发

轻量化助推企业应用MBD技术

发布时间:2017-12-08 作者:梅敬成 赵晓峰  来源:山东山大华天软件有限公司
关键字:MBD技术 三维 CAD 
分析了目前三维与二维共同定义产品方式的不足,指出了基于模型定义的 MBD 方法的优势和应用情况。通过分析 MBD 模型在设计、工艺、检验、审核、加工、外协等各环节的应用模式,指出三维模型上的各种 PMI目前必须依靠三维 CAD 系统进行标注,不大量修改 MBD 模型的岗位,可以采用轻量化技术浏览模型,从而降低 MBD 实施的软硬件成本。轻量化方案通过大幅减小模型大小,提供独立和嵌入式浏览器,支持 MBD 的顺利实施。
    目前产品定义主要采用三维+二维的方式,即设计、分析、仿真阶段使用产品三维模型,制造、工艺规划、检验阶段使用二维工程图,企业间协作时也多下发二维工程图。这种产品研制模式有 2 个严重不足:一是转换二维图非常费时,且不创造价值;二是设计变更时,常常只改二维图,而不再修改三维模型,造成产品数据管理困难。
 
    MBD (Model Based Definition) ——基于模型的定义,是指用集成的三维模型完整地表达产品定义信息。产品定义信息包含:产品结构(几何)、技术要求(公差、粗糙度)、制造过程信息(加工、装配、测量、检验)、以及非几何的管理信息(属性、产品 BOM 等)等。MBD 的核心是将产品三维模型打造为传递下游生产活动所需详细信息的唯一载体,改变目前三维模型和二维工程图共存的局面 [1-3] 。MBD 首先由波音公司提出,空客 A380 的研制采用了 MBD 技术。国内绝大多数企业还没有应用 MBD 技术,但航空、航天领域对 MBD 有巨大的需求,如承担波音 787 尾翼、机翼生产的沈飞、西飞、成飞,已经应用了 MBD技术。由于 MBD 技术为企业解决各种信息系统之间产品数据冗余难题提供了方法,而是产品数字化发展的必然趋势。
 
    1 MBD应用场景
 
    设计人员利用 CAD 创建产品的三维模型,并在三维模型上标注尺寸、公差、粗糙度、基准面等技术要求,为三维图样表达需要创建必要的视图、剖视图。图 1 为 MBD 在设计阶段的应用场景。
 
MBD 在设计阶段的应用场景
图 1 MBD 在设计阶段的应用场景
 
    工艺人员利用 CAD 创建产品的各工序模型,各工序模型和设计模型共同定义在产品的 MBD 模型中,即共同定义在一个模型文件中。每个工序模型根据三维图样表达需要定义 1 个或多个视图,视图包含必要的定位、加紧、尺寸、工序信息等,工序模型的视图将最终嵌入在各信息系统中进行浏览。产品复杂时,需要分别创建工序过程卡、工艺卡、工序卡、加工作业指导书中相应的视图。
   
    检验规划人员利用 CAD 系统创建检验模型,并定义必要的检验视图,标注检验要求、注释等。
 
    产品研制各阶段的审核人员,利用嵌入在 PDM/PLM、CAPP 等各信息系统的浏览器查看产品数模,并添加必要的审核注释,该注释不同于 CAD 中的三维 PMI 注释,不能修改 MBD 模型。
 
    车间工人通过嵌入 MES 的浏览器查看产品数模以及具体作业指导内容及要求。
 
    当某零件需要外协时,出于技术保密的需要,可以在 CAD 中为该零件创建一个特定的视图,仅标注必要的 PMI 信息,输出时不输出完整的 MBD 模型,而只输出简化的零件模型。
 
    综上分析,MBD 模型的创建,主要通过 CAD 软件完成,由设计、工艺、检验等不同人员根据工作需要分阶段补充完成;而 MBD 模型的浏览主要通过嵌入在各信息系统的模型浏览器实现。
 
    2 轻量化技术
 
    由三维 CAD 系统创建的产品模型,不仅包含产品的参数化几何外形,还包含造型过程及参数、平面草图及约束等,是产品的精确模型,作为产品的源模型,数据量大且结构复杂。当浏览复杂产品的 CAD源模型时,计算机常出现显示困难现象,提高计算机配置将大大增加实施 MBD 的硬件和软件成本。
 
    “轻量化”是解决显示困难问题的有效方法 [4-7] 。其利用计算机具有高速渲染三角面片的特性,如图 2所示,将参数化 CAD 模型转换成三角面片模型,并进行适当的网格简化,在满足一定精度的情况下,通过减少模型面片数量,达到使模型轻量的目的。轻量化技术原理如图 2 所示。
 
轻量化技术原理
图 2 轻量化技术原理
 
    3 轻量化技术对MBD的支持
 
    很多应用场景不需要编辑 MBD 源模型,只需要浏览,且一定的模型误差是不影响查看的。因此,不必为每个岗位配备昂贵的 CAD 系统及高性能计算机,只需配置轻量化浏览器及普通计算机,轻量化也便于查看大装配数据。
 
    轻量化技术在 MBD 中主要有 2 种体现:一是三维 CAD 系统将创建的 MBD 源模型,输出为指定格式的轻量化模型,轻量化模型可以为后续各个阶段使用;二是后续的各信息系统安装特定的浏览器插件,实现在系统内浏览产品的轻量化近似模型。
 
    除模型浏览外,为满足 MBD 实施,“轻量化”方案还需要满足如下要求:
 
    1)浏览器除了读取轻量化模型外,也要支持各种通用 CAD 的数据直接读取浏览;
 
    2)除提供 OCX 浏览插件,支持 PLM 嵌入式应用外,还需要提供独立的浏览器,以便非集成系统的浏览需要;
 
    3)支持旋转、移动、缩放、多视图等基本浏览功能;
 
    4)支持剖切、测量、三维批注审阅、三维装配仿真等功能;
 
    5)支持 MBD 模型中各种三维图样、PMI、剖视、等信息的良好显示;
 
    6)支持较小的压缩比,实现大装配模型的极轻量化;
 
    7)为模型提供多个 LOD 层级,在渲染流畅的情况下,尽量显示较高精度的轻量化模型。
 
    轻量化技术对 MBD 实施的重要性主要表现在 3 个方面:
 
    1)制定了一种产品轻量化格式。以平面片为基本单元的产品格式已有标准格式,如 STL、VRML 等,但这些格式还不能满足 MBD 的需要。如 STL 缺乏面片之间的层次结构信息,VRML 格式缺乏必要的产品属性等,更重要的是这些格式都不能携带重要的三维标注 PMI 信息。因此,MBD 中的轻量化格式必须是结构化的、带必要参数属性的、带三维 PMI 的。
 
    结构化指产品从装配体、部件,到零件、特征,都是有层次结构的,可以通过产品的 BOM 结构查看产品的所有零部件。带参数,是指当用户选中某产品时,可以查看产品的相关属性,当选中几何表面时,可以查看该表面的参数数据。带三维 PMI,是指轻量化模型应该包含 CAD 源模型中定义的各种 PMI 和所有视图,各种 PMI 也是按照视图进行分类的。
 
    主流三维 CAD 定义了自己的轻量化格式,也都具备上述属性,如 CATIA 定义了 3dxml、NX 定义了JT、PTC 定义了 PVS、SolidWorks 定义了 eDrawing。
 
    2)提供了相应的轻量化浏览器。产品 CAD 源模型输出为轻量化格式后,必须提供相应的可视化解决方案。一是在 PDM、PLM、CAPP、MES、ERP 等系统中或者 office 文档中浏览产品时,需要轻量化浏览插件;另外,为方便企业和客户间的交流,需要提供独立浏览器。无论插件还是独立浏览器都必备的功能包括:支持 BOM 管理、轻量化模型浏览、审阅批注、剖切测量等。此外,还可以包含 CAD 源模型浏览、二维工程图浏览、office 文档浏览、三维标注等,如图 3 所示。
 
    3)提供了精确数据的测量功能。轻量化模型是源模型的近似,是有一定误差的,这不影响模型的查看,但当需要获取产品的精确数据时,浏览器必须提供相关的测量工具。由于直接通过轻量化的面片几何进行测量的结果是不准确的,因此,产品的轻量化模型中必须保持产品精确的参数属性。测量时,浏览器根据所选取的测量要素,在结构化的轻量化数据中查询出对应几何要素的精确参数。
 
    4 华天软件的轻量化解决方案——SView
 
    制定了完全自主的轻量化产品格式 SVL,为满足高精可视化和大装配显示,为 SVL 格式设计了 3 个LOD 层次,LOD1 层面片最多,误差最小,精度最高,逐级往下,面片越来越少,误差越大。最下层的LOD 与 LOD1 相比,可实现 5%左右的压缩率。
 
    开发出了SVL轻量化格式的嵌入式浏览插件(OCX版)。图3显示轻量化浏览插件已经嵌入PDM/CAPP系统。
 
轻量化浏览插件已经嵌入 PDM/CAPP 系统
图 3 轻量化浏览插件已经嵌入 PDM/CAPP 系统
 
    5 结论
 
    MBD 能解决数据源不统一、数据管理困难等问题,是产品数字化发展的趋势。MBD 实施时,除设计、工艺等少量岗位需要使用三维 CAD 进行 PMI 标注外,多数岗位只查看而不修改 MBD 模型,不必配置昂贵的 CAD 系统,因此,轻量化解决方案是 MBD 实施中必不可少的。轻量化方案通过模型三角面化、网格简化技术可以将模型压缩到源模型的 5%左右,大大降低了浏览大装配的硬件要求;通过提供独立和嵌入式浏览器,保证在 PDM/PLM/CAPP 等各种信息系统中可以自由浏览 MBD 模型;多 LOD 层显示、BOM结构显示、精确测量、剖切、审阅批注等各种关键技术的集成,将满足不同岗位使用轻量化 MBD 模型时的应用需求,将大大提高企业 MBD 实施的效益。
 
    华天软件作为国内具有完全自主知识产权的三维 CAD 软件开发商,已经具备了完整的轻量化解决方案:制定了自主的轻量化格式 SVL,开发出了相应的轻量化浏览器 SView,并支持读取 NX、CREO、CATIA等主流三维 CAD 输出的 MBD 模型。
 
本文来源于互联网,e-works本着传播知识、有益学习和研究的目的进行的转载,为网友免费提供,并以尽力标明作者与出处,如有著作权人或出版方提出异议,本站将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。