CAD/CAPP/CAM/MPM技术的应用现状与挑战

2 产品设计制造信息及其特点

    2.1 产品定义技术的发展

    大规模工业化生产以来，产品定义经历了从二维到三维模型发展的4个阶段，如图3所示。在这个过程中，产品定义技术给企业产品研发带来了很多机会也带来很多挑战。早期的产品数字化定义通过创建二维工程图，实现用计算机进行产品设计。二维工程图是贯穿产品市场调研、方案确定、设计、制造、检测、安装、使用和维修过程中的技术信息载体。实体建模等3D建模技术诞生后，方便了产品设计表达手段，加速了数字化产品定义的发展，可有效解决二维工程图应用汇总难以解决的诸如复杂的投影线生成问题、尺寸漏标问题、漏画图线问题以及机构几何关系和运动关系的分析问题等，此时的三维产品定义数据能提供产品几何信息，仍不能直接提供下游工艺和现场生产中需要的工艺信息，如加工表面精度信息、材料及热处理信息、以及加工规范等，制造过程中仍需要二维图纸来表达零件的精确制造准则。参数化造型技术出现使得三维CAD具有了基于特征、全尺寸约束、全数据相关及尺寸驱动设计修改等新功能，使三维模型能够通过添加三维方式的注释提示、注释与形状的数字连接的功能提供尺寸、公差、表面粗糙度等部分几何工艺信息，但尚难以直观且无二义地表达诸如某表面的粗糙度、表面间的结合方式、间隙的设置、要求符合的规格与标准等非几何信息，因此仍需要采用二维工程图以清晰地表达产品的制造要求。随着CAD技术在90年代末加入三维标注的功能，AMSE开展了系列数字化定义标准的研究，以及波音公司在2004年启动的787项目中全面推广新的基于模型的数字化定义技术（Model Based Definition，MBD）体系，企业目前开始更多地研究和推进全三维制造，这是今后CAD应用的方向。

    图3 产品定义技术的发展

    2.2 产品定义中应遵循的重要标准规范

    全三维设计制造应用的难点主要在与制造数据是否能够完整表达传递，解决这个问题的关键之一在于产品在定义中应遵循一定的标准规范，目前在这方面的国际标准有GPS和MBD。

    2.2.1 GPS

    GPS是产品几何技术规范（Geometrical Product Specifications），有一系列标准，ISO1101:2004；GB/T 1182-2008等。GPS包含宏观和微观几何规范，尺寸和形位公差、表面特征等几何精度规范；相关的检验原则、测量器具要求和校准规范；基本表达和图样标注的解释；不确定度的评定和控制，贯穿于产品从设计到制造的全过程。

    新一代GPS在标注方面进行了改进，GPS标准体系蕴含工业化大生产的基本特征，反映了技术发展的内在要求，为产品技术评估提供了“通用语言”；由于实际加工出的零件几何形状，并非理想形状，新一代GPS提出了针对零件更丰富的尺寸概念。

    2.2.2 MBD

    MBD是基于模型的数字化定义，已成为国际标准 ISO-16792 即产品技术文件－数字化产品定义规范。它一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法体，详细规定了三维实体模型中的产品尺寸、公差的标注规则和工艺信息的表达方法。