基于模型的产品数据联动.docx

ICSXX.XX.XXJXX团体标准T/BIAIMXXXXX-20XX基于模型的产品数据联动ModeI-basedproductdataIinkage（征求意见稿）20××-××-×X发布20××-×X-XX实施北京智能制造创新联盟发布基于模型的产品数据联动1范围本文件规定了复杂产品协同设计与制造过程中的各类协同信息、基于模型的协同信息定义模式以及各类产品协同设计信息在模型中的表达方法。本文件适用于以三维模型为载体的产品协同设计与制造的实施、应用与管理。2规范性引用文件本文件没有规范性引用文件。3术语与定义本文件没有需要界定的术语和定义。4缩略语下列缩略语适用于本文件。MBD：基于模型定义(ModelBasedDefinitiion)1.CPT：产品全生命周期集成开发团队(1.ifeCycleProductTeam)PDM：产品数据管理(ProductDataManagement)KC：关键特性(KeyCharacteristics)TIP：工装定位计划(ToolIndexPlan)CAD：计算机辅助设计(ComputerAidedDesign)CAPP：计算机辅助工艺规划(ConlPUterAidedProcessPlanning)5模型定义与数据组织MBD模型由三方面的模型要素组成，包括设计模型、标注信息以及属性数据。设计模型以三维方式描述产品几何形状信息，仅包括模型几何和辅助几何，辅助儿何通过几何元素(点、线、面、坐标系统等)与模型几何进行关联。标注信息包括无需手工或外部处理即可见的尺寸、公差、注释、文本和符号，通过标注表达产品尺寸与公差范围、制造工艺和精度要求等生产必须的工艺约束信息。属性数据是指用以表达产品定义或产品模型特征所需的信息，包括产品的原材料规范、分析数据、测试需求等产品内置信息。按照以上数据结构组织的MBD模型，在产品信息组织与传递过程中应符合以下要求：a)借用图层、视图与捕获的分类管理功能，应满足设计模型和标注信息的分类显示需求，便于产品信息提取与组织过程；b)标注信息中尺寸、公差、粗糙度以及标注编号的规范化添加，应能够满足产品信息拾取的自动性与完整性；c）属性数据的规范化组织，应保证在设计环节，零件总体信息的完整性与统一性。6产品协同设计信息与表达6.1 产品协同设计信息6.1.1 概述产品协同设计过程中，为了保证各类数据的准确性及协调性，应在协同设计工作过程中保证1.CPT组成员之间的信息交流与协调沟通，使1.CPT每位成员在自己的工作成果数据中考虑并满足其它人的信息需求。在协同设计过程中，1.CPT组成员之间需要协调的信息主要包括结构分离面信息、关键特性信息、工装定位计划信息与测量计划信息。6.1.2 1.2结构分离面结构分离面包括设计分离面与工艺分离面。设计分离面由设计人员根据使用功能、维护修理、运输方便等方面的需要，将产品划分为许多采用可拆卸连接的部件、段件和组件形成；工艺分离面由工艺人员为了生产需要将其划分为许多较小而简单的、采用不可拆卸连接的板件和组件形成。通过合理的划分工艺分离面，可提高装配工作的开敞性，以改善装配工作效率，缩短装配周期，并提高产品的装配质量。同时，由于增加了平行装配工作面，为提高装配工作的机械化和自动化程度创造了条件。在数字化技术条件下，产品结构的设计与工艺分离面通过PDM来表达和实现。结构设计人员从结构功能角度划分出设计分离面，并把产品结构数据组织成EBoM形式；工艺人员从生产角度划分工艺分离面，并将产品结构从EBOM形式调整成PBOM,指导后继的工艺与工装设计工作。6.1.3 关键特性关键特性（KC）是材料、零部件或制造过程的特征，KC的变化对产品的互换协调要求影响较大，进而影响产品结构配合、性能、服务寿命或可制造性等。通过监控KC的波动情况可达到防止缺陷产生的目的。KC的应用使产品质量的控制从以检验为基础的质量控制体系转变为以预防为基础的质量控制体系。一个产品具有许多协调特征。因此，关键特性的定义和选择需由1.CPT组共同研讨决定。选择和定义关键特性一般根据经验，包括以下两方面：a）依据关键特性概念及经验常识定义关键特性；b）依据历史数据资源定义关键特性。另外，可用比较复杂的数学分析方法进行关键特性定义，如损失函数法、相对损失函数法、风险分析法。为保证高一级的关键特性，如总体设计阶段给出的顶级关键特性，应将这些关键特性沿产品制造树（或产品结构树）向下逐级传递分解，直到分解到零件级，形成树形结构，即关键特性树。如果高一级的关键特性出现波动过大的情况，其原因往往可追溯到低层零部件的波动,直至关键过程参数。因此，上一层产品的关键特性应分解传递到下一层产品的关键特性上，使制造者能够追溯波动源。当零件级关键特性继续向下分解传递时，可继续找出对关键特性有较大影响的制造工艺参数。6.1.4 工装定位计划爱杂产品装配过程的主要特点是为保证其形状和尺寸的协调准确度要求，需用大量体现零件尺寸和形状的专用装配工艺装备定位零部件空间位置并保证其形状。工装设计人员设计装配工艺装备时，不仅需要关于由工程设计人员设计的装配对象的几何形状与尺寸信息，还需要关于由制造工艺技术人员制定的装配对象的装配过程及其零部件的具体定位方法，即工装定位计划（TIP）。在产品协同设计过程中，装配工装定位计划是在产品结构初步设计阶段，由1.CPT组根据装配工作需要组织产品装配工艺结构树并制定出主要装配工艺流程后，进一步提出对装配工艺装备的需求及工装定位计划。工装定位计划制定的依据是产品结构构型，并且需在其中详细说明装配结构件的定位基准与定位方法，包括结构件基准面、装配配合表面、空间交点孔位、装配孔位置以及重要轮廓外缘等。6.1.5 测量计划对关键特性的波动控制，需通过测量实现。因此，1.CPT组需对关键特性做出详细的测量计划，以便在制造过程中实施。测量计划包括对产品验收测量（对关键特性的控制点的测量）和工序验收测量（关键特性的检查点测量）。测量计划需指出详细的测量基准与测量对象，同时包括测量指令并根据需要加上图解，有时需包括测量技巧。另外，应对测量结果绘制相应的统计过程控制图，使任何对过程进行审核的人员都能以直观的方式看到这些信息。6. 2产品协同设计定义模式MBD模型具有非几何信息三维表达能力，可作为产品结构形状几何信息和产品非几何制造信息的载体。因此，MBD模型具备在协同设计过程中记录1.CPT组协同信息的能力，并将产品设计信息与协同信息集成在一个三维空间，1.CPT组只需针对与依据同一个对象进行工作，减少不同信息环境下转换与操作的繁锁度，便于1.CPT组的协同信息记录与交流。1.CPT组的工程设计人员可以完成全部产品结构形状与制造工艺信息的设计表达工作；1.CPT组的工艺计划与工装设计人员可把工装定位需求信息以标注与属性的方式附加到MBD模型中。类似地，1.CPT组也可将关键特性与测量计划信息通过MBD模型来表述。由于MBD模型包含全部产品结构设计信息，是1.CPT组工程设计人员的主要工作对象与设计成果。因此，在通过MBD模型记录协同信息时，需由工程设计人员负责完成产品结构树调整及关键特性、定位计划、测量计划等相关信息的记录与操作过程，即1.CPT组的其他成员根据产品结构与原始MBD模型，分析得出相关协同制造信息需求并传达给工程技术人员，由工程技术人员将这些信息表达在MBD模型中，1.CPT组再依此MBD模型开展后继研制工作。如此反复，直到完成整个产品研制任务。MBD模型也在研制过程中不断更新、反映最新产品定义（开发）状态，便于不同工程部门（设计、制造、工艺、质量、服务支持等）的沟通。1.CPT组通过MBD模型实现协同信息定义的方式如图1所示。图11.CPT组通过MBD模型的信息交互方式7. 3协同设计信息表达MBD模型的非几何信息描述能力为关键特性、定位计划、测量计划等协同信息的描述提供了一种新的定义方法。协同信息一般由符号与文字说明信息两部分组成，在MBD模型中采用标注与属性联合表达的方式。为保证各类人员在全生命周期中对信息的理解一致性，需制定协同信息在MBD模型中的统一表达方法与使用规范。关键特性、定位计划、测量计划等协同信息均与零部件的特定结构几何特征相关。因此，既需要用符号标注的方式标识指出特定的几何结构特征及信息类别，又需对该标识用文本字符串属性进行详细描述说明。符号标注一般采用旗注标识符和包含一个参数的旗注定义联合说明。旗注标识符是用于描述所有零件特征的特殊工程标识符号，一般采用直角五边形。放于适当的标注平面中，并用一根导引线指向被描述的关联几何特征。旗注定义是对旗注的文本描述，放于旗注符号中，由信息类别标识与序号两部分组成。每个旗注都需要进行详细描述，详细的描述信息放于结构特征树上的有关结点中，并以旗注定义符号标识。关键特性的旗注定义由KC字符与一个字母组成（如KCA）,每个关键特性的描述信息均放在以"keycharacteristics"或“关键特性”标识的产品结构特征树主结点描述说明中。定位计划、测量计划等协同信息的定义与关键特性的定义方法一致。另外，为方便后继人员对特殊信息的查找索引，需建立单独的视图与捕获。7设计工艺数据联动7.1设计-工艺信息集成7.1.1 设计信息域设计所发放的设计模型是面向功能描述的，给出了按设计分离面划分的结构和零部件之间的组成关系，是进行后续工艺设计和产品制造的依据。本文件将设计端发放的需要集成的各类数据归纳为设计信息域，如图2所示。设计信息域由产品结构模型、设计特征、设计基准和相关文档描述等信息组成。产品结构模型为各零部件的结构组织层次；设计特征是三维模型特征，也包括对该特征的标注和文字描述；设计基准是设计中设计基准面、基准坐标系、基准线、站位等信息；除此之外，还有相关的文本文件。图2设计信息域三三三三三三三三一7.1.2 工艺信息域本文件将工艺顶层规划阶段需要集成和转换的信息归纳为工艺信息域，如图3所示。工艺信息域由装配工艺结构、基准信息、工装信息、协调信息、测量信息、连接定义信息和相关文档描述。装配工艺结构即为装配工艺树；基准信息是用于确定结构件相对位置的一些点、线、面；工装信息是为保证产品装配质量对工装设计员提出的工装技术要求；协调信息是对装配协调方案和协调关系的描述；测量信息是对需要测量的位置、使用的方法和技术要求的描述；连接定义信息是对密封、黏接、焊接、加垫等信息的描述；除此之外，还有相关的文本文件。谷准（BE爵一图3工艺信息域7.1.3 设计-工艺信息集成方法设计域向工艺域的信息流传递通过对设计模型的继承，在设计模型的基础上进行信息集成，在设计向工艺的转换过程中，信息类型不同，采用的集成方法也不相同，包含但不限于：a）顶层工艺技术员在对设计模型进行重构的过程中，首先划分装配分离面，生成装配工艺结构，集成方法采用将规划好的装配工艺结构加载到辅助建模工具集下；b）几何实体模型在工艺信息模型中进行添加，如工装实体建模；c）文字性描述采用辅助建模工具添加到结构树上指定位置；d）工艺特征即为工艺设计中根据工艺类型的不同添加的特征，如工艺余量、协调孔、工艺耳片、关键特性等，此类特征采用建模工具进行添加，通过标注、注释等交互式方式补充相关信息；e）设计特征向工艺特征的转化采用建模工具对设计特征进行提取，然后按照工艺特征集成方法对其进行标注、注释信息添加并进行整合与关联；f）对于需要集成的各种文档文件信息，可采用将文档地址链接到结构树下的方式表示。7. 2顶层工艺模型7. 2.1概述在顶层工艺设计阶段构建顶层工艺模型实现设计-工艺信息流的传递。顶层工艺人员对设计端发放的数据进行接收，在此基础上进行重组，将工艺信息进行基于模型的集成，构建顶层工艺模型，并将此模型作为指导下游研制生产的单一数据源。7. 2.2顶层工艺模型构建在工艺设计开始时，以设计端作为原始数据源，设计端的产品结构是以EBoM为指导。在工艺端，将设计端的产品结构转变为PBoM构型，此时只改变装配的层次关系，不改变设计模型包含的内容。在工艺设计顶端，添加顶层工艺信息并与设计信息集成，生成一个指导下游工艺制造环节的顶层工艺模型，同时该模型与上游的设计端关联。基于此模型，在后续工艺-制造环节产生的问题可以一层一层向上追溯，最终的问题反映到顶层工艺端，顶层工艺端负责与设计端进行技术上的协调交流。由此，如图4所示，顶层工艺模型由产品设计模型（设计域）、工艺信息模型（工艺域）组成。设计模型产品结构树设计基准设计特征文本描述顶层工艺模型工艺信息模型装配工艺结构基准信息协调信息工装信息测量信息连接定义信息文本描述图4顶层工艺模型顶层工艺模型的建立与使用会使制造厂的业务模式发生相应转变。在以顶层工艺模型为后续生产工作的指导下，需在厂里抽调各部门专业的工艺技术人员组建顶层工艺室，负责完成顶层工艺模型的构建。部件、组件、段件、零件等各阶段工艺模型所包含的工艺集成信息仅包含该阶段的内容，下一阶段工艺模型再阐述详细工艺设计内容，最终形成层次工艺模型。建立层次模型，可使工艺设计流程更清晰。7. 2.3编码在各类信息向顶层工艺模型集成的过程中，针对信息类型多、表示方法不一致、存储模式不同等问题，可使用层次编码法来管理和表示各类异构信息。在查询和统计时,可采用树形结构展示操作结果,树的每一个子层都是父层数据的细化，父层都是子层的统计和汇总。根据复杂产品顶层工艺模型的信息构成，采用如下编码方法：a）对于装配工艺结构，先对装配件父级进行编码，再对其下的装配单元逐级编码，最后对附属于某级装配单元的工艺特征进行编码。便于设计人员和使用模型的人员读取信息；b）基准、工装、协调、测量、连接等信息在需要描述的层级下面进行信息编码。包括工装设计信息、协调信息、测量信息、连接定义信息、文本描述信息等。8. 2.4更改复杂产品设计MBD数据集从预发放到定型之间修改频繁，为了保证模型数据的一致性，厂所之间需建立模型数据更改机制。顶层工艺模型向上关联设计模型，向下对工艺数据、工装数据及检验数据进行基于模型的关联，作为后续研制环节的唯一数据源指导后续研究工作。在基于顶层工艺的设计工艺信息流传递模式下，更改主要有以下几种方式：c）设计所发生更改向制造厂顶层工艺端传递；d）制造厂内部传递更改；C）制造厂发现问题，反馈至顶层工艺端，由顶层工艺端向设计所传递更改。更改内容不一样，其更改机制也相应不同，业务流程如图5所示。14于顶层工艺触的更改机制,掩发哪Jarais!I皴改问题I；计引拗涧题I图5基于顶层工艺模型的更改机制设计所发生更改向制造厂顶层工艺端传递又分为零件级更改和特征级更改，包含但不限于：f）零件级更改由零部件的增加和删除产生，可通过顶层工艺模型与设计模型之间的关联关系，在PDM系统中进行信息追溯，对装配工艺结构和顶层工艺模型进行重构；g）特征级更改主要针对设计特征被删除或修改，而与之相关联的工艺特征中标注信息和描述信息仍就存在的情况，通过PDM系统进行信息追溯，在建模工具中删除这些工艺特征,保证顶层工艺模型与设计模型的数据一致性。制造厂内部传递更改，来源于设计更改引起的制造厂内部更改，或是制造厂内部业务出现问题引起的更改。制造厂内部更改传递可通过技术人员现场交流完成，也可以通过企业内部协同平台进行。制造厂发现问题，反馈至顶层工艺端，由顶层工艺端向设计所传递更改，在工艺、制造环节往往会发现设计端未考虑全面而引起的问题，制造端将发现的问题反馈至顶层工艺端，经顶层工艺端确认无误后由顶层工艺端向设计端传递更改。8制造特征信息组织与传递8.1加工特征分类与工艺分析根据典型复杂产品结构件的几何形状和加工特点、复杂产品结构件的加工特征，可划分为如图6所示的特征分类树。亚业航室站构件孔I工艺昌门_Tr僚1.卜洛口-T为来而一图6复杂产品结构件的加工特征分类友杂产品结构件中的壳体、框、梁、壁板、肋和连接接头可以通过孔特征、筋特征、槽特征、曲面特征和平面特征等加工特征进行加工工艺方法的设计。其中，孔特征需考虑孔的加工精度、长径比以及类似于台阶、倒角和环槽的功能结构；平顶筋、斜顶筋、曲顶筋的工艺方案设计过程中需考虑约束面、过渡圆角、凹陷等特殊结构；槽特征在生成刀轨路径的过程中要兼顾处理岛屿凸台、转角、开口等结构；曲面特征包含轮廓、柱面、球面以及不规则面，而轮廓特征的加工工艺中需考虑补偿和避让下陷以及凸缘等特殊结构，柱面特征与球面特征需借助车削加工完成；平面特征中开口面一般采用端面刀铳削，而闭口面由于要避让干涉面通常选用柱铳刀。8.2特征信息建模面向制造的特征信息建模，需从制造的角度出发，支持UBD模型中设计信息的提取、组织和传递，方便用于工艺设计和数控编程等全生命周期。制造特征信息模型是特征信息提取与传递的基础，以及产品信息在CAD系统与CAPP系统间传递的载体。8.3特征信息提取与传递基于MBD模型的特征信息提取与传递，是指以制造特征信息模型为数据组织标准，以MBD模型中丰富的产品设计信息为数据来源，从制造的角度对产品设计信息进行重组与提取，存储于产品的制造特征信息传输文件中，应用于工艺设计决策及数控仿真制造等后续生产活动。每类特征的信息由以下7种类型的数据组成：几何信息、特征描述信息、定位尺寸、特征尺寸、尺寸公差、表面粗糙度和形位公差。几何信息的提取应用点线面等几何智能体；特征描述信息用于定制化的描述制造特征的特殊制造要求；定位尺寸借助定位元素的点选自动计算获取；特征尺寸与尺寸公差的自动化提取应用尺寸与公差的智能体；粗糙度的值通过粗糙度的关联面获取；形位公差的提取通过智能体实现公差类型的自动判别、公差面的自动获取和公差值的自动提取。基于MBD模型的特征信息提取与传递方法如图7所示。点选定位儿素f恸计佛坐标力.线山儿何M维体、胎也儿何j几何侑息几何序号Jl何信息类激实例ID特征描述信息特征描述类型特征描述内容定位尺寸信息定位尺寸类XJ.Z坐标尺寸公差信息特征XM1.文件CAD模块输出项(WT模块辅K刖CAM模块辅助项形位公差信息机精度信息公差/基准面ID公羌类型公整值M梃度假公龙所属尺寸尺寸上下偏差尺寸公差等级也Mll幅而的用箱度侑尺寸公誓划傕体仅取I卜偏片Jj公曰等级的值(MH¾M,一统体化的传递就体图7基于MBD模型的特征信息提取与传递方法按照制造特征信息模型的数据组织要求，在MBD模型上可以进行交互式的特征信息提取与组织，并将完整的制造特征信息向下游的CAPP/CAM系统传递。参考文献1周秋忠，樊庆春.MBD支持的产品协同设计及协同信息表达J.制造业自动化，2011,33(01):55-59.黄超，梅中义.基于模型的飞机设计工艺信息流传递方法研究Dl机械工程师,2017,No.314(08):1-4.罗毅，乔立红，樊景松.基于MBD模型的制造特征信息组织与传递J.航空制造技术，2013,No.443,No.444(Z2):53-55.DOI:10.16080/j.issnl671-833x.2013.z2.026.