1.3.3　三维工艺设计关键技术

（1）基于BOP的结构化工艺数据组织

TC平台利用其核心的3PR（Product产品、Process工艺、Plant工厂、Resource资源）理念，在总工艺节点下分别采用不同的工艺类型来描述和创建子工艺对象，如毛坯工艺、零件加工工艺、热处理工艺、表面处理工艺、注塑工艺、焊接工艺、冲压工艺等，然后在子工艺节点下按需求创建加工工序节点，如下料工序、通用加工工序、数控工序和检验工序等，并通过这些工艺和工序节点构建出结构化的工艺BOP（Bill of Process）结构，最后从制造资源库中调用、设定并关联与工艺/工序相关的工装、设备、车间、产品等信息。通过结构化工艺BOP结构，由总工艺类型来管理所有的子工艺类型结构，同时关联并管理所有相关的工艺数据，最终形成完整的产品、工艺、工厂和资源模型。

（2）工序模型构建

结构化工艺BOP创建并关联相关产品、资源模型后，如何有效利用设计MBD模型来创建中间工序模型（包括加工工序和装配工序）才是真正的关键所在。中间工序模型是指产品从原材料形态到最终成品的加工或装配过程中某个工序对应的三维结构状态模型。在传统的工艺方式下，工序对应的都是二维工程图纸，各类相关人员在审阅理解过程中需要浪费大量的时间；另外，工序通常是由不同的设备和人员完成的，当一个零件从一个工作中心到另一个工作中心时，需要显示这种形态的变化及其对应的NC加工程序，从而有效指导整个加工或装配过程。因此，利用三维工序模型来描述不同工序上零件的工序基准、加工内容、加工要求、计量内容、计量要求、数控加工刀路仿真等信息，对技术工人在生产现场高质量并顺利地完成操作和检验过程将起到事半功倍的作用。在基于TC/UG的制造工艺设计管理平台框架中，三维工序模型对工艺模式的创新具有直接意义。

利用设计MBD模型来创建中间工序模型的过程如图1.9所示。工艺人员在TC平台上完成零件、组件或部件的工艺规划后，将形成的整个结构化工艺BOP模型及其关联的结构件列表、MBD设计模型、资源列表、三维模型导入UG或UG CAM系统中，在三维可视化状态下开展工艺规程的设计。

图1.9　基于TC/UG的工序模型创建方案

利用UG的WAVE LINK技术与同步建模技术为各工艺或工序对象创建三维工序结构模型，通过关联引用使设计模型与各工艺/工序结构模型之间保持结构关联性，以实现零件模型或工序模型的结构状态变化更新能自动传递并修改各加工工序模型，比如增加加工余量、删除加工孔和槽等，从而方便快捷地建立并维护工序模型。在形成的工序模型上，通过UG的PMI功能进行3D制造信息的标注，比如尺寸公差、加工区域标识、操作说明、检验要求等。当然，在实际的工程应用中，设计部门的PMI标注需要传递给工艺部门，让工艺部门的技术人员可以重新利用和继承这些已经标注好的PMI，减少工艺编制的工作量。设计模型的PMI被传递到工序模型后，工艺人员可以根据需要选择是否显示，但是不能对该尺寸进行修改。需要展示内部细节时，可通过PMI剖视图展示。复杂工序可根据表达需要增加标注视图。对于热工艺，可根据加工特点对其表现形式作相应调整，一般情况下，形状变化不多，尺寸公差信息较少，工艺参数较多。

（3）基于UG的工艺过程仿真

在TC/UG框架中，以工艺BOM为核心，以工艺知识和制造资源库为基础，围绕结构化工艺BOP，通过继承设计模型和制造信息建立工序模型；同时，在三维可视化环境中运用工序模型对加工过程和装配过程开展仿真，通过计算机仿真的技术手段模拟和预测产品的整个生产制造过程，从而验证设计和制造方案的可行性，尽早发现并解决潜在的问题，这对于缩短新产品开发周期、提高产品质量、降低开发和生产成本、降低决策风险都是非常重要的。另外，将工序模型及其仿真过程动画用数字化动态出版的方式形成三维可视化工艺文档，传递到生产现场作为生产指导的依据，从而实现基于三维工序模型的新型工艺设计模式，如图1.10和图1.11所示。

图1.10　零件加工工艺设计方案

图1.11　装配工艺设计方案

（4）三维工艺数据可视化

基于MBD的工艺设计与管理模式是以设计部门提供的MBD模型作为唯一数据源和原始制造依据，通过MBD工序模型的设计，实现尺寸公差、形状、位置公差等PMI内容以及制造加工信息等工艺数据在MBD工序模型中的直接表达，充分利用三维手段表达加工制造信息，最大限度地保证工艺数据的一致性和完整性，再将表达在MBD模型中的加工信息自动提取到工艺规程文件，实现可视化。在三维工艺文档的生成过程中，使用定制好的工艺文件模板，从系统中动态提取产品、工艺、工序、工装、设备等管理信息，从各工序模型中提取操作过程并捕捉数字化出版3D模型的不同状态或标注信息，添加到工艺文件相应格式中，动态生成用三维工序图解表达的工艺规程文件，如图1.12所示。该工艺规程文件在TC平台中通过校对、审核、审定、标检、归档、发放等环节后，最终发放并输出到生产现场作为指导操作的依据。同时，TC平台支持工艺规程文件的圈阅、对比、权限控制；支持工序的会签，满足不同工序的差异化会签需求；支持工艺更改，达到不同工序的版本控制，实现在TC协同平台下的MBD工艺管理。

图1.12　从工序模型动态捕捉图解到工艺规程文件