基于MBD的汽车零件制造模型研究

随着计算机技术的迅猛发展，CAD技术的应用不断深人推进，数字化制造技术正推动现代生产技术的深刻变革。三维实体建模技术已是产品研制中的基本手段，最初的产品设计阶段已经实现了数字化。但是三维实体模型存在两个弊端，- 是仅体现产品的几何信息，没有囊括生产当中所需的材料、加工工艺等产品制造信息，不能为零件的数字化制造提供数字化信息；二是实体模型是产品的最终状态，不反映零件在制造过程中由毛坯到成品件之间的状态变化，阻断了数字信息在制造过程中的传递。

为了满足数字化制造的需求，基于模型的定义(MBD，Model Based Definition)技术作为 CAD的-种趋势应运而生，并得到越来越多的应用。

到目前为止，波音787是全面应用 MBD技术的唯- 案例，在研制787客机过程中，波音公司将 787项 目的数字化环境改为全新的全球协同环境(GCE，Global Concurent Engineering)平台，基于网络建立了关联的单-数据源的核心流程和系统框架。MBD技术应用的推进，航空工业是最初最有力的引擎。鉴于 MBD先进的生产管理理念和管理方式，世界各大主要汽车制造商也相应地开展了MBD技术的应用研究。以丰田公司为例，2004年，丰田汽车旗下的运动汽车部门，丰田赛车实施无图纸计划。该计划宣布，引擎零部件的设计、制造和检测工作全面在数字化环境下展开 。

目前对于 MBD制造模型的研究涉及诸多方面，模型状态、内容、管理、定义方法等。从宏观来看，对于 MBD制造模型的认识并不统-。文献[3]研究了面向工艺链的零件制造模型框架，给出了模型信息表达方法，控形节点的数据组织和制造模型定义过程。文献[4]分析了飞机钣金零件多态模型，建立了 SFED层次模型结构。文献[5]应用特征技术对汽车组件的中间件进行几何信息建模。文献[6]针对产品的设计制造，提出了产品全生命 周期制造信息模型。我 国对 于MBD技术的应用研究仅处于起步阶段，尽管国内航空工业在波音公司的 GCE平台下研究并了解了部分 MBD技术，并大力推广该技术的应用，但是与国外发达航空企业之间依然存在巨大差距。

本文通过对MBD技术的研究，结合汽车制造的特点，研究了MBD条件下汽车零件制造模型。

1 零件制造工艺过程分析机械加工工艺过程是由-个或多个依序排列收稿日期 ：2013-05-20作者简介：周临震(1976-)，男，江苏东台人，副教授 ，博士生，主要研究方向为 CAD、CAM。

· 46· 盐城工学院学报(自然科学版) 第 26卷的工序构成，工序是工艺过程的基本组成部分。

当工序加工表面较多时，工序又可分为若干个工步。工序是-个或-组工人，在-个工作地对-个或对几个工件连续完成的那-部分工艺工程；工步是指在加工表面，切削用量和加工工具不变的情况下，连续完成的那-部分工序。在机械加工工艺过程中，针对零件的结构特点和技术要求，采用不同的加工方法和装备，按照-定的顺序依次进行加工来完成由毛坯到零件的过程。以整体锻造的发动机连杆为例，其典型的制造工艺过程包含27道工序，简化后的主要工序过程为：铣连杆大小头两端面、钻小头孔，拉小头孔，并保证尺寸值和表面粗糙值、铣大头定位凸台、从连杆上铣下连杆盖、锪连杆盖螺帽凸台，钻螺栓孑L，并加工螺纹、将连杆盖和连杆用螺栓固定，精镗大头孑L J。零件工艺过程中，物料随着空间位置的改变，表现为零件形状和性状的改变。工序可以分为工步、进给、安装和工位。安装和工位对应着空间位置的变化，进给对应着形状的变化，此外热处理和表面处理对应性状的变化。零件制造过程中，每-次空间位置、形状和性状的改变均包含所使用的设备、工艺装备、技术要求以及操作方法的描述。

2 MBD零件制造体系的内涵MBD所支持的数字化制造，是虚拟和现实的对应联系，相互转化和衍生的关系，其实质是数字化定义制造模型，工艺流程及工装设备三类制造要素，再以数字量信息的传递驱动实际材料加工的过程。

若将实际制造系统抽象成实际物理系统 RPS(Real Physical System)、实际信息系统 RIS(RealInformation System)、实际控制 系统 RCS(RealControl System)3个子系统，则实际制造系统可以表示为：RMSRPS，RIS，RCSRPS包括所有制造物理实体，如机床、材料、夹具、机器人等；RIS包括信息处理和决策，如调度、计划；RCS负责信息交换。

由MBD的实质可知，可以将实际制造系统映射为基于MBD的数字制造系统，即虚拟和现实的对应联系，并借鉴虚拟制造的思想，数字制造系统可以抽象成数字物理系统 DPS(Digital PhysicalSystem)、数字信息系统 DIS(Digital InformationSystem)、数字控制系统 DCS(Digital Control Sys-ten)3个子系统，因此 MBD数字化制造系统可以表示为：MBDDMS DPS，DIS，DCS零件制造模 型的数字产品制造信息 PMI(Product Manufacturing Information)既包含机床、材料、夹具等数字物理系统信息，又包含计划、制造要求等数字信息系统信息，即PMI整合了 DPS与 DIS，可以表示为：PMIDPS，DISMBD数字化制造系统又可以表示为：MBDDMSPMI，DCS其中PMI是零件制造模型的制造信息数字化定义，以三维模型为核心集成产品制造信息，是实施基于 MBD零件制造的关键。

3 基于 MBD的零件制造模型3.1 制造模型的PMI构成MBD制造模型以零件设计模型为基础，为数字化工艺设计和工装设计提供依据，以数字量来表达工艺流程及工装设备，定义相互紧密联系的工序件。在综合考量零件的生产纲领和现有生产条件的基础上，拟定工艺路线，制订出零件由粗到精的全部加工工序，制订指导零件生产的数字化模型，并定义 PMI信息。表 1所示为基于 MBD的零部件 PMI信息。

表 1 基于 MBD的零部件 PMI信息Table 1 PMI information of part based on MBD类型 说明DimensionsGeometric TolerancingSupplemental GeometryAnnotationsSpecialized PMISecurity Marking尺寸几何公差补充几何注 释专用信息安全标记零件制造模型PMI数据包含表 1中的6种类型，每-种类型对应-种特定的产品信息，某些类型下又分成若干个小类，共同构成零件制造信息。

在 NX软件中，气囊支座铸造模型产品制造信息有序组织在部件导航器中，如图1所示。气囊支座 PMI数据模型如图2所示。