基于NX7．5．2软件的MBD工艺设计研究

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Research on MBD Technological Design Based on NX7.5.2 SoftwareGUO Zhi.wei.SUN Jian.bang(No.203 Research Institute of China Ordnance Industries，Xi'an 710065，China)Abstract：Combining the powerful function of WAVE technology and Synchronous Modeling technology，this paper elaborates the l-deas and methods of the MBD technological design at this stage according to the secondary devolopment of the NX7.5.2 softwareand establishing environment of the technological design environment based on the three-dimensional mode1.This new method canbe used to make ful use of the engineering model in the technological design link，improve its eficiency and accuracy and efectivelysolve the many drawbacks of traditional process design。

Key words：NX；MBD；technological design0 MBD工艺设计概述MBD(model based definition)：是 目前波音推行的新-代产品定义方法。其核心思想是 ：全三维基于特征的表述方法，基于文档的过程驱动；融入知识工程 、过程模拟和产品标准规范等。它用-个集成的三维实体模型完整的表达产品定义信息，即将制造信息和设计信息(三维尺寸标注及各种制造信息和产品结构信息)共同定义到产品的三维数字化模型中。从而取消二维工程图，保证设计数据的唯-性。MBD在 2003年被 ASME批准为机械产品的工程模型的定义标准，是以三维实体模型为制造依据的标准体。

在工程设计、工艺设计和生产流程方面，传统的模式是：产品设计者首先将头脑 中的三维实体形象通过严格的标准和投影关系变为复杂的、但为工程界所共识的标准工程图；工艺人员再以此二维工程图作为唯-制造依据，通过想象恢复它的立体形状 ，理解设计意图，然后根据加工路线在头脑中分解成不同的工序实体，并构思所需的工装实体形象，再将各个工序及工装实体形象转化为相应的标准平面图样，编写适当的工艺文件，传递到车间；工人再根据各工序图，通过理解，再次还原产品加工阶段的各个立体形状 ，展开加工。在整个过程 中，浪费不仅是平面图的多次绘制，还包括了对实体形象和抽象的视图表达方式之间的多次转换，以及在转换过程中可避免出现的表达不清和存在歧义，平面图样的再利用能力几乎没有 ，定义的品质完全依赖于相关人员的个人能力。

有时不是创意而是对平面图形的理解程度 、制图技术的好坏成为能否制造出好的产品的关键。这种方式使得产品数据传递过程中管理复杂，效率低下，成本高昂，信息利用率低。而 MBD技术就可以很好得解决上述传统模式中的弊病 ，其重要特点之-就是设计信息与工艺信息的融合和- 体化。

MBD工艺设计方式就是工艺人员直接依据j维实体模型开展工艺开发工作。围绕实体模型进行工艺装配仿真、加工模拟仿真、工艺文件编制、NC程序编写等 ，并将所有工艺信息与模型融合为-体，再将包含完整信息的模型传送到车间数字终端作为产品加工的依据，以-种所见即所得”的方式指导生产。但这是-种理想的工作流程与设计方式，在实际的运作 中，不但要解决大量软件技术问题(例如：如何在模型中加入三维尺寸标注、工艺内容、工装信息、设备信息、数控加工程序等)，更主要的是要有效解决由此带来的对企业文化 、管理体制、生产方式、检验制度等的冲突，因而 MBD的实施不可能是-蹴而就的，它必然经历-个循序渐进的过程。本文即是通过探索-种在现阶段可行的，既引用 MBD设计思想 、又结合传统生产流程特点的工艺设计方法，以实现产品从工程设计阶段向加工生产阶段的快速、准确转化，并推动企业对于 MBD技术的认知，以 MBD技术的发展迎接三维数字化制造时代的来临。

作者简介：郭志伟(1980-)，男，甘肃镇原人，工程师，学士，主要研究方向为机械加工与数字化制造。

. 100. htp：/ZZHD.chinajourna1.net.cn E-mail：ZZHD###chainaj。uma1.net.cn《机械制造与自动化》· 信息技术 · 郭志伟，等 ·基于NX7.5.2软件的MBD工艺设计研究1 基于 NX7.5.2的 MBD工艺设计开发1.1 NX7.5简介NX系列(原 UG系列)软件是当前世界主流 CAD/CAM软件之-，被当今许多世界领先的制造商用于概念设计、工业设计、详细的机械设计以及工程仿真和数字化制造等各个领域。早在 20世纪 70年代初期 ，在某飞机研制中就使用此系列软件建立 了飞机 的局部外形模型。

1987年我国已引进美国 UGII软件用于 K8飞机研制。从1997到 2003年我 国飞机制造企业又连续多次从美 国UGS公司引进 了大型 CAD/CAM软件 UGII，大量采用 了UG进行数 字化设 计与制造。现在 UG软件 已发展 至NX7.5.2及以上版本 ，其功能也越来越完善，在国内大型设计、制造企业得到了广泛的应用。在 NX7.5版本中最大的惊喜在于同步建模技术的强大功能 ，它使得对于产品三维模型的后续更改设计变的非常简单 ，在 NX7.5.2版本中又加入了中国工具包，使得软件的使用更符合国内用户的特定要求。本文所讨论的MBD工艺设计方法(不妨称之为准 MBD工艺设计，因为完美的MBD工艺设计在现阶段仍是-种理想化 的模式)，正是得益于软件的上述功能，并与 WAVE技术结合，辅 以合理的二次开发才得 以实现。

1.2 基于 NX7.5.2的二次开发大部分制造企业对于生产流程的控制 ，仍然是以工艺规程、工艺流程卡为主，通过纸质或电子的、符合企业标准的工艺技术文件在车间流转来指导产品的加工生产。传统的工艺文件编写主要采用 Auto CAD，WORD，CAXA/CAPP等软件来进行 ，这类软件都是 以二维工程图为基础，利用事先定制的与使用软件相适应的二维标准模板来进行。而产品的模型设计是用 NX，Solid Work等大型三维设计软件来进行的。产品的数控加工编程又涉及其他的CAM软件。那么对于工艺设计人员来说，只有掌握众多的设计软件才有可能很好地完成整个工艺设计环节的工作，这无疑是-种额外的负担，况且在不同软件环境之间调用模型和图样文件几乎是不可能顺利实现的，这无疑会浪费工艺设计人员大量的时间来处理软件之间不完全兼容所带来的-系列问题。

对于 MBD工艺设计来说，其要实现的主要功能就是对三维模型的最大利用(取消二维图样这-中间过程)，并以此为基挫捷、高效、准确的生成适合制造企业生产管理流程的工艺文件指导生产。显而易见，如果能够将产品的工程设计环境 (CAD)、工艺设计环境(包括装配仿真、工装设计 、工艺编制等)、加工仿真与编程环境 (CAM)等融为-体，必然会大大提高工艺设计的效率。传统的二维工艺设计软件显然很难完成这-任务。对于 NX7.5系列软件来说，其在 CAD/CAM方面的强大功能已经通过市场的广泛应用得到了充分的证明，那么要利用软件现有的功能实现工艺设计 的其他内容(编制工艺文件)，以达到M achine Building Automation， 2013， 41(2)：100～103，133目的，就必须首先对软件进行合理的二次开发，在新的软件环境中定制出符合企业自身标准要求的各类工艺技术文件模板。

a)工艺模板的开发与使用通过定制与企业自身要求相适应的标准化工艺规程、工艺流程卡、工装图模板并通过对 NX7.5.2相关配置文件的合理改写，将模板文件及工艺资源添加到软件中，使得工艺设计人员能够对工艺模板文件进行快速调用，这是工艺设计的先决条件。

新建模型文件，进入制图拈，按照企业对于线型、字体等方面的具体要求，利用曲线命令绘制所需工艺模板，然后在模板文件属性项中增加如产品代号、工序名称、工序号、编制、校核等固定项，将模板文件中的相应项与新增属性关联对应，或直接与产品模型文件的有关属性关联，以实现对工艺文件标准内容的快速输入。

完成工艺模板的定制后，通过新建文件的方式调用模板，再将各工序模型、工装模型以各种视图的形式加入到新建文件中，以继承 PMI标注(三维标注)、添加注释 、引用技术资料库等方式在工艺文件 中添加必要的工步内容及其他信息，从而快速生成工艺执行文件。这种方式直接去除了工艺设计对产品二维工程图的依赖，以三维模型作为唯-数据源，利用软件在制图方面的强大功能，使得工艺设计能够快速、合理、准确的完成工艺编制。

b)配置文件及技术资料库开发完成了工艺模板的定制开发后 ，如何有效地调用模板 ，生成与模型相关联的工艺文件如何将常用的加工术语、刀具信息、加工要求等重复使用的资源迅速添加到文件中，减少不必要的重复劳动这便需要对软件的相关配置文件进行合理的修改来实现。如建立-个203所工艺规程封面模板”文件，命名为203-technics-fm.prt”，再制作-个与模板对应的预览图片文件，命名为203-technics- fm template.JPG”，然后将上述两个文件拷贝至 NX7.5.2安装 目录下的uGIItemplates文件夹中，并通过对相关文件的修改来得到目录标题为203工艺模板”的文件新建菜单选项以调用模板。

CALIZATIONprcsimpl- chinesestartup文件夹中的 ugs-drawing templates-simpl- chinese.prt文件 ，修改如下 内容(黑体、斜体表示已修改后的内容)：

esMasterModel”Yes”/>203 technics fm.prt修改完毕后保存上述文件，重新启动NX7.5软件，即可在新建文件时，发现已嵌人工艺模板的调用选项(如图· 1Ol·· 信息技术 · 郭志伟，等 ·基于NX7.5.2软件的 MBD工艺设计研究1)，选择需要的工艺模板，命名后点击确定即可调用模板来编制工艺文件。

髫 ： ： 嚣 嚣篡 闺l- l：图 1 工艺模板调用选项用记事本程序打开 NX7.5安装文件夹下的LOCALI-ZATIONprcgc- toolsconfiguration文件夹中gc-tool文件，添加如下类似常用工艺资源(斜体、黑体内容为添加内容)：KEY- -WORD TECHNICAL- .NOTESSTART工艺术语平端面，车外圆设备信息五轴数控加工中心 DM80P修改完毕后保存上述文件，重新启动 NX7.5软件，点击技术要求库即可发现新内容已添加，可随时引用添加的工艺信息资源。

2 MBD工艺设计中的关联设计WAVE技术提供了很好的解决方案，在 MBD工艺设计中，可以充分利用 NX/WAVE技术的前述特点，使得工艺设计环节与产品模型紧密关联。当工艺人员得到-份产品的设计模型时，通过 WAVE技术可将设计模型链接到新建的工艺模型文件中(设计模型的更改权限是严格控制的，工艺人员是不能直接使用的)，并将此工艺模型作为工艺设计的顶节点，在顶节点下继续运用 WAVE技术 ，通过对工艺模型中实体特征或点、线、面特征的链接，创建中间工序模型及辅助工装模型子节点 ，然后对各个子模型进行后续工艺设计，由此形成-个与产品模型全关联的 MBD工艺设计子系统(如图 2)。当产品的设计参数更改后，通过 WAVE技术获得的工艺模型、工序模型、辅助工装模型及编制的工艺文件(工序附图)也会随之 自动更改，而工艺人员只需对相应的工步内容进行调整即可快速生成新的工艺执行文件，这将极大提高工艺设计的效率 ，并且对于企业开展设计与制造并行工程也是极为有利的。

图 2 MBD工艺设计子系统示意图2.1 wAvE技术在工艺设计中的应用 2·2 同步建模技术在工艺设计中的应用前面提到对于设计模型的更改权限是严格受控的，这WAVE(what-if alternative value engineer)技术是 EDS公司推出的自顶向下的、全相关的产品级设计技术 ，是参数化造型技术与系统工程设计的有机结合，通过集成系统级工程和参数化建模技术来实现产品的快速开发 ，极大的提高产品的设计效率。WAVE技术的本质，就是通过-系列 自顶向下工程参数的控制，来驱动整个产品的总体设计、功能评估和工 程更改，面 向产 品数据 的全相 关是WAVE技术的最大特点。在产品的装配设计中，当某个主参数改变后，产品会按照原来设定的控制结构、几何关联性和设计准则，自动更新产品系统中每-个需要改变的零部件，以确保产品的设计意图和整体性。

对于产品的机械加工工艺设计，-般都是按照去除材料”的思路，将产品设计结构分解成多道工序结构，然后根据每道工序的特点，设计工序附图和加工说明(工步内容等)来进行。那么在MBD工艺设计中，中间工序模型及必要的工装模型也就是必须建立的(因为此时，工序附图是由相关模型直接生成的)。这时便会出现-个急需解决的问题-如何建立工艺过程中所必须的中间模型(如粗车、精车 、精铣、终检等工序模型)，是让工艺人员去按照传统的建模方式分别创建这些模型吗显然，这不是- 个好的建议。因为这样建立的工序模型是相互独立的，是与产品设计模型没有任何关联关系的独立个体，重复的建模工作也是不可取的。这样的设计方法是不能带来设计效率的提升，也是不符合MBD设计思想的。

- 方面可以避免工艺人员对原模型不合理的操作导致后续工艺设计出错，影响整个制造环节；另-方面设计模型是整个工艺设计的驱动点，必须保证其相对的独立性，这样在设计发生更改时，才能保证后续的工艺设计正确更新。前条所述，工艺设计所需的模型都是通过 WAVE建立的，但通过 WAVE技术从设计模型链接得到的工艺模型是以-个实体特征(链接体)出现在新文件中的，不再继承原模型的建模历史记录(有序特征树型结构)，因而也就不能通过对特征结构的重新编辑来得到需要的中间工序模型(况且对于复杂结构零件来说，要理解设计者的建模思路 ，以编辑建模历史特征的方式修改模型，本身就是-件极为困难的工作)。那么，如何在 WAVE的基础上修改链接得到的唯-实体特征，快速建立所需的中问工序模型呢NX在 2008年推出的同步建模技术可以很好的解决上述问题。同步建模技术是三维实体建模技术中-个成熟的、突破性的飞跃，在参数化、基于历史记录建模的基础上前进了-大步，同时与先前技术共存。同步建模的基本目的是提出-种设计更改方法，强调修改模型的当前状态，不考虑它是怎样被构造，不管是否有参数存在，不管它的相关性或它的历史特征。通过移动(或代替)-个模型的面，或利用对模型横截面的编辑，或利用修改线性、角度和半径尺寸等方法修改模型，实现对设计模型的自由改变而不需先前的经验。同步建模是-种独立于线性历史的、. 102. htp：fZZHDchinaj。urna1.net.cn E-mail：ZZHD###chainaj。urna1.net.cn《机械制造与自动化》· 信息技术 · 阎树田，等 ·HEV再生制动控制策略的研究与优化矩，在充分进行能量回收并保证制动稳定性的前提下，不足的制动力由机械摩擦制动力补偿；当 0.52

图3为车辆在新控制策略下-个行驶循环中能量回收的对比分析 ，曲线的下降速度代表制动策略优化前后的能量回收率 ，下降缓慢表明在此工况下制动过程中能量回收的少。从图3可以看出，在 200 s的相同行驶循环工况仿真过程中，采用不同的制动策略回收的能量有很大的差别，优化的制动策略能量回收曲线下降速度快，整个行驶循环中储能装置吸收的制动能量有所增加，表明新的控制策略能量 回收利用率有了进-步的提高。

图 3 典型行驶循环下制动能量回收的对比4 结论再生制动是 HEV的关键技术，是降低油耗 、提高续驶里程的重要技术手段。在能量回收的相关约束条件下，再生制动控制系统采用动态协同控制策略，合理的分配再生制动力和机械制动力，对制动力与制动强度的关系和制动能量回收进行仿真分析，结果表明，在充分保证制动稳定性的前提下，能量回收有所提高，从而在整个道路循环中减少了发动机的能量输出，降低了油耗，提高了能量回收利用率，实现了节能减排的目的。