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解决方案 > 基于模型的产品设计

1MBD模型定义的挑战

      MBD技术的核心思想是:全三维基于特征的表述方法,基于三维主模型的过程驱动,融入知识工程和产品标准规范等。它用一个集成的三维实体模型来完整地表达产品定义信息,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纸,保证设计和制造流程中数据的唯一性。
        MBD技术不是简单地在三维模型上进行三维标注,它不仅描述设计几何信息而且定义了三维产品制造信息和非几何的管理信息(产品结构、PMI、BOM等),它通过一系列规范的方法能够更好地表达设计思想,具有更强的表现力,同时打破了设计制造的壁垒,其设计、制造特征能够方便地被计算机和工程人员解读,而不是像传统的定义方法只能被工程人员解读,这就有效地解决了设计/制造一体化的问题。
        MBD模型的建立,不仅仅是设计部门的任务,工艺、检验都要参与到设计的过程中,最后形成的MBD模型才能用于指导工艺制造与检验。MBD技术融入知识工程、过程模拟和产品标准规范等,将抽象、分散的知识集中在易于管理的三维模型中,设计、制造过程能有效地进行知识积累和技术创新,将成为企业知识固化和优化的最佳载体。
       MBD模型定义的挑战主要包括:
       MBD模型数据的完整表现。MBD模型数据包括:设计模型、注释、属性,其中注释是不需要进行查询等操作即可见的各种尺寸、公差、文本、符号等;而属性则是为了完整地定义产品模型所需的尺寸、公差、文本等,这些内容图形上是不可见的,但可通过查询模型获取。为了在模型三维空间很好地表达MBD模型数据,需要有效的工具来进行描述,并按照一定的标准规范组织和管理这些数据,以便于MBD模型数据的应用。(详见ASME14.41和ISO16792的描述)
       面向制造的设计。由于MBD模型是设计制造过程中的唯一依据,需要确保MBD模型数据的正确性。MBD模型数据的正确性反映在两个方面,一是MBD模型反映了产品的物理和功能需求,即客户需求的满足,二是可制造性,即创建的MBD模型能满足制造应用的需求,该MBD模型在后续的应用中可直接应用。
      数字化协同设计与工艺制造的协同。MBD的重要特点之一是设计信息和工艺信息的融合和一体化,这就需要在产品设计和工艺设计之间进行及时的交流和沟通,构建协同的环境及相应的机制。
      MBD模型的共享。通过MBD模型一次定义,多次多点应用,实现数据重用的最大化。
MBD模型的共享

2MBD模型定义的解决方案

       针对MBD模型的定义,西门子工业软件公司提供了基于Teamcenter + NX集成一体化平台的解决方案,利用NX软件在MBD相关标准的规范下完成产品三维数字化数据定义;利用Teamcenter实现MBD数据的共享控制。
    西门子MBD模型定义解决方案
        作为ASME Y14.41委员会的成员,以及ISO 16792标准的技术咨询组副主席,西门子工业软件公司提供的解决方案可帮助用户创建全面符合标准的MBD数据并实现共享。
        西门子工业软件公司在其NX软件中提供了产品与制造信息(PMI)功能模块,使用户能够根据MBD标准完成三维数字化产品定义。产品与制造信息(PMI)用于三维CAD 和/或协同产品开发系统,旨在传递关于产品部件的制造信息,尤其是形位公差、三维注释(文本)、表面精度以及材料规格方面的信息。NX PMI完整三维注释环境不仅可以捕捉制造需求,在这些需求与三维模型之间建立关联关系,而且还允许下游应用软件重用数字化数据,这是因为数据不仅与产品零件共存,而且还由产品零件驱动。不仅如此,由于支持ASME Y14.41和ISO 16792定义的所有主要概念和要求,因此NX PMI里面完整的功能清单提供了目前CAD 产品中最完整的工具组合。
       Teamcenter工程协同管理环境,提供了对MBD模型数据及其创建过程的有效管理,包括一些MBD模型中的属性数据的控制,例如MBD数据的版本控制、审批发放记录等,这些数据虽然最终是在MBD模型数据中表现,但其输入则需要在Teamcenter环境中完成和控制。
       NX PMI完整三维注释环境
       NX PMI把三维标注的功能集中在一个菜单选项下面,该菜单选项提供了使三维模型成为所有产品和制造数据知识库必需的所有工具。PMI 工具栏为创建、编辑和查询实体设计上的PMI 提供了一个统一的界面。除了促进创建三维产品定义外,该工具还将检查模型是否符合ASME和ISO标准,让用户自行选择严格和宽松的符合性水平。
NX中PMI模块启动           

      通过在三维注释与几何体的相应部分之间建立关联关系,设计人员可以把三维注释直接附在模型上,表明设计意图。创建注释的平面处于用户控制之下,用于定义阅读方向,以便放置注释。模型视图Model Views(相当于ASME Y14.41 里面的Saved Views)可用于管理模型上的注释,将其组织到与模型的一个特定取向或该模型的一种特定用途相关的信息集中。NX 零件导航器(NX Part Navigator)可以把PMI 注释组织到一个方便的位置,以便查看并调查其与模型几何体之间的关联性。
NX部件导航器提供了管理和组织PMI的工具: 
 在模型视图节点中, 可观察PMI对象
 PMI节点显示关联的对象 
 选取盒子图标, 显示或隐藏PMI对象 
 改变视图依存关系的选项, 或使PMI在其它选取视图中显示的选项 
 PMI装配过滤器用于控制哪些部件的PMI对象在装配中可见 
NX PMI提供了全面的工具套件,实现三维标注创建的全过程:
 尺寸标柱
在模型视图上任何选取的方位创建尺寸标注
类似于二维工程制图中的尺寸标注, PMI尺寸标按3D空间计算, 放置在(或平行于)注释平面
PMI尺寸是三维的, 可以具有第二延伸线 
3D尺寸可以有或没有公差:有公差, 没有公差, 单面公差, 名义尺寸, 参考尺寸
常用注释
PMI标注的不同类型, 允许指定重要的制造需求:
文本注释
基准特征
基准目标
表面粗糙度
焊接
标号
客户化符号
补充几何(区域)
剖切 
专门类型
允许创建不同类型的PMI节点并将将其赋予零件,用于信息沟通:
坐标,通用和专用文本
企业编码 
材料特性
零件编码
流程说明 
URL文本 
用户自定义
字串,实数,整数注释
 安全标记
当打开零件文件时, 安全标记将被应用,并显示在一信息窗口中。
用户必须要点取, 表明他们知晓了标记, 零件才能被装载。
管理安全信息
公司所有权信息
导出控制  
 
 
信息和报表
PMI报表输出选项将基于工作零件中的所有PMI对象或选取的PMI对象, 创建一个电子表格报表。
查找几何关联PMI, 确定与选取几何关联的PMI对象。
 
集成的NX PMI愿景
        在MBD模型定义过程中,随着工程师与设计人员在NX中不断向实体模型添加PMI 信息,这些主模型变得越来越“智能化”,远远超出了几何表示,明确嵌入设计意图,并且避免了因依赖人为推理产生的风险(因为这些模型将在所有下游过程中使用)。事实上,这是PMI 的主要愿景:一次创建,随处使用。
 PMI的集成愿景
      在集成的PMI愿景中,可以将产品的PMI信息,例如组件之间的安装与配合要求、子系统之间的接口关系等转换为作为系统能识别的需求检验项,与最终的设计结果相关联,确保设计输出满足需求。如下图所示,将两子系统之间的接口定义为Teamcenter中管理的需求,并将其与产品关联。在NX中进行产品的细节设计时,该关联的需求将转换为产品数据的检测项,用于确保设计的结果满足要求,如果不满足,则不能通过相关检测,从而实现基于需求驱动的产品研发,满足面向制造的设计的要求。
 
NX PMI数据重用
        NX PMI完整三维注释环境不仅可以捕捉制造需求,在这些需求与三维模型之间建立关联关系,而且还允许下游应用软件重用数字化数据,实现产品研发的并行协同,这是因为数据不仅与产品零件共存,而且还由产品零件驱动。
 通过协同,共享设计和制造信息。
       支持从NX中提取PMI信息到中性的JT文件,通过使用西门子工业软件公司的Teamcenter® Visualization 、XpressReview 或JT2GO等直观的查看应用软件,使制造企业能以一种低成本、高效率、低风险的方式,实现与其整个供应链的协同。
基于含PMI的JT数据的设计制造协同
通过分析,验证产品可制造性。
         基于NX PMI完成了产品的MBD模型定义后,所有的零部件都包含了产品制造信息(特别是公差信息),这些信息是否正确给定将直接影响产品最终的制造质量和成本,如果给定的公差精度太高,则可能增加制造的困难,使制造成本增加,如果给定的公差精确太低,则可能使得生产出来的产品不满足功能要求,因而需要对产品设计的正确性进行提前的确定。
        为了对设计的结果进行分析,西门子工业软件公司的设计验证模块VSA可以直接读取从NX中提取了PMI信息的中性JT文件,并基于蒙特卡罗原理进行产品的验证分析,分析的结果包括:模拟最差状态分析;估算全部变化范围;鉴别影响因素。

公差分析验证
          通过验证分析,可以在产品设计的早期就识别潜在的问题,改进产品质量,实现面向制造的设计,其效益体现在以下几个方面:
 测试尺寸公差和几何形位公差应用的正确性;
通过最差装配的模拟及影响因素的鉴别,明确地指示产品的设计是否满足生产要求;
提供在产品设计早期就消除可能潜在问题的方法;
鉴别放松公差精度等级的机会,从而降低制造成本;
 减少工程更改,确保一次性正确制造。
基于PMI驱动的数控加工编程
基于PMI驱动的数控加工编程过程如下图,它直接读取MBD模型的几何特征和产品制造信息,然后根据特征和产品制造信息自动选取适合的加工工艺,创建相应的加工刀具轨迹。
系统识别的PMI信息包括:
尺寸公差;
表面粗糙度;
表面属性;
特征颜色等。

基于PMI驱动的数控加工编程
利用基于PMI驱动的数控加工编程,可以实现:
更快速的NC编程,减少20%的编程时间;
自动选取正确、优化的加工方法;
优化的加工输出。
基于PMI的数控测量编程
基于MBD的数控检测的工作流程:
根据MBD模型数据定义检测需求;
确定检测规划,创建检测路径;
模拟检测路径,避免干涉碰撞;
检测程序后置输出(按DMIS格式);
在测量机上运行检测程序,获得测量结果;
对测量结果进行分析,并将测量结果和分析报告用于指导上游工作;

基于MBD的数控检测的工作流程
     在进行数控检测编程时,通过Link to PMI功能,系统将自动识别三维模型上的特征和产品制造信息,如下图所示将把模型上的面、孔、凸台等特征对应到检测的特征,把PMI三维标注信息对应到检测的公差。

基于PMI的数控测量编程
       系统得到检测特征和公差信息后,将基于内置的检测规则自动创建所需要的测量路径,从而极大地提高数控测量编程的效率和质量。
NX PMI与标准规范的结合
       在MBD模型定义过程中,采用Teamcenter + NX集成一体化平台的解决方案,利用NX PMI在MBD相关标准的规范下完成产品制造信息定义时,需要考虑:
       产品设计标准、准则如何集成到MBD中,例如尺寸公差、形位公差、技术要求、材料处理等标准数据;
  • 产品制造信息如何规范定义,例如沉头孔、埋头孔等,有一整套的标注规范,如何确保不同工程技术人员都能标注一致,产品制造信息通过PMI标注定义,不同模型的尺寸大小不一,需要定义PMI标注的尺寸与模型大小匹配;
  • 产品制造信息如何方便快捷地标注产品制造信息到确定标注平面,例如PMI标注在XC-YC平面;
为了实现NX PMI与标准规范的有机结合,可以基于Teamcenter + NX平台进行定制开发,通过定制国标化、规范化、流程化、自动化的工具,帮助客户在已有的PMI技术基础上,方便快捷地完成MBD模型的定义。右图所示即是经过定制的MBDS设计工具,该工具的特点:
  • 内嵌了MBD标准规范,创建的标注符合相关标准; 
  • 集成了企业常用设计数据,通过图形化界面查询选用; 
  • 采用对象组与模型视图复合结构组织管理三维产品制造信息; 
  • 具有支持查询、统计、汇总三维产品制造信息的功能。 

3.价值体现

        基于Teamcenter + NX的MBD模型定义解决方案为实现基于MBD的三维数字化产品研发提供了工具保障。具体价值体现如下:
        NX PMI提供了完整的三维注释环境。全面的工具套件, 实现MBD模型定义过程的流畅;简单化的创建, 放置和编辑,便于MBD模型的快速定义和PMI数据的有序管理
        Teamcenter提供了工程协同管理环境,对MBD模型数据及其创建过程的有效管理,便于设计制造的协同
集成的NX PMI愿景,通过PMI的一次创建, 多次多点应用, 实现数据重用的最大化