□ 趙 鋼 □ 袁宜友 □ 徐本曄 □ 徐美應(yīng)

奇瑞汽車股份有限公司 安徽蕪湖 241009

1 研究背景

MBD技術(shù)是一種在三維數(shù)據(jù)上承載建模設(shè)計定義、工藝過程描述、屬性項、管理項等信息的先進(jìn)數(shù)字化定義技術(shù),MBD技術(shù)的實施使三維模型取代二維圖紙成為可能。20世紀(jì)90年代,美國機(jī)械工程師協(xié)會在波音公司的協(xié)助下發(fā)起了三維標(biāo)注技術(shù)及其標(biāo)準(zhǔn)化的研究,并最早于2003年形成了ASME Y14.41—2003《數(shù)字化產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)實施規(guī)程》。2006年,國際標(biāo)準(zhǔn)化組織借鑒ASME Y14.41—2003制定了ISO標(biāo)準(zhǔn),草擬了ISO 16792—2006《技術(shù)產(chǎn)品文件 數(shù)字化產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)通則》,為歐洲及亞洲國家的用戶提供了支持。波音公司目前已實現(xiàn)無紙化工作及生產(chǎn)[1]。2009年,我國頒布了GB/T 24734.1～24734.11—2009《技術(shù)產(chǎn)品文件 數(shù)字化產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)通則》系列標(biāo)準(zhǔn)。在我國的航空研究所,MBD技術(shù)已被廣泛應(yīng)用。汽車行業(yè)中的部分合資品牌廠商也在設(shè)計生產(chǎn)過程中開始全面推行MBD技術(shù)[2]。

白車身是完成焊接但未涂裝之前的車身,不包括四門、兩蓋等運動件。以奇瑞公司為例,其白車身的三維數(shù)據(jù)包含信息內(nèi)容較多,目前三維數(shù)據(jù)和二維圖紙之間尚未實現(xiàn)自動關(guān)聯(lián),在開發(fā)過程中需出具二維圖紙,使成本升高,并且供應(yīng)商還有可能得到錯誤的信息,導(dǎo)致生產(chǎn)出的零件出現(xiàn)差錯[3]。

2 實施路徑及內(nèi)容

基于奇瑞公司產(chǎn)品開發(fā)現(xiàn)狀,以及當(dāng)前所具備的條件,規(guī)劃實施MBD技術(shù)的路徑和內(nèi)容。

2.1 路徑

從MBD技術(shù)的發(fā)展趨勢來看,實施MBD技術(shù)主要分為六個階段:二維圖紙信息轉(zhuǎn)換階段、三維模型定義階段、工藝過程信息定義階段;制造過程信息定義階段、全面三維模型定義階段、基于模型的企業(yè)。當(dāng)前,奇瑞公司處在二維圖紙信息轉(zhuǎn)換和三維模型定義階段之間的過渡階段[4-5]。

2.2 內(nèi)容

對產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)進(jìn)行MBD建模時,需要包含零件的幾何結(jié)構(gòu)尺寸、參考基準(zhǔn)、形位公差、表面粗糙度、技術(shù)要求等內(nèi)容,還要包括焊接技術(shù)要求、工藝制造過程等零件制造過程的信息[6]。根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究,產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)包含的數(shù)據(jù)集分為幾何元素和非幾何元素兩種,如圖1所示。

▲圖1 產(chǎn)品三維數(shù)據(jù)

2.3 自定義標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn),制訂企業(yè)級標(biāo)準(zhǔn)要求,將相關(guān)標(biāo)注元素的對象信息,如線型、顏色、粗細(xì)等封裝入可擴(kuò)展標(biāo)記語言文件,并作為配置文件嵌入三維設(shè)計軟件,供工程師標(biāo)注時調(diào)用,確保符合規(guī)范要求。

3 三維標(biāo)注流程

按照自定義標(biāo)準(zhǔn)要求,將標(biāo)注信息封裝入可擴(kuò)展標(biāo)記語言文件,實際上已形成了三維標(biāo)注要求。對三維數(shù)據(jù)建模及整體協(xié)同設(shè)計流程進(jìn)行梳理分析,確認(rèn)三維標(biāo)注流程所涉及的環(huán)節(jié)。某零件形位公差三維標(biāo)注流程如圖2所示。

▲圖2 零件形位公差三維標(biāo)注流程

4 三維標(biāo)注要點

4.1 自定義圖層項

為確保三維數(shù)據(jù)中幾何元素及非幾何元素的正確顯示,在三維設(shè)計軟件中需要對圖層項進(jìn)行自定義,工程師應(yīng)嚴(yán)格按表1自定義圖層內(nèi)容執(zhí)行[7]。

表1 自定義圖層內(nèi)容

4.2 視圖與幾何特征關(guān)聯(lián)

標(biāo)注過程中,各種不同用途的結(jié)構(gòu)功能幾何單元,包括含焊接搭接面、修邊線及各種孔特征等,應(yīng)發(fā)布并按功能命名。若標(biāo)注的信息對應(yīng)一組特征或一個特征的某個局部區(qū)域,則應(yīng)對該特征進(jìn)行接合和剪裁,將結(jié)果在三維設(shè)計軟件中發(fā)布,與對應(yīng)視圖關(guān)聯(lián)。左D柱下連接板視圖與幾何特征關(guān)聯(lián)如圖3所示。

▲圖3 左D柱下連接板視圖與幾何特征關(guān)聯(lián)

4.3 視圖定制管理

三維標(biāo)注信息要求在視圖下體現(xiàn),一般為零部件工作位置,需要將能夠完整展現(xiàn)零部件主要特征及尺寸信息的視圖定義為主視圖。在完整、清晰表示零部件技術(shù)信息的前提下,視圖的數(shù)量應(yīng)盡量少。三維基本視圖要求按二維圖基本視圖名稱對應(yīng)進(jìn)行命名,包括主視圖、俯視圖、左視圖、右視圖、仰視圖、后視圖、剖視圖、軸側(cè)視圖等[8]。可調(diào)緩沖塊視圖定義實例如圖4所示。

4.4 標(biāo)注內(nèi)容可重用性

為提高標(biāo)注的使用效率,并便于驗證其正確性,可以將定制的標(biāo)注信息應(yīng)用到不同設(shè)計上,進(jìn)行重復(fù)使用。

4.5 技術(shù)要求與視圖關(guān)聯(lián)

基于二維圖紙內(nèi)容,零部件的技術(shù)要求是重要內(nèi)容之一。在三維數(shù)據(jù)上,對于零件的技術(shù)要求,需要同樣填寫在標(biāo)注集下單獨的視圖內(nèi)。視圖方向與主視圖平行,且位置要居中,不能被遮擋。

5 自定義工具開發(fā)

結(jié)合白車身生產(chǎn)制造實際,在軟件中進(jìn)行模板定制,或?qū)Σ糠止δ苓M(jìn)而自定義開發(fā),進(jìn)而提升三維數(shù)據(jù)非幾何信息過程的標(biāo)注效率和質(zhì)量[9-11]。

▲圖4 可調(diào)緩沖塊視圖定義

5.1 注釋對象屬性模板定制

為提高工作效率,對使用頻繁的形位公差實現(xiàn)模板化,采用快捷按鈕方式直接調(diào)用,主要內(nèi)容有未標(biāo)注形位公差模板、已標(biāo)注形位公差模板等。

以未標(biāo)注形位公差模板為例,注釋屬性和進(jìn)行模板定制操作如下:

(1) 基于二維圖紙.CATDrawing格式文件,創(chuàng)建未標(biāo)注形位公差模板并保存;

(2) 將含有未標(biāo)注形位公差模板的.CATDrawing格式文件另存為.catalog格式模板文件;

(3) 在三維數(shù)據(jù)中調(diào)用該.catalog格式模板文件。

5.2 標(biāo)記列表更改

當(dāng)零部件三維數(shù)據(jù)發(fā)生變更時,對更改區(qū)域需要進(jìn)行標(biāo)記。除進(jìn)行標(biāo)記更改外,還應(yīng)在變更標(biāo)記列表中記錄每次更改的內(nèi)容及更改區(qū)域數(shù)量,根據(jù)更改時間自上而下按順序填寫,表格可根據(jù)需要定制。因手工填寫較為麻煩,可開發(fā)輔助工具進(jìn)行填寫。

6 應(yīng)用實例

MBD技術(shù)已在奇瑞公司白車身的開發(fā)過程中全面推廣應(yīng)用。

奇瑞公司制訂和發(fā)布了MBD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),在某車型白車身的開發(fā)中實現(xiàn)了形位公差等信息的三維可視化顯示,并且不需要出具二維圖紙,提升了產(chǎn)品設(shè)計效率。某車型白車身左D柱上隔板三維標(biāo)注應(yīng)用實例如圖5所示。

在總成上有形位公差標(biāo)注需求時,標(biāo)注所鏈接的幾何特征在單件中抽取,并存放在各單件規(guī)定的幾何圖形集中。若總成形位公差要求相同,則應(yīng)以單件為單位對搭接區(qū)域面進(jìn)行接合并隔離,然后再發(fā)布基于接合面的標(biāo)注。與此同時,配合尺寸等的其它標(biāo)注信息也要基于單件的發(fā)布特征進(jìn)行標(biāo)注。對于相對復(fù)雜的總成或單件屬于不同所有者的情況,在單件特征更新后,需要替換原特征發(fā)布,然后在發(fā)布特征上重新標(biāo)注。關(guān)聯(lián)的總成特征需手動更新標(biāo)注。

▲圖5 左D柱上隔板三維標(biāo)注應(yīng)用實例

7 結(jié)束語

通過對MBD技術(shù)進(jìn)行研究,利用三維數(shù)字化模型來完整表達(dá)零部件幾何及非幾何定義信息,實現(xiàn)白車身開發(fā)及生產(chǎn)過程的無二維圖紙和全三維信息體現(xiàn),同時保證數(shù)據(jù)源唯一。應(yīng)用MBD技術(shù),在某新開發(fā)車型的白車身研發(fā)設(shè)計周期中,每天節(jié)約20人的工作量,且不需要出具二維圖紙。由下游數(shù)據(jù)應(yīng)用部門直接基于三維數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)、基準(zhǔn)、形位公差分析,不需要傳統(tǒng)人工對二維圖紙內(nèi)容進(jìn)行轉(zhuǎn)換,此項每天可節(jié)約約25人的工作量。

MBD技術(shù)的深度應(yīng)用,可為未來兼容制造、檢測、分析設(shè)備,以及與供應(yīng)商信息交互、數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查等領(lǐng)域提供基礎(chǔ)技術(shù)支撐。