基于模型的零件工藝規(guī)劃和數(shù)控仿真：零件工藝規(guī)劃是在工藝階段充分利用設(shè)計產(chǎn)生的設(shè)計模型進行后續(xù)的三維零件工藝設(shè)計、仿真驗證、現(xiàn)場的指導(dǎo)應(yīng)用，提高生產(chǎn)準備的效率，提高工藝質(zhì)量和工藝制造知識的有效積累。 系統(tǒng)構(gòu)建在TCM平臺上。零件機加工藝仿真是對刀具軌跡進行仿真模擬，以確保其正確性。加工仿真提供了刀軌可視化驗證功能，用于模擬切削運動和材料去除，也提供了機床運動模擬功能，用于檢查加工過程中的干涉碰撞。能夠輸出NC代碼、加工指導(dǎo)說明、以及刀具清單。

1．業(yè)務(wù)挑戰(zhàn)

工藝設(shè)計工作作為連接產(chǎn)品設(shè)計和產(chǎn)品制造的橋梁，所產(chǎn)生的工藝數(shù)據(jù)是產(chǎn)品全生命周期中最重要的數(shù)據(jù)之一，同時是企業(yè)編排生產(chǎn)計劃、制定采購計劃、生產(chǎn)調(diào)度的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，在企業(yè)的整個產(chǎn)品開發(fā)及生產(chǎn)中起著重要的作用。

隨著產(chǎn)品設(shè)計理念和設(shè)計信息化進程的發(fā)展，目前在企業(yè)中三維設(shè)計系統(tǒng)已經(jīng)迅速普及，產(chǎn)品的三維數(shù)模已經(jīng)逐漸成為工程應(yīng)用的標準，二維工程圖只是三維設(shè)計模型的投影結(jié)果。而在工藝系統(tǒng)目前還主要是利用二維工程圖進行工藝設(shè)計，主要是利用設(shè)計部門發(fā)布的三維模型投影生成二維工程圖，將其導(dǎo)入到二維CAPP系統(tǒng)中進行工藝設(shè)計；或者采用屏幕截圖的方式，將獲得的圖片粘貼到工藝卡片中，作為工藝設(shè)計過程中所使用的工序圖；最為繁瑣的方式是根據(jù)工藝設(shè)計的要求重新繪制二維工序圖來指導(dǎo)操作工人進行加工或者裝配等實際操作?？v覽以上幾種方式，我們會發(fā)現(xiàn)均不能直接利用設(shè)計所產(chǎn)生的三維模型，也就不能直接利用三維模型和設(shè)計數(shù)據(jù)中包含的諸如零部件、分類、三維產(chǎn)品特征、幾何尺寸及公差、技術(shù)和制造要求等信息。而由于人工參與的“翻譯”過程（三維模型信息轉(zhuǎn)換為二維工序圖、三維設(shè)計和制造信息的人工獲取并填寫到工藝卡片中等環(huán)節(jié)）的存在，以及在設(shè)計定型和試生產(chǎn)階段的大量設(shè)計更改的發(fā)生，使得設(shè)計和制造周期冗長、工作流程執(zhí)行緩慢，數(shù)據(jù)重復(fù)、不一致和管理混亂，不能滿足三維數(shù)字化環(huán)境下工藝設(shè)計的需求，缺乏對于基于三維設(shè)計模型直接進行工藝設(shè)計的工作模式的深入研究和解決方案。

2. 解決方案

數(shù)字化零件工藝解決方案包括產(chǎn)品設(shè)計（數(shù)據(jù)獲取）、工藝設(shè)計、工裝設(shè)計、工藝仿真、工藝卡片與統(tǒng)計報表、MES/ERP集成、知識管理及資源管理，實現(xiàn)了從產(chǎn)品設(shè)計到工藝、制造的業(yè)務(wù)集成，如下圖所示?；贛BD的零件制造工藝的主要特點是利用3D工序模型及標注信息來說明制造過程、操作要求、檢驗項目等。

基于MBD的零件制造工藝       

Teamcenter Manufacturing是數(shù)字化工藝的主要功能模塊，它建立于企業(yè)PLM平臺Teamcenter之上，使得工藝設(shè)計與管理成為企業(yè)PLM平臺中的一個有機部分，實現(xiàn)了與PLM共享統(tǒng)一的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，實現(xiàn)統(tǒng)一的可視化管理、更改管理、流程管理和集成工具，如下圖所示。

零件工藝解決方案基礎(chǔ)框架        

在Teamcenter基礎(chǔ)平臺中實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理、可視化、更改、流程管理；Teamcenter Engineering實現(xiàn)數(shù)據(jù)和文檔管理；Teamcenter Manufacturing實現(xiàn)工藝設(shè)計、卡片生成、資源管理；通過NX Manager集成NX CAD/CAE，實現(xiàn)零件設(shè)計和工裝設(shè)計；通過CAM Manager集成NX CAM，實現(xiàn)NC編程與驗證；通過Teamcenter系統(tǒng)集成功能實現(xiàn)MES、ERP、車間信息集成等系統(tǒng)的集成。

西門子零件工藝解決方案將協(xié)同設(shè)計與制造，直接利用設(shè)計3D數(shù)據(jù)進行結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計，關(guān)聯(lián)產(chǎn)品、資源、工廠數(shù)據(jù)。工藝文檔可以進行客戶化定制，有多種輸出格式（HTML/PDF/EWI），支持3D工序模型和標注。緊密集成NX CAM，實現(xiàn)NC程序、刀具、工裝、操作說明與工序、工步的關(guān)聯(lián)和管理。可以實現(xiàn)對工藝數(shù)據(jù)的權(quán)限、版本、配置及流程管理。通過對典型工藝、工序、工步的模板化應(yīng)用，實現(xiàn)知識重用，提高工藝設(shè)計效率。零件工藝的解決方案包括所有涉及零件制造過程，比如機加工藝、鈑焊、鍛鑄、熱表、及普通工藝等。

設(shè)計數(shù)據(jù)瀏覽

用NX打開產(chǎn)品設(shè)計模型，通過旋轉(zhuǎn)、縮放、剖切、測量等功能查看模型信息，通過選擇PMI視圖可以查看在各視圖中標注的尺寸公差信息。

2D產(chǎn)品設(shè)計信息可用原有的方式打開瀏覽。

對于車間工人、檢驗員等對NX操作不熟悉的對象瀏覽設(shè)計數(shù)據(jù)，可轉(zhuǎn)成打包數(shù)據(jù)，通過XpresReview工具瀏覽，或者轉(zhuǎn)成JT數(shù)據(jù)，通過JT2GO瀏覽?？梢苑奖愕貙δＰ托D(zhuǎn)、縮放、剖切、測量、及查看3D標注信息。

工藝結(jié)構(gòu)建立

建立企業(yè)統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理平臺，管理結(jié)構(gòu)化產(chǎn)品、工藝、資源和工廠數(shù)據(jù)，并建立數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)；

建立企業(yè)資源庫，提高工藝數(shù)據(jù)、設(shè)備、工裝、工藝模板、工藝知識等數(shù)據(jù)的查詢和利用94 企業(yè)制造資源庫

在Teamcenter Manufacturing中建立工藝BOM。每個零組件對應(yīng)一個總工藝節(jié)點，在總工藝下建立零件所需要的工藝對象，比如毛坯工藝、機加工藝、熱表工藝等，在工藝中建立工序，在工序下添加設(shè)備、工裝、輔料等物料對象。工藝與工廠結(jié)構(gòu)中的車間（或分廠）關(guān)聯(lián)，工序與車間的工作中心（工位）關(guān)聯(lián)。

工序模型建立

在Teamcenter的工藝、工序?qū)ο笊蟿?chuàng)建NX數(shù)據(jù)集。進入NX中通過WAVE  Link功能關(guān)聯(lián)引用設(shè)計模型或其它工序模型，通過NX同步建模功能對模型直接修改，比如增加加工余量、刪除加工孔、槽等，方便快捷地建立工序模型

工序內(nèi)容建立

在NX中通過PMI功能進行3D制造信息標注，比如尺寸公差要求、加工區(qū)域標識、操作說明、檢驗要求等。需要展示內(nèi)部細節(jié)時，可通過PMI剖視圖展示。復(fù)雜工序可根據(jù)表達需要增加標注視圖。對于熱工藝，表現(xiàn)形式可根據(jù)加工特點作相應(yīng)調(diào)整，一般情況下形狀變化不多，尺寸公差信息較少，工藝參數(shù)較多。

工序卡片生成

為了工藝審批和打印方便，可以生成多種格式的格式（2D/3D PDF、EWI等）的工藝卡片。使用定制好的工序卡片模板，從TC中提取產(chǎn)品、工藝、工序、工裝、設(shè)備等信息，添加到卡片中。

在圖形區(qū)插入3D工序模型視圖、2D投影圖，或直接在卡片中繪制工序圖，也可插入其他格式的CAD圖形，可依據(jù)零件加工的需求或工藝員的習(xí)慣選擇。

圖形、標注或文字說明可靈活布置。復(fù)雜工序可根據(jù)需要增加頁來表示。如果是檢驗工序要對檢驗項目（尺寸、公差、技術(shù)要求等）編號，輸出檢驗條目列表。

JT格式輸出3D工藝視圖，可以在teamcenter環(huán)境或系統(tǒng)外直接瀏覽在NX中定義的所有視圖，包括制造信息標注、PMI剖視圖。支持對模型的旋轉(zhuǎn)、剖切、縮放、測量等操作；

工藝設(shè)計的結(jié)果最終以3D視圖、3D模型或動畫等數(shù)據(jù)形式發(fā)放加工現(xiàn)場，方便操作人員理解，規(guī)范操作過程，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量；

數(shù)控編程

建立基于MBD的典型零件和特征加工模板，實現(xiàn)針對典型零件和特征的智能化、標準化編程方式，提高效率和質(zhì)量；

直接在設(shè)計模型或與設(shè)計模型關(guān)聯(lián)的工序模型上編制數(shù)控程序，提高加工效率和精度；

建立虛擬機床和裝夾環(huán)境仿真驗證，減少實際操作錯誤；

實現(xiàn)數(shù)控程序的版本、權(quán)限、查詢管理，程序與工序、工步關(guān)聯(lián)；

逐步建立面向多品種、小批量的柔性制造單元，實現(xiàn)涵蓋計劃下達、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控和現(xiàn)場反饋的精益制造。

3．價值定位

基于模型的零件工藝解決方案可以給企業(yè)帶來以下價值：

以產(chǎn)品三維模型為基礎(chǔ)。工藝設(shè)計和CAM編程基于產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)，而不是依據(jù)制造需求進行二次重構(gòu)，并且通過工藝與產(chǎn)品、制造資源的關(guān)聯(lián)實現(xiàn)設(shè)計與制造過程中關(guān)鍵元素的有機結(jié)合；

零件設(shè)計以結(jié)構(gòu)化特征方式組合，在下游工藝設(shè)計中可依據(jù)結(jié)構(gòu)化的特征為單元組織工藝和加工工序。特征作為表達三維模型的內(nèi)在元素，是進行工藝、工序、工步等關(guān)鍵工藝元素搜索和確定的主要依據(jù)；

通過在設(shè)計和制造過程中零件模型信息的構(gòu)建，不僅包含在三維模型中的標注尺寸、公差及其它制造信息，而且包含制造屬性、質(zhì)量屬性、成本屬性等其他信息定義。從而使得產(chǎn)品三維模型成為設(shè)計與制造信息的載體，并且通過與其他對象（工藝、資源等）的有機連接，從而可以將所有的設(shè)計與制造關(guān)鍵對象及其關(guān)系完整地展現(xiàn)給用戶；

以制造特征為內(nèi)在因素構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的工藝結(jié)構(gòu)，可以為下游系統(tǒng)做好數(shù)據(jù)準備，如ERP和MES系統(tǒng)；

基于產(chǎn)品三維模型的工藝設(shè)計過程可以為未來工藝的仿真驗證打下堅實的基礎(chǔ)，通過對工藝資源（工裝、設(shè)備、工廠等）等進行三維建模，可以實現(xiàn)真正意義上的產(chǎn)品加工和裝配的仿真驗證；

基于MBD的三維零件工藝設(shè)計輸出采用多種輸出方式（2D/3D PDF、EWI等），三維實體造型為主的工藝展現(xiàn)形式，可以使得工藝的表達形式更為直觀，手段更為豐富，具有目前二維為主的圖表式工藝表達方式無法比擬的優(yōu)勢，對于車間工人操作更加具有現(xiàn)實意義；

面向產(chǎn)品設(shè)計的編程，識別零件特征與公差要求，基于典型零件和特征的模板化編程，極大地提高編程效率，改善質(zhì)量，減少對員工經(jīng)驗的依賴。