基于MBD面向可制造的CAD设计方法技术

技术编号:29460632 阅读:12 留言:0更新日期:2021-07-27 17:30
本发明专利技术涉及一种基于MBD面向可制造的CAD设计方法,基于MBD模型定义产品,并通过对CAD/CAPP/CAM做集成化、并行化改造,实现了产品的可制造性设计。本发明专利技术使用的可扩展、结构化的MBD信息模型具有很好的普适性,可以适应不同应用场景;通过CAD/CAPP/CAM松耦合的集成化,实现了产品的并行化、互反馈的产品研发过程,可快速有效设计出最优化、可制造的产品,大大缩短了设计时间、提高了设计质量和增强了企业的核心竞争力。

【技术实现步骤摘要】
基于MBD面向可制造的CAD设计方法
本专利技术涉及一种面向可制造的CAD技术,尤其是涉及一种基于MBD面向可制造的CAD设计方法。
技术介绍
随着制造业快速发展,其面临的设计任务愈加紧迫、设计过程也日益复杂。企业必须尽可能缩短新产品的研发周期,才能在竞争中得以生存和发展。面向可制造性设计(Designformanufacturability,DFM)应运而生,成为先进的制造技术。它从提高零件的可制造性入手,实现设计、工艺和制造的总体优化,大大降低生产成本和提高生产效率,是满足市场产品多元化、需求个性化、经济效益最大化的重要利器。基于模型的定义(ModelBasedDefinition,MBD)是新一代产品定义方法,是一种全三维基于特征的表述方法。它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,将制造信息和设计信息(三维尺寸标注、制造信息和产品结构信息等)共同定义到产品的三维数字化模型中,用一个集成的三维实体模型完整地表达产品。面向可制造的CAD技术提出至今有近二十年,这期间涌现了不少的尝试。Johnt等用可制造性指标PI来判断潜在的可制造性问题,用特殊的生产工艺装备和工艺方法驱动产品的设计;Boothroyd提出了定量评估方法,把材料费用、加工费用、非生产费用、刀具费用、机床参数等因素用经验公式进行量化处理,近似估算出总费用,以决断设计的可制造性;Venkatachalm等提出一种基于知识的人工智能方法,把工艺知识和费用知识用O-O和规划混合表达,利用专家系统进行逆向推理的决策。然而,这些方法大多停留在系统构架的设计层面,没有给出具体的工程实现,许多是加入了费用评价模块或可制造性的定性评价,并没有实现CAD/CAPP/CAM的并行设计,不能反馈或直接驱动CAD系统去优化设计,无法实现第一次设计即为最佳设计的目标。
技术实现思路
为了克服现有技术存在的不足,本专利技术提供了一种基于MBD面向可制造的CAD设计方法。本专利技术基于MBD模型定义产品,并通过对CAD/CAPP/CAM做集成化、并行化改造,实现了产品的可制造性设计,以提高产品的设计效率和质量、降低设计错误率和生产成本。为了实现上述目的,本专利技术采用的技术方案为:一种基于MBD面向可制造的CAD设计方法,包括下述步骤:(1)创建基于MBD的产品信息模型,搭建工程数据仓库,用于存储基于MBD的产品信息模型,供软件共享使用;(2)搭建面向可制造产品设计的体系结构,分别对三维CAD软件、CAPP软件和CAM软件进行集成化改造,以在它们之间实现产品信息互通和及时反馈优化修改设计;(3)在三维CAD软件中完成产品的结构与外形设计、装配设计、机构仿真,在三维模型上标注设计信息,并标识加工特征和加工信息,并将它们统一集成得到产品的MBD模型中;(4)CAPP软件从MBD产品模型中,获取产品的几何模型、尺寸标注、加工特征、加工方法、切削参数、刀具选用和装夹方式信息,进行产品加工的工艺规划,并对其可制造性进行评价和反馈评价结果至CAD软件中,以指导产品的特征优化设计,实现特征/工艺的并行设计;工艺规划的结果也将存储于MBD模型中,供后续CAM软件使用;(5)CAM软件从MBD模型中获取产品的几何模型、工艺规划结果信息,进而生成产品数控加工的NC机代码,并发送至数控机床后进行零件的加工制造;此过程中,如果有任何不可制造因素,将直接反馈至CAD或CAPP软件系统中,以重新优化产品的特征设计、加工参数设置及工艺规划;(6)反复执行步骤(3)-(5)直到产品完全可制造且符合预设需求。作为优选,步骤(1)中,基于MBD的产品信息模型包含如下信息:用户要求、产品功能、设计、工艺、制造、装配、质量、成本和评价。作为优选,步骤(1)中,采用复合、结构化、可扩展的定义来表达产品的MBD信息模型;模型分为若干主块内容,包括{UserRequirements}、{DesignInformation}、{DesignModel}、{CAPPResults}、{ManufactureInformation};根据不同应用场景去扩展或更改主块,每一主块也是复合、结构化子块的集合,子块也可继续是孙块的集合,包括{UserRequirements{ProductLife},{HighestPrice}}、{DesignModel{3DGeometry},{3DPMI},{ManufactureFeatures}};如此往复定义,以表示任何应用场景、任何用户需求的产品信息;采用将MBD信息模型保存于工程数据仓库中,采用非关系性数据库搭建工程数据仓库;产品的三维几何模型{3DGeometry}以CAD软件系统的原生文件或中性格式文件存储,3DCAD的原生文件包含3DPMI内容;采用中性格式文件{3DGeometry}加{3DPMI}数据块的形式表达产品三维几何和三维标注。作为优选,步骤(2)中,采用松散耦合的体系结构,对三维CAD软件、CAPP软件和CAM软件进行集成化改造,实现它们的并行设计;CAD软件以本地客户端方式运行,增添【可制造性评价】功能按钮;用户在CAD软件中完成产品的特征设计、装配设计、结构仿真之后点击【可制造性评价】按钮,系统后台将收集产品设计相关信息并存储于MBD信息模型中,同时在数据仓库中添加一个可制造性评价的任务,等待CAPP/CAM接受任务、可制造性评价和反馈结果;得到可制造性反馈后,设计者即知晓其设计有哪些缺陷和如何优化设计;CAPP/CAM均以云端服务方式部署,将它们整套软件系统部署于服务器中,并对它们的功能调用接口做Web服务的封装,再分别创建一个进程用于侦听任务、调用Web服务处理任务和反馈结果。作为优选,步骤(3)中,用户在三维CAD软件中完成产品的结构与外形设计、装配设计、机构仿真工作,同时在三维模型上标注设计信息;在CAD软件中增添【信息收集】工具,用于收集用户要求、产品功能、加工需求信息。作为优选,所述【信息收集】工具包括加工特征标识工具、加工参数设置工具;所述加工参数包括加工方法、切削参数、刀具选择和装夹方式。作为优选,对3DPMI定义一套标准的3D非几何信息的转换机制,由其制定3D非几何信息的定义、格式、内容和转换过程,其是3D非几何信息转换的互操作语言;3D非几何信息的转换机制具体为:①3DPMI定义:每一个3DPMI对象包括类型、数据内容、引用拓扑对象三方面内容,不同类型的3DPMI对象有不同的数据内容;②3DPMI提取与存储:调用CAD的API接口遍历所有3DPMI对象,获取其类型、数据内容和引用拓扑对象的相关信息,并将它们存储为格式化的XML数据;③3DPMI重建:在CAPP中导入中性几何格式后,几何及拓扑对象将自动重建;再导入3DPMI的XML数据,通过解析得到3DPMI数据对象;根据3DPMI的类型调用CAPP系统对应的API接口,在三维模型上对应的拓扑对象上创建3DPMI对象,采用拓扑对象多重匹配方法得到3DPMI本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种基于MBD面向可制造的CAD设计方法,其特征在于包括下述步骤:/n(1)创建基于MBD的产品信息模型,搭建工程数据仓库,用于存储基于MBD的产品信息模型,供软件共享使用;/n(2)搭建面向可制造产品设计的体系结构,分别对三维CAD软件、CAPP软件和CAM软件进行集成化改造,以在它们之间实现产品信息互通和及时反馈优化修改设计;/n(3)在三维CAD软件中完成产品的结构与外形设计、装配设计、机构仿真,在三维模型上标注设计信息,并标识加工特征和加工信息,并将它们统一集成得到产品的MBD模型中;/n(4)CAPP软件从MBD产品模型中,获取产品的几何模型、尺寸标注、加工特征、加工方法、切削参数、刀具选用和装夹方式信息,进行产品加工的工艺规划,并对其可制造性进行评价和反馈评价结果至CAD软件中,以指导产品的特征优化设计,实现特征/工艺的并行设计;工艺规划的结果也将存储于MBD模型中,供后续CAM软件使用;/n(5)CAM软件从MBD模型中获取产品的几何模型、工艺规划结果信息,进而生成产品数控加工的NC机代码,并发送至数控机床后进行零件的加工制造;此过程中,如果有任何不可制造因素,将直接反馈至CAD或CAPP软件系统中,以重新优化产品的特征设计、加工参数设置及工艺规划;/n(6)反复执行步骤(3)-(5)直到产品完全可制造且符合预设需求。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于MBD面向可制造的CAD设计方法,其特征在于包括下述步骤:
(1)创建基于MBD的产品信息模型,搭建工程数据仓库,用于存储基于MBD的产品信息模型,供软件共享使用;
(2)搭建面向可制造产品设计的体系结构,分别对三维CAD软件、CAPP软件和CAM软件进行集成化改造,以在它们之间实现产品信息互通和及时反馈优化修改设计;
(3)在三维CAD软件中完成产品的结构与外形设计、装配设计、机构仿真,在三维模型上标注设计信息,并标识加工特征和加工信息,并将它们统一集成得到产品的MBD模型中;
(4)CAPP软件从MBD产品模型中,获取产品的几何模型、尺寸标注、加工特征、加工方法、切削参数、刀具选用和装夹方式信息,进行产品加工的工艺规划,并对其可制造性进行评价和反馈评价结果至CAD软件中,以指导产品的特征优化设计,实现特征/工艺的并行设计;工艺规划的结果也将存储于MBD模型中,供后续CAM软件使用;
(5)CAM软件从MBD模型中获取产品的几何模型、工艺规划结果信息,进而生成产品数控加工的NC机代码,并发送至数控机床后进行零件的加工制造;此过程中,如果有任何不可制造因素,将直接反馈至CAD或CAPP软件系统中,以重新优化产品的特征设计、加工参数设置及工艺规划;
(6)反复执行步骤(3)-(5)直到产品完全可制造且符合预设需求。


2.根据权利要求1所述基于MBD面向可制造的CAD设计方法,其特征在于:步骤(1)中,基于MBD的产品信息模型包含如下信息:用户要求、产品功能、设计、工艺、制造、装配、质量、成本和评价。


3.根据权利要求1或2所述基于MBD面向可制造的CAD设计方法,其特征在于:步骤(1)中,采用复合、结构化、可扩展的定义来表达产品的MBD信息模型;模型分为若干主块内容,包括{UserRequirements}、{DesignInformation}、{DesignModel}、{CAPPResults}、{ManufactureInformation};根据不同应用场景去扩展或更改主块,每一主块也是复合、结构化子块的集合,子块也可继续是孙块的集合,包括{UserRequirements{ProductLife},{HighestPrice}}、{DesignModel{3DGeometry},{3DPMI},{ManufactureFeatures}};如此往复定义,以表示任何应用场景、任何用户需求的产品信息;采用将MBD信息模型保存于工程数据仓库中,采用非关系性数据库搭建工程数据仓库;产品的三维几何模型{3DGeometry}以CAD软件系统的原生文件或中性格式文件存储,3DCAD的原生文件包含3DPMI内容;采用中性格式文件{3DGeometry}加{3DPMI}数据块的形式表达产品三维几何和三维标注。


4.根据权利要求1所述基于MBD面向可制造的CAD设计方法,其特征在于:步骤(2)中,采用松散耦合的体系结构,对三维CAD软件、CAPP软件和CAM软件进行集成化改造,实现它们的并行设计;CAD软件以本地客户端方式运行,增添【可制造性评价】功能按钮;用户在CAD软件中完成产品的特征设计、装配设计、结构仿真之后点击【可制造性评价】按钮,系统后台将收集产品设计相关信息并存储于MBD信息模型中,同时在数据仓库中添加一个可制造性评价的任务,等待CAPP/CAM接受任务、可制造性评价和反馈结果;得到可制造性反馈后,设计者即知晓其设计有哪些缺陷和如何优化设计;CAPP/CAM均以云端服务方式部署,将它们整套软件系统部署于服务器中,并对它们的功能调用接口做Web服务的封装,再分别创建一个进程用于侦听任务、调用Web服务处理任务和反馈结果。


5.根据权利要求1所述基于MBD面向可制造的CA...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈志杨方萃浩
申请(专利权)人:杭州新迪数字工程系统有限公司
类型:发明
国别省市:浙江;33

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