5.3.2.1 基于模型的产品设计
基于模型的产品设计环境的功能框架如图5-26所示，通过建设MBD设计环境，在NX环境中提供特征设计、设计标注、规范检查等MBD辅助工具，提高设计规范和设计效率，实现基于模型的产品设计，开发的工具包括三维标注工具、面向制造的建模工具、设计规范检查工具、设计特征管理工具和知识资源库。
图5-26 基于模型的产品设计功能框架
1）三维标注工具
基于ISO 16792—2006和GB/T 24734等标准，结合商用航空发动机项目产品开发的特点，在NX系统上进行三维PMI的快速标注工具模块的开发。
该工具将我国国标数据库加入到模块中，能自动读取公差信息并标注在三维模型上，在三维模块更新时，能自动根据公差等级重新查找后台数据库，更新公差值，三维标注工具提供对相关PMI信息的快速模糊复合查询功能，解决复杂零件三维PMI时信息查询困难的问题。图5-27所示为三维标注工具面示意。
图5-27 三维标注工具界面示意图
图5-28 面向DFM的建模界面示意图
2）面向制造的建模工具
该工具根据设计模型PMI标注生成中差模型。
设计模型通常是根据名义尺寸进行建模，而实际生产加工工序完成后的工序模型则应用中差建模。按中差进行模型构建和加工程序编制、检测程序编制、工装设计引用、仿真分析引用，所以构成工序模型的几何体素在位置上应按中差尺寸进行建模。设计标注表达了设计意图，工序建模和标注则更应重视加工程序编制的具体细节参数值，即数控加工程序在生产现场的可执行性和准确性，因而需要根据PMI标注的定位尺寸，特征尺寸，结合基准体系对设计模型进行智能更改，在有限人工参与下，建立基于设计模型的中差模型建立。图5-28所示为面向DFM的建模界面。
3）设计规范检查工具
设计流程的规范化是保证设计质量和提高设计效率的重要步骤。建立一套完整的适合产品设计特点的流程，并通过制定相应的规章制度加以保证，对规范的执行情况通过设计规范检查工具加以实现。具体的检测内容可以根据产品特点，在CAD自带的规范检查基础上细化和开发。根据相关标准和企业要求做标准检查，并可以统计三维标注所使用到的相关标注生成报告。图5-29所示为按照规则检测标准符合情况。
图5-29 按照规则检测标准符合情况示意图
4）设计特征管理工具
设计特征管理工具是一个面向功能的特征库管理模块，用于提高单个零件的设计效率。
与几何特征相比，设计特征管理工具特征库中的特征主要是面向功能的特征，这种基于功能的特征库设计模块为产品快速设计提供了前期准备和设计数据库，是产品进行快速设计的前提和基础。设计特征管理工具将允许设计者以功能特征的方式进行三维设计。每一个典型特征都有独立的对话框建立和修改参数。每个创建的功能特征将在NX零件浏览器里面显示与普通特征一样。每个功能特征都有相应的对话框用于特征的创建和编辑，并被赋予唯一的名称。工艺信息将被嵌入到功能特征里面，工艺信息包括：尺寸公差、形位公差，表面粗糙度，检测要求，这些工艺信息将为后期基于MBD的加工工艺的制定提供依据。功能特征应具有类似于三维CAD本身特征的特点，能够被重新定位。
5）知识资源库
建立基于MBD的知识资源库，方便在产品设计过程中进行查询和调用，有效提高产品设计效率。
5.3.2.2 基于模型的多专业工艺设计
基于模型的多专业工艺设计功能框架如图5-30所示，基于模型的多专业工艺设计通过直接利用设计三维模型，并关联产品、资源、工厂数据进行零件工艺（含机加工艺、热处理工艺、铸锻焊工艺、毛坯设计等）、装配工艺、工装设计等多种类型的工艺设计和结构化管理；工作内容包括：三维零件工艺设计与仿真、三维装配工艺设计与仿真、基于模型的工装设计与管理和基于模型的工艺资源管理。
1）三维零件工艺设计与仿真
图5-30 基于模型的多专业工艺设计功能框架
基于模型的三维零件工艺设计，包括产品设计（数据获取）、工艺设计、工装设计、工艺仿真、工艺卡片与统计报表、制造执行系统（MES）/数控系统（DNC）集成、知识管理及资源管理，实现了从产品设计到工艺、制造的业务集成。基于MBD的零件制造工艺的主要特点是利用3D工序模型及标注信息表达制造过程、操作要求、检验项目等。图5-31所示为基于模型的零件工艺管理内容。
图5-31 基于模型的零件工艺管理
三维零件工艺设计与仿真主要功能包括以下几个方面。
（1）获取设计模型，识别和继承设计意图。
工艺编制人员接收到设计任务后，在PLM系统中获取设计模型；利用三维CAD工具打开产品设计模型，通过旋转、缩放、剖切、测量等功能查看模型信息，自动继承和识别MBD模型中包含的PMI信息。
（2）建立工艺结构，包括机加、热处理、铸锻焊等。
建立企业统一数据管理平台，管理结构化产品、工艺、资源和工厂数据，并建立数据之间的关联。在PLM中建立工艺BOM，每个零组件对应一个总工艺节点，在总工艺下建立零件所需要的工艺对象，如毛坯工艺、机加工艺、热表工艺等，在工艺中建立工序，在工序下添加设备、工装、辅料等物料对象。工艺与工厂结构中的车间（或分厂）关联，工序与车间的工作中心（工位）关联。
（3）创建工序模型。
在PLM的工艺、工序对象上创建NX数据集，利用NX中的WAVE Link功能关联引用设计模型或其他工序模型，通过NX同步建模功能对模型直接修改，如增加加工余量、删除加工孔、槽等，方便快捷地建立工序模型。
在NX中通过PMI功能进行3D制造信息标注，如尺寸公差要求、加工区域标识、操作说明、检验要求等。需要展示内部细节时，可通过PMI剖视图展示。复杂工序可根据表达需要增加标注视图。对于热工艺，表现形式可根据加工特点作相应调整，一般情况下形状变化不多，尺寸公差信息较少，工艺参数较多。
（4）生成工序卡片。
为了工艺审批和打印方便，可以生成多种格式的格式（2D/3D PDF、EWI等）的工艺卡片。使用定制好的工序卡片模板，从PLM中提取产品、工艺、工序、工装、设备等信息，添加到卡片中。
在图形区插入3D工序模型视图、2D投影图，或直接在卡片中绘制工序图，也可插入其他格式的CAD图形，可依据零件加工的需求或工艺员的习惯选择。
图形、标注或文字说明可灵活布置，复杂工序可根据需要增加页来表示。如果是检验工序要对检验项目（尺寸、公差、技术要求等）编号，输出检验条目列表。
工艺设计的结果最终以3D视图、3D模型或动画等数据形式发放加工现场，方便操作人员理解，规范操作过程，稳定产品质量。(www.xing528.com)
（5）输出数控编程与执行机加仿真。
建立基于MBD的典型零件和特征加工模板，实现针对典型零件和特征的智能化、标准化编程方式，提高效率和质量。建立虚拟机床和装夹环境仿真验证，减少实际操作错误；实现数控程序的版本、权限、查询管理，程序与工序、工步关联；逐步建立面向多品种、小批量的柔性制造单元，实现涵盖计划下达、设备状态监控和现场反馈的精益制造。
2）三维装配工艺设计与仿真
基于模型的三维装配工艺设计与仿真，是在TCC平台之上，充分利用设计MBD模型、资源、工程MBD模型，由流水分工、MBOM创建、结构化工艺设计、工艺仿真与优化、可视化工艺输出、工艺统计报表部分组成，并实现各环节的数据管理，与PLM系统共用制造资源库。系统与产品设计、工装设计、维护维修、试验测试等系统实现数据共享和协同，与DNC、MES实现系统集成。
同时，把装配工艺仿真放在PLM环境中统一考虑，提供在PLM环境下的装配工艺仿真能力。与数字化装配工艺规划结合起来，为改进产品装配制造过程提供了一个全新的方法和手段，研究产品的可装配性分析、装配工艺的优化，装配质量的控制，装配工装的验证，以达到保证产品质量，缩短产品生产周期的目的。
基于模型的三维装配工艺设计与仿真包括如下功能。
（1） MBOM编制。
基于EBOM重构MBOM；实现MBOM与EBOM的关联；实现MBOM与EBOM协同一致的更改和管理；MBOM向ERP、 MES系统传递。
（2）装配工艺设计。
基于与EBOM关联的MBOM编制装配工艺，装配件与工序对应，实现按工序配料；基于产品模型在可视化的数字环境中编制装配工艺，检验产品、工装和装配工艺的正确性，提高装配的一次成功率，减少现场更改；通过典型工艺模板和知识重用，提高新产品、新型号的工艺编制效率和质量；建立3D可视化工艺表现形式，明确和规范操作过程。
（3）装配工艺规程输出。
提供开放式、高度客户化编辑、制作客户文档模版；自动链接数据库中工艺文件信息到模板中形成文件，当数据库信息发生更新后，可以自动刷新工艺文件；输出包含产品PMI、和工艺仿真信息于一身的高度可视化工艺文档。
（4）装配工艺仿真。
工艺规划人员在装配工艺设计过程中，利用装配仿真工具对装配工艺进行虚拟仿真，验证工艺内容的可装配性。在PLM系统中启动装配工艺仿真工具，在仿真软件中自动地建立装配路径，动态分析装配干涉情况，确定最优装配和拆卸操作顺序，仿真和优化产品装配的操作过程。甘特图和顺序表有助于考察装配的可行性和约束条件。运用装配工艺仿真分析工具，用户可以计算零件间的距离并可以专门研究装配路径上有问题的区域。在整个过程中，系统可以加亮干涉区，显示零件装配过程中可能实际发生的事件。用户也可以建立线框或实体的截面以便更细致地观察装配的空间情况，帮助用户分析装配过程并检测可能产生的错误。装配过程动态仿真如图5-32所示。
图5-32 装配过程动态仿真示意图
3）基于模型的工装设计与管理
基于模型的工装设计与管理，是基于MBD的全三维数字化研发模式，将模块化设计的理念应用到工装设计中，通过对工装的模块化分类应用，实现工装设计知识和经验的积累和重用，促进工装的创新设计；实现工装上游数据的有效管理和状态控制，实现工艺工装设计的快速并行协同作业；实现工装数据的全面管理，工装设计结果在资源库中的管理，实现工装数据查询、参考和重用；达到缩短周期、改进质量、减少成本的目的。
基于模型的工装设计系统见图5-33。
图5-33 基于模型的工装设计系统
4）基于模型的工艺资源管理
建立基于MBD的工艺资源库，提高工艺数据、设备、工装、工艺模板、工艺知识等数据的查询和利用。工艺资源库示意图见图5-34所示。
图5-34 工艺资源库示意图
5.3.2.3 数字化制造
通过与MES集成，实现生产现场三维工艺可视化；与DNC集成，实现NC代码传递与使用，并最终实现基于模型的数字化制造。数字化制造功能示意图见图5-35所示。
图5-35 数字化制造功能示意图
5.3.2.4 基于模型的检测
通过对产品设计模型及工序模型、工装的调用，与DNC集成，实现CMM检测NC代码传递与使用，最终实现基于模型的检测。基于模型的检测功能框架见图5-36。
图5-36 基于模型的检测功能框架图
系统主要功能大致为以下两个方面。
（1） NX CMM检测编程。
NX CMM检测编程将基于内置的检测知识和测头资源库，直接获取MBD模型上的检测特征，通过推断引擎，创建出适合的检测路径。
在进行CMM编程时，通过连接到产品制造信息（Link to PMI）功能，系统将自动识别MBD三维模型上的特征和产品制造信息，把模型上的面、孔、凸台等特征对应到检测的特征，把三维标注信息对应到检测的公差，从而为CMM编程的自动化奠定了基础。
（2） CMM检测执行。
通过和测量设备的连接，CMM将检测程序推送到测量设备中，指导测量设备进行检测；并对测量设备返回的测试结果数据进行过滤、统计和分析，输出测量报告，并保持到Teamcenter中，与零件设计模型、工序模型建立关联关系。
5.3.2.5 基于模型的服务
通过带标注的三维模型及BOM结构创建售后服务所需的电子手册和技术出版物，包括装配组织、爆炸图、仿真动画、热点管理等，满足维护操作手册、产品目录、培训材料等各种不同的业务需求。基于模型的服务功能示意图见图5-37。
图5-37 基于模型的服务功能示意图
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