CN103631996A - 一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，包括如下步骤：（1）定义产品结构设计模型的成熟度等级；（2）将不同成熟度等级的产品结构设计模型预发放给对应的工艺设计人员，以使产品结构设计与工艺设计并行开展。本发明相比现有技术具有以下优点：对产品结构设计模型的成熟度进行划分，并将达到一定成熟度的结构设计模型预发放给工艺设计人员，实现产品结构设计和工艺设计的并行开展，提高了产品研发的效率，降低了差错率，避免了不必要的时间浪费和成本浪费，缩短了产品研发周期，降低了产品研发费用。
Description
技术领域
本发明涉及三维产品设计技术领域，尤其涉及的是一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法。
背景技术
基于模型的定义（Model Based Definition,MBD）技术是产品数字化定义的先进方法，它是指产品定义的各类信息按照模型的方式组织，其核心内容是产品的几何模型，所有相关的工艺描述信息、属性信息、管理信息等都附着在产品的三维模型中，一般情况下不再有二维工程图纸。MBD改变了传统的由三维实体模型来描述几何信息，而用二维工程图纸来定义尺寸、公差和工艺信息的产品数字化定义方法。同时，MBD使三维数模作为生产制造过程中的唯一依据，改变了传统以工程图纸为主，以三维实体模型为辅的制造方法。
在传统的产品研发过程当中，一般是先进行产品结构设计，然后再进行工艺设计，产品结构设计与工艺设计是一个串行的过程。在工艺设计过程当中，首先要进行产品的工艺性审查，工艺性审查的主要目的是对产品结构设计的合理性和可制造性进行审查，并将审查结果反馈给设计部门，以便对产品结构设计模型作出更改，整个过程经历了多次迭代，浪费了很长的时间，严重影响了产品的研发周期。为了降低产品的研发周期，就要求产品结构设计与工艺设计并行进行，在产品结构设计阶段，提前将产品结构设计模型发放给工艺设计部门，以达到工艺提前介入的目的。此外，随着基于模型的定义MBD技术的实施，以及三维计算机辅助工艺过程设计(computer aided process planning，CAPP）在企业的推广应用，以三维模型为基础的并行设计成为可能。为此，本发明提出了一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，以达到产品结构设计与工艺设计并行的目的。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，该方法通过对产品结构设计模型定义相应的成熟度等级，并将达到一定成熟度的结构设计模型提前发放给工艺设计人员，以达到产品结构设计与工艺设计并行的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，包括如下步骤：
（1）定义产品结构设计模型的成熟度等级，所述成熟度等级是指采用基于模型定义技术，对产品结构设计模型定义详细程度的描述，对产品结构设计模型定义详细程度越高，则成熟度等级越高；
（2）将不同成熟度等级的结构设计模型预发放给对应的工艺设计人员，以使产品结构设计与工艺设计并行开展；工艺设计人员拿到对应的结构设计模型后进行相应的工艺性审查，并将审查结果反馈给结构设计人员，以便结构设计人员对结构设计模型进行改进与优化，同时，工艺设计人员根据获得的产品结构设计模型，进行相应的工艺设计或对之前的工艺设计信息做出参数化更改，直至工艺设计完成为止。
作为上述方法的优选实施方式，所述步骤（1）中产品结构设计模型的成熟度等级按照产品制造信息定义的详细程度具体划分为以下几个等级：
（1.1）一级：指对三维几何模型的总体尺寸，以及包括材料、特殊工艺要求和属性在内的非几何信息进行标注；
（1.2）二级：指在一级模型的基础上，增加了三维几何模型的关键尺寸标注；
（1.3）三级：指在二级模型的基础上，对三维几何模型的所有尺寸都进行了标注，并采用辅助视图对三维几何模型的局部细节进行更为清晰的表达；
所述步骤（2）的具体过程包括如下步骤：
（2.1）当产品结构设计模型的成熟度等级达到一级时，将产品结构设计模型预发放给工艺设计人员，由工艺设计人员对产品结构设计模型进行结构工艺性审查，并将审查结果反馈给产品结构设计人员，以便结构设计人员对产品结构设计模型进行改进与优化；同时，工艺设计人员根据获得的产品结构设计模型，进行工艺设计，具体包括毛坯设计、工艺路线设计和工序详细设计；
（2.2）当产品结构设计模型的成熟度等级达到二级时，将产品结构设计模型预发放给工艺设计人员，由工艺设计人员对产品结构设计模型进行制造工艺性审查，并将审查结果反馈给产品结构设计人员，以便结构设计人员对产品结构设计模型进行改进与优化；同时，工艺设计人员按照更改后的产品结构设计模型，对工艺设计信息做出参数化更改，并继续进行后续的工艺设计工作；
（2.3）当产品结构设计模型的成熟度等级达到三级时，正式发放产品结构设计模型给工艺设计人员，工艺设计人员根据正式发放的产品结构设计模型，对工艺设计信息做出对应的参数化更改，并继续进行后续的工艺设计工作，直至工艺设计完成为止。
作为上述方法中步骤（1）的优选实施方式，所述步骤（1）中成熟度等级为一级的产品结构设计模型的制造信息定义具体包括如下内容：外部参考、坐标系统、三维几何模型、总体尺寸、材料信息、特殊工艺要求和属性；成熟度等级为二级的产品结构设计模型的制造信息定义具体包括如下内容：外部参考、坐标系统、三维几何模型、总体尺寸、不规范或不完全的尺寸标注、关键特性注释与标注、材料信息、特殊工艺要求和属性；成熟度等级为三级的产品结构设计模型的制造信息定义具体包括如下内容：外部参考、坐标系统、三维几何模型、总体尺寸、全尺寸标注、全注释与标记、辅助视图、材料信息、特殊工艺要求和属性。
作为上述方法中步骤（1）的优选实施方式，所述步骤（1）中尺寸标注包括尺寸（公差）、形位公差、表面粗糙度的标注。
作为上述方法中步骤（1）的优选实施方式，所述步骤（1）中注释是指用文字描述的加工要求，并与几何模型相关联。
作为上述方法中步骤（1）的优选实施方式，所述步骤（1）中标记是指用符号描述的加工要求，并与几何模型相关联。
作为上述方法中步骤（1）的优选实施方式，所述步骤（1）中辅助视图是指为了清晰描述产品结构设计模型而增加的用户自定义视图，或者为了表达复杂产品内部形状或局部结构而增加的剖视图。
作为上述方法中步骤（1）的优选实施方式，所述步骤（1）中属性是指表达产品结构设计模型几何特征或非几何信息所需的不可见的尺寸、公差、注释、文本或符号，可以通过查询得到。
作为上述方法中步骤（2.1）的优选实施方式，所述步骤（2.1）中对产品结构设计模型进行结构工艺性审查是指从工件便于装夹和减少装夹次数，减少刀具的调整和走刀次数，采用标准刀具、减少刀具种类，减少刀具切削空行程，避免内凹表面及内表面的加工，加工时便于进刀、退刀和测量，减少加工表面数和缩小加工表面面积这些方面来考虑，对产品结构设计模型的结构工艺性进行审查。
作为上述方法中步骤（2.2）的优选实施方式，所述步骤（2.2）中对产品结构设计模型进行制造工艺性审查是指对产品结构设计模型中尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的合理性进行审查，以保证在企业现有的生产条件下，能够用比较经济、合理的方法制造出来。
本发明相比现有技术具有以下优点：
1.首次提出了基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法。对产品结构设计模型的成熟度进行划分，并将达到一定成熟度的结构设计模型预发放给工艺设计人员，以达到工艺提前介入的目的，实现产品结构设计和工艺设计的并行开展，提高了产品研发的效率，降低了差错率，避免了不必要的时间浪费和成本浪费，缩短了产品研发周期，降低了产品研发费用。
2.首次对产品结构设计模型定义的详细程度进行描述，并给出了一种产品结构设计模型成熟度的划分方法，有利于规范产品结构设计过程中产品制造信息的表达。
3.对产品结构设计模型的成熟度进行划分，可以将产品结构设计模型按照应用的不同进行相应等级成熟度（一级、二级、三级）的定义，以提高产品结构设计的效率。例如，对于数控加工零件来说，仅进行一级模型标注即可满足要求，而对于普通零件加工，则需要依次进行3级模型的标注。
附图说明
图1是基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计过程流程图。
图2是成熟度等级为一级的产品结构设计模型标注实例。
图3是成熟度等级为二级的产品结构设计模型标注实例。
图4是成熟度等级为三级的产品结构设计模型标注实例。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，包括如下步骤：
（1）定义产品结构设计模型的成熟度等级，所谓成熟度等级是指采用基于模型定义技术，对产品结构设计模型定义详细程度的描述，对产品结构设计模型定义详细程度越高，则成熟度等级越高。本实施例给出了产品结构设计模型成熟度等级划分的具体划分方式，即按照产品制造信息定义的详细程度具体划分为以下三个等级：
（1.1）一级：指对三维几何模型的总体尺寸，以及包括材料、特殊工艺要求和属性在内的非几何信息进行标注，具体包括如下内容：外部参考、坐标系统、三维几何模型、总体尺寸、材料信息、特殊工艺要求和属性；
（1.2）二级：指在一级模型的基础上，增加了三维几何模型的关键尺寸标注，具体包括如下内容：外部参考、坐标系统、三维几何模型、总体尺寸、不规范或不完全的尺寸标注、关键特性注释与标注、材料信息、特殊工艺要求和属性；
（1.3）三级：指在二级模型的基础上，对三维几何模型的所有尺寸都进行了标注，并采用辅助视图对三维几何模型的局部细节进行更为清晰的表达，具体包括如下内容：外部参考、坐标系统、三维几何模型、总体尺寸、全尺寸标注、全注释与标记、辅助视图、材料信息、特殊工艺要求和属性；
（2）根据产品结构设计模型的成熟度等级，将对应成熟度等级的产品结构设计模型预发放给对应的工艺设计人员，以达到工艺设计提前介入的目的，使产品结构设计与工艺设计并行开展。其具体过程包括如下步骤：
（2.1）当产品结构设计模型的成熟度等级达到一级时，将产品结构设计模型预发放给工艺设计人员，由工艺设计人员对产品结构设计模型进行结构工艺性审查，并将审查结果反馈给产品结构设计人员，以便结构设计人员对产品结构设计模型进行改进与优化；同时，工艺设计人员根据获得的产品结构设计模型，进行工艺设计，具体包括毛坯设计、工艺路线设计和工序详细设计；
（2.2）当产品结构设计模型的成熟度等级达到二级时，将产品结构设计模型预发放给工艺设计人员，由工艺设计人员对产品结构设计模型进行制造工艺性审查，并将审查结果反馈给产品结构设计人员，以便结构设计人员对产品结构设计模型进行改进与优化；同时，工艺设计人员按照更改后的产品结构设计模型，对工艺设计信息做出参数化更改，并继续进行后续的工艺设计工作；
（2.3）当产品结构设计模型的成熟度等级达到三级时，正式发放产品结构设计模型给工艺设计人员，工艺设计人员根据正式发放的结构设计模型，对工艺设计信息做出对应的参数化更改，并继续进行后续的工艺设计工作，直至工艺设计完成为止。
上述的尺寸标注包括尺寸（公差）、形位公差、表面粗糙度的标注。
上述的注释是指用文字描述的加工要求，并与几何模型相关联。
上述的标记是指用符号描述的加工要求，并与几何模型相关联。
上述的辅助视图是指为了清晰描述产品结构设计模型而增加的用户自定义视图，或者为了表达复杂产品内部形状或局部结构而增加的剖视图。
上述的属性是指表达产品结构设计模型几何特征或非几何信息所需的不可见的尺寸、公差、注释、文本或符号，可以通过查询得到。
上述的结构工艺性审查是指从工件便于装夹和减少装夹次数，减少刀具的调整和走刀次数，采用标准刀具、减少刀具种类，减少刀具切削空行程，避免内凹表面及内表面的加工，加工时便于进刀、退刀和测量，减少加工表面数和缩小加工表面面积等方面，对产品结构设计模型的结构工艺性进行审查。
上述的制造工艺性审查是指对产品结构设计模型中尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的合理性进行审查，以保证在企业现有的生产条件下，能够用比较经济、合理的方法制造出来。
如图2所示，为成熟度等级为一级的产品结构设计模型标注实例。通过三维CAD软件，进行产品几何模型设计；利用尺寸标注工具，标注模型的总体尺寸信息；利用注释工具，定义模型的材料、特殊工艺要求，并完善模型的属性信息。
如图3所示，为成熟度等级为二级的产品结构设计模型标注实例。在一级模型基础上，通过三维CAD软件，利用尺寸、公差标注工具，标注模型的关键尺寸、公差信息。
如图4所示，为成熟度等级为三级的产品结构设计模型标注实例。在二级模型基础上，通过三维CAD软件，利用尺寸、公差标注工具，标注模型所有的尺寸、公差、表面粗糙度、注释、标注等信息。并通过辅助视图等用户自定义视图，对模型的局部细节进行描述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）定义产品结构设计模型的成熟度等级，所述成熟度等级是指采用基于模型定义技术，对产品结构设计模型定义详细程度的描述，对产品结构设计模型定义详细程度越高，则成熟度等级越高；
（2）将不同成熟度等级的结构设计模型预发放给对应的工艺设计人员，以使产品结构设计与工艺设计并行开展；工艺设计人员拿到对应的结构设计模型后进行相应的工艺性审查，并将审查结果反馈给结构设计人员，以便结构设计人员对结构设计模型进行改进与优化，同时，工艺设计人员根据获得的产品结构设计模型，进行相应的工艺设计或对之前的工艺设计信息做出参数化更改，直至工艺设计完成为止。
2.如权利要求1所述的一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，其特征在于，所述步骤（1）中产品结构设计模型的成熟度等级按照产品制造信息定义的详细程度具体划分为以下几个等级：
（1.1）一级：指对三维几何模型的总体尺寸，以及包括材料、特殊工艺要求和属性在内的非几何信息进行标注；
（1.2）二级：指在一级模型的基础上，增加了三维几何模型的关键尺寸标注；
（1.3）三级：指在二级模型的基础上，对三维几何模型的所有尺寸都进行了标注，并采用辅助视图对三维几何模型的局部细节进行更为清晰的表达；
所述步骤（2）的具体过程包括如下步骤：
（2.1）当产品结构设计模型的成熟度等级达到一级时，将产品结构设计模型预发放给工艺设计人员，由工艺设计人员对产品结构设计模型进行结构工艺性审查，并将审查结果反馈给产品结构设计人员，以便结构设计人员对产品结构设计模型进行改进与优化；同时，工艺设计人员根据获得的产品结构设计模型，进行工艺设计，具体包括毛坯设计、工艺路线设计和工序详细设计；
（2.2）当产品结构设计模型的成熟度等级达到二级时，将产品结构设计模型预发放给工艺设计人员，由工艺设计人员对产品结构设计模型进行制造工艺性审查，并将审查结果反馈给产品结构设计人员，以便结构设计人员对产品结构设计模型进行改进与优化；同时，工艺设计人员按照更改后的产品结构设计模型，对工艺设计信息做出参数化更改，并继续进行后续的工艺设计工作；
（2.3）当产品结构设计模型的成熟度等级达到三级时，正式发放产品结构设计模型给工艺设计人员，工艺设计人员根据正式发放的产品结构设计模型，对工艺设计信息做出对应的参数化更改，并继续进行后续的工艺设计工作，直至工艺设计完成为止。
3.如权利要求2所述的一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，其特征在于，所述步骤（1）中成熟度等级为一级的产品结构设计模型的制造信息定义具体包括如下内容：外部参考、坐标系统、三维几何模型、总体尺寸、材料信息、特殊工艺要求和属性；成熟度等级为二级的产品结构设计模型的制造信息定义具体包括如下内容：外部参考、坐标系统、三维几何模型、总体尺寸、不规范或不完全的尺寸标注、关键特性注释与标注、材料信息、特殊工艺要求和属性；成熟度等级为三级的产品结构设计模型的制造信息定义具体包括如下内容：外部参考、坐标系统、三维几何模型、总体尺寸、全尺寸标注、全注释与标记、辅助视图、材料信息、特殊工艺要求和属性。
4.如权利要求2或3所述的一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，其特征在于，所述步骤（1）中尺寸标注包括尺寸（公差）、形位公差、表面粗糙度的标注。
5.如权利要求3所述的一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，其特征在于，所述步骤（1）中注释是指用文字描述的加工要求，并与几何模型相关联。
6.如权利要求3所述的一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，其特征在于，所述步骤（1）中标记是指用符号描述的加工要求，并与几何模型相关联。
7.如权利要求2或3所述的一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，其特征在于，所述步骤（1）中辅助视图是指为了清晰描述产品结构设计模型而增加的用户自定义视图，或者为了表达复杂产品内部形状或局部结构而增加的剖视图。
8.如权利要求2或3所述的一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，其特征在于，所述步骤（1）中属性是指表达产品模型几何特征或非几何信息所需的不可见的尺寸、公差、注释、文本或符号，可以通过查询得到。
9.如权利要求2或3所述的一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，其特征在于，所述步骤（2.1）中对产品结构设计模型进行结构工艺性审查是指从工件便于装夹和减少装夹次数，减少刀具的调整和走刀次数，采用标准刀具、减少刀具种类，减少刀具切削空行程，避免内凹表面及内表面的加工，加工时便于进刀、退刀和测量，减少加工表面数和缩小加工表面面积这些方面来考虑，对产品结构设计模型的结构工艺性进行审查。
10.如权利要求2或3所述的一种基于模型成熟度的产品结构设计与工艺设计并行设计方法，其特征在于，所述步骤（2.2）中对产品结构设计模型进行制造工艺性审查是指对产品结构设计模型中尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的合理性进行审查，以保证在企业现有的生产条件下，能够用比较经济、合理的方法制造出来。
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