CN109614671A - 一种基于视图的三维mbd工序模型组织及表达方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于视图的三维MBD工序模型组织及表达方法，以便在协同三维制造的背景下，实现产品设计制造的统一数据源，提供直观的三维可视化工艺设计环境，科学地管理产品的三维MBD工序模型，清晰表达产品加工制造所需的各类工艺信息。

Description

一种基于视图的三维MBD工序模型组织及表达方法

技术领域

本发明属于三维数字化工艺设计领域，涉及一种产品三维MBD(Mode-BasedDefinition，基于模型的定义)工序模型的组织与存储方式，以及对应工序模型上工艺信息的表达方法。尤其是在协同制造背景下，该方法可用于科学地管理产品三维MBD工序模型及清晰地表达各道工序模型上所包含的工艺信息，提供直观的三维可视化工艺设计环境，同时产生的工序模型可直接用于后续集成环境下的数控编程。

背景技术

三维CAD技术经过多年的推广和应用，已广泛应用于机械制造等行业。为了更直观地表达产品设计与制造信息等相关内容，基于MBD的数字化定义技术应运而生，其目的在于维护统一的数据源信息，构建产品设计与制造之间的信息集成链路，服务于产品全生命周期的各个阶段。工序模型作为连接设计与制造之间的中间纽带，是实现工艺设计和制造环节无缝集成的关键要素，因而在工序模型上必然存储着大量的设计与制造相关信息，且由于通常产品生产工序较多，工序模型数量较大，影响使用效率。如何在保证工序模型所承载的工艺信息完整且清晰表达的前提下，最大限度地减少工序模型数量，提高工艺设计效率，成为三维辅助工艺设计过程中亟待解决的问题。目前，对工序模型的组织和其上工艺信息表达的研究大致如下：

(1)结合工序模型正/逆序生成过程的工序模型组织方法：中国专利“一种基于正序逆序结合的三维工序模型生成方法”(专利申请号：CN201410352581.5)阐述了一种适应于设计制造集成环境下工序模型生成的方法，但其在工序模型的组织过程中，会产生大量的工序或工步模型文件，对于制造工序较多的产品，其需生成较多的工序模型。中国专利“基于图层的产品多加工工序MBD模型及实现方法”(专利申请号：CN201510659248.3)阐述了利用三维CAD 软件中使用图层分类功能对工序模型进行组织与管理的方法，但其在工序模型组织过程中需按工艺过程，逆序依次建立单独的工序模型，之后再依序批量导入主模型下各图层中，过程繁复，较难控制各道工序模型之间的链接关系，仍需存储较多数目的模型文件。

(2)利用XML和数据库等过程数据存储工具来组织三维工艺信息的表达：《基于轻量化模型的CAD/CAPP系统集成技术研究》一文(计算机集成制造系统，2010，03)中提及用XML形式来对过程数据进行存储，该方法数据组织形式多样，开放性工艺信息表达能力较强。然而，灵活的信息表达方式背后，其存储的工艺信息和对应的工序模型未关联，即在工序模型上无法可视化表达相关工艺信息，需依赖额外的文件；《基于Pro/E的三维机加工工艺设计方法研究》(机械制造，2015，09)中提及基于对工艺数据库的设计来组织三维工艺信息，依照工艺规程结构树次序，将工艺信息按层次存储到数据库中。为实现制造信息在工序模型上的可视化表达，工序模型生成时可将三维建模软件生成的MBD工艺模型逐步转换成面向加工过程的ProductView轻量化中性格式文件，包含必要的可视化注释信息。此方式虽能集中管理工序模型上承载的工艺信息，可视化查看工艺信息，但增加了数据库维护工作，MBD 信息亦没能贯穿始终，制造集成性仍可提高。

发明内容

针对现有三维MBD工序模型组织和表达方法研究中存在的工序模型较多、组织过程繁复、三维工艺信息可视化表达能力弱及制造集成性差等问题，本发明提出一种基于视图的三维MBD工序模型组织方式和表达方法，解决目前在三维数字化工艺设计中工序模型数目多，影响三维工艺设计系统运行效率及工序模型上三维工艺信息表达不清晰的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于视图的三维MBD工序模型组织及表达方法，具有以下步骤：

步骤一：从产品生命周期管理软件系统(如西门子的Teamcenter)中读入产品工艺规程结构树，以工艺规程结构树构建产品工序组织结构树，将工艺信息保存于工序组织结构树中的对应工序节点中，并保持同步映射至相应的工艺规程树对应节点；

步骤二：从产品生命周期管理软件系统中读入产品设计模型，将其作为产品工序模型的最终模型，根据工序组织结构树，自工序组织结构树中最后一道工序开始，构建产品各道三维工序模型，并关联至对应的工序组织结构树节点，直至毛坯模型；

步骤三：以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，构建对应的工序模型工序视图，工序模型工序视图中，依据相关工艺信息，生成该道工序的加工相关信息，同时采用标注和注释技术实现对该道工序所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达该道工序的工艺注解；

步骤四：以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，结合工序视图，构建对应的工序模型工步视图，工序模型工步视图中，依据相关工艺信息，生成该道工步的加工相关信息，同时采用标注和注释技术实现对该道工步所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达该道工步的工艺注解；

步骤五：在步骤一、步骤二、步骤三和步骤四中，三维工艺设计软件中的工艺信息，生成的工序视图与工步视图中的工艺信息，采用属性映射方式，保存在对应的工序组织结构树下的对应节点中，同产品生命周期管理软件系统中的对应节点保持同步映射关系；

步骤六：在步骤三和步骤四中，生成的工序视图与工步视图中，在进行工艺注解时，选择性地采用符号化注释方法，清晰表达复杂的工艺信息，并同步保存至对应的工序组织结构树下的对应节点中；

步骤七：在步骤三和步骤四中，生成的工序视图与工步视图中，采用多个视图多角度的方式，清晰表达较复杂的加工信息，可视化表达某个加工过程需要的各类信息；

步骤八：将上述步骤二、步骤三和步骤四中产生的工序模型及包含在工序视图和工步视图中的各类工艺信息，传递给CAM系统，生成加工刀轨，完成产品工艺设计与加工制造的无缝集成。

作为更进一步的优选方案，步骤一中，所述从产品生命周期管理软件系统中读入产品工艺规程结构树，以工艺规程结构树构建产品工序组织结构树，其构建过程为：将产品生命周期管理软件系统中的工艺信息以产品工艺规程结构树的形式保存在产品生命周期管理软件系统中，并以此工艺规程结构树构建工艺信息的承载结构，各树节点上保存对应三维MBD工序模型所需的工艺信息，在工艺设计三维系统中，将工艺规程结构树的结构同步映射至用于三维工艺设计的工序组织结构树，工艺设计三维系统中的工序组织结构树的节点，对应于产品生命周期管理软件系统中的工艺规程结构树的节点，同步映射的方法，可使用程序映射或借助于外部存储文件传递等各种方式。

作为更进一步的优选方案，步骤二中，所述从产品生命周期管理软件系统中读入产品设计模型，将其作为产品工序模型的最终模型，根据工序组织结构树，自工序组织结构树中最后一道工序开始，构建产品各道三维工序模型，并关联至对应的工序组织结构树节点，直至毛坯模型，其构建过程为：从产品生命周期管理软件系统中读入产品设计模型，将产品MBD 设计模型及其承载的设计信息以数据集的形式保存于产品生命周期管理软件系统中，并关联至对应的工艺规程结构树的根节点，将其作为产品工序模型的最终模型，根据工序组织结构树及该工序模型，结合加工区域识别和提取结果，及本道工序的工艺信息，得到本道工序前一道工序的工序模型，并立即将其关联至对应的工序组织结构树节点，接着以此为输入，循环得到所有工序的工序模型，直至产品毛坯模型，构建各道三维工序模型可采用逆序、正序或正逆序结合等方法，工序模型和工序组织结构树节点的关联实现可采用链表、数组乃至字符串对应等方法。

作为更进一步的优选方案，步骤三中，以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，构建对应的工序模型工序视图，其构建过程为：以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，利用三维工艺设计系统的视图功能，实现工序模型工序视图，工序模型工序视图中，依据相关工艺信息，生成该道工序的加工相关信息，若工序组织结构树节点中该工序类型为数控、普通机加和检验工序等需要生成工序模型视图的类型，则定制生成该道工序模型工序视图，工序视图中包含该道工序加工所需的所有相关信息，该工序视图名称采用特定的编码方式命名，以方便快速查找及生成工艺指导书等后续使用，由于工序加工相关信息较多，易相互叠加，不方便查看，采用标注和注释技术实现对该道工序所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达该道工序的工艺注解；若该道工序类型为其它无需生成工序模型视图的类型，则该视图采用模型的轴测视图或默认视图。

作为更进一步的优选方案，步骤四中，所述以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，结合工序视图，构建对应的工序模型工步视图，其构建过程为：以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，结合工序视图，利用三维工艺设计系统的视图功能，实现工序模型工步视图，工序模型工步视图中，依据相关工艺信息，生成该道工步的加工相关信息，若工序组织结构树节点中工序操作需分为多工步操作，则生成该道工序模型工序视图下的工步视图，工步视图中包含该道工步加工所需的工步相关信息，该工步视图名称采用特定的编码方式命名，以方便快速查找及生成工艺指导书等后续使用。由于工步加工相关信息较多，易相互叠加，不方便查看，采用标注和注释技术实现对各道工步所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达所有工步的工艺注解，若节点中工序操作可由工序视图完全表达，则无需生成工步视图。

作为更进一步的优选方案，在步骤五中，为实现步骤一和步骤二中，所述三维工艺设计软件中的工艺信息，同产品生命周期管理软件系统中的对应节点保持同步映射关系，其实现形式为：当构建工艺组织结构树时，由三维工艺设计软件和产品生命周期管理软件系统之间存在的集成接口，将工艺规程结构树的结构同步映射至用于三维工艺设计的工序组织结构树，当创建工序组织结构树中各道工序模型后，采用链表、数组乃至字符串对应等方法实现工序模型和工序组织结构树节点间的关联性，使用程序映射或借助于外部存储文件传递等各种方式，工序组织结构树与工艺规程结构树可实现全映射关系，在步骤三和步骤四中，所述工序视图和工步视图产生的相关工序和工步信息，皆会以对象属性的方式存储到对应属性中，并关联至工序组织结构树中对应节点，最终映射至产品生命周期管理软件系统，实现所有工艺信息的全部基于模型定义。

作为更进一步的优选方案，在步骤六中，为实现步骤三和步骤四中，所述利用三维工艺设计系统的视图功能，实现工序模型工序视图和工步视图，其过程中：为能清晰表达复杂的工艺信息，减少工艺编制和使用人员对工艺内容理解的出入及耦合性，提高交流效率，在工序视图和工步视图中，对其中易于用抽象符号来表达的工艺信息采用符号化的注释方法进行注解，如各类标准的工艺信息，如加工操作余量、尺寸参数、公差、行业应用符号等，一些不宜符号化的信息采用自然语义的方式标注在视图中，表达的工艺信息可实时保存于工序组织结构树节点中，符号化方法可采用，转义字符、图标、动态图、矢量图、定制图像等各类形式。

作为更进一步的优选方案，在步骤七中，为实现步骤三和步骤四中，所述利用三维工艺设计系统的视图功能，实现工序模型工序视图和工步视图，其过程中：为能清晰表达复杂的工艺信息，减少工艺编制和使用人员对工艺内容理解的出入及耦合性，提高交流效率，在工序视图和工步视图中，可设置多视图多视角显示表达，多视角用于调整显示方位，以便直观清晰地显示加工操作对应的加工区域，多视图包含导引视图、定向视图、剖切视图等，导引视图，用于总览该视图下包含的总体加工工艺信息和视角方位信息，定向视图，用于浏览加工操作涉及到的加工面或依赖面的相关信息，剖切视图，用于浏览加工操作涉及到的详细信息，此类视图可多次添加，直至可完整表达加工所需的各类信息，在工步视图中，可选择性地将与该道工步关联的工序视图中包含的标注和注释信息显示在该道工步视图中。

作为更进一步的优选方案，在步骤八中，所述工序模型及包含在工序视图和工步视图中的各类工艺信息，传递给CAM系统，生成加工刀轨，实现产品工艺设计与加工制造的无缝集成，其实现过程：根据工序组织结构树，读取其中节点中存储的产品毛坯模型，接着读取该树节点下道紧邻树节点中存储的工序模型作为第一道工序的工序模型，根据第一道工序的工序模型，读取其中对应加工区域的加工操作所需工艺信息，根据该道加工的产品毛坯模型、工序模型和加工操作所需工艺信息，在CAM加工软件中，生成第一道工序中对应加工区域的加工刀轨，完成加工刀轨的生成，重复以上过程，依次读取第二道加工操作的毛坯模型、工序模型和工艺信息，生成第二道加工操作的加工刀轨，直至，完成所有加工操作的加工刀轨生成，完成第二道工序的加工，其余工序的加工操作重复上述步骤即可，直至最后一道工序加工完成，各道加工操作生成的刀轨关联至对应的工序组织结构树的节点，可同步至产品生命周期管理软件系统中。

有益效果：

1、本发明首次提出用三维工艺软件的视图表达功能来组织和表达产品三维MBD工序模型中的信息，将工序模型下所包含的工艺信息完整清晰地保存在单个模型文件中，便于对工艺信息进行统一管理，大幅减少工序模型所需数目，提高三维工艺设计系统运行效率。

2、本发明提出采用结构化的工艺设计方式，构建树状工序组织结构，在三维工艺设计过程中产生的工艺信息，存储于各道树节点对应的工序中，便于在不同软件平台下对产品工艺信息进行统一管理，规范工艺设计过程。

3、本发明提出用不同层次的视图来可视化表达三维工艺信息，根据产品设计模型的复杂程度，分层次构建工序视图和工步视图，防止在标注工艺信息时发生干扰现象。在工序视图中，采用标注与注释技术，实现对该道工序所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达该道工序的工艺注解；在工步视图中，应用标注与注释技术，用标注和注释技术实现对该道工步所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达该道工步的工艺注解。

4、本发明提出将生成的工序视图和工步视图中的各类信息，保存于工序组织结构树对应的节点下，其层次关系对应于工序组织结构树的节点层次关系。工艺信息表达逻辑结构清晰，可方便进行后续CAM使用及生成工艺指导书。

5、本发明提出采用符号化注释方法，简洁明了地表示各类标准的工艺信息，如加工操作余量、尺寸参数、公差、行业应用符号等。采用多视图多视角显示，以便从多个显示方位，以便直观清晰地显示加工操作对应的加工区域。减少工艺编制和使用人员对工艺内容理解的出入及耦合性，提高交流效率。

6、本发明提出为便于三维工艺设计过程与CAM实现无缝集成，将工艺设计过程中产生的产品工序模型、工序毛坯模型和工步视图中保存的对应某加工区域的加工操作所需工艺信息作为输入传递给CAM，易于CAM对工艺信息进行解析，快速生成产品加工刀轨。

附图说明

图1：一种基于视图的三维MBD工序模型组织及表达流程；

图2：工艺规程结构树和工序组织结构树间工艺信息方式传递示意；

图3：工序视图表达工序信息流程；

图4：视图命名规则及实例示例；

图5：工步视图表达工步信息流程；

图6：模型视图间工艺信息的选择性表达的操作方法；

图7：CAPP与CAM集成过程示意。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做出详细说明：该实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出详细的实施方式和具体操作过程，实施例中产品生命周期管理软件系统为 Teamcenter，三维工艺设计软件为NX(Unigraphics NX，交互式CAD/CAM系统)，实施例中涉及的几何尺寸单位均为毫米。

在该工序模型组织与表达方法中，根据产品设计模型，构建产品工艺规程结构树，依据工艺规程结构树，构建产品工序组织结构树，两结构树中各树节点一一对应，树节点上依附的工艺信息双向关联，从而实现在集成环境下对工艺信息进行统一管理，全面提高企业不同部门间的协同作业能力；使用视图来组织和表达工序模型上的可视化工艺信息，形成工序模型视图用以表示各工序三维MBD模型，工序模型视图分为工序视图和工步视图，分别表达不同层次的工艺内容，两类视图存储于同一工序模型文件中，不重复产生冗余的模型文件，从而大幅减少工艺设计过程中模型文件的产生，达到减少模型文件数目，提高工艺设计系统工作效率的目的；采用属性映射的方式，将工艺信息保存在对应的工序组织结构树下的对应节点中，保持同步映射关系；采用标注和注释技术表达工序模型主视图上所需表达的可视化工艺信息，使用标注及注释技术实现工序视图和工步视图上所需表达的可视化工艺信息，注释工艺信息同步保存于工序组织结构树对应节点的属性中，使得工艺信息在可视化展示时具有层次性，提高工艺信息可视化表达的规范性，并可实现可视化工艺信息的动态组织与展示；采用多个视图多角度的方式，可视化表达加工过程所需要的各类信息，满足复杂加工操作所需的信息可视化表达需求；以工序模型及包含在工序视图和工步视图中的各类信息，传递给下游CAM(Computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)模块，实现工艺设计与制造的无缝集成。

工艺规程树是指：以树状结构来组织管理工艺设计过程中各道工序中包含的框架工艺信息。

工序组织结构树是指：以树状结构来表达工序间的层次关系及工艺信息。

工艺信息是指机械加工过程中常用的工艺参数及要求，如加工特征、加工余量、加工方法、加工精度和加工要求等。

工序视图是指：在某道工序模型中，用来表达该道加工工序中的产品工序尺寸及加工要求等该工序所需工艺信息的模型视图。视图数量取决于工序模型所展示的工艺信息的复杂程度。

工步视图是指：在某道工序模型中，用来表达该道加工工序中对应某加工区域的加工操作所需的诸如加工余量和加工方法等工艺信息的模型视图，视图数量取决于该工序下包含的工步数量。

具体步骤如下：

(1)从产品生命周期管理软件系统中读入产品工艺规程结构树，以工艺规程结构树构建产品工序组织结构树。将相关工艺信息保存于工序组织结构树中的对应工序节点中，并保持同步映射至相应的工艺规程树对应节点；

(2)从产品生命周期管理软件系统中读入产品设计模型，将其作为产品工序模型的最终模型。根据工序组织结构树，自工序组织结构树中最后一道工序开始，构建产品各道三维工序模型，并关联至对应的工序组织结构树节点，直至毛坯模型；

(3)以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，构建对应的工序模型工序视图。工序模型工序视图中，依据相关工艺信息，生成该道工序的加工相关信息。同时采用标注和注释技术实现对该道工序所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达该道工序的工艺注解；

(4)以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，结合工序视图，构建对应的工序模型工步视图。工序模型工步视图中，依据相关工艺信息，生成该道工步的加工相关信息。同时采用标注和注释技术实现对该道工步所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达该道工步的工艺注解；

(5)在步骤(1)、(2)、(3)和(4)中，三维工艺设计软件中的工艺信息，生成的工序视图与工步视图中的工艺信息，采用属性映射方式，保存在对应的工序组织结构树下的对应节点中，同产品生命周期管理软件系统中的对应节点保持同步映射关系；

(6)在步骤(3)和(4)中，生成的工序视图与工步视图中，为清晰表达某些较复杂的工艺信息，在进行工艺注解时，可选择性地采用符号化注释方法，并同步保存至对应的工序组织结构树下的对应节点中；

(7)在步骤(3)和(4)中，生成的工序视图与工步视图中，为清晰表达某些较复杂的加工信息，可采用多个视图多角度的方式，可视化表达某个加工过程需要的各类信息；

(8)将上述步骤(2)、(3)、(4)中产生的工序模型及包含在工序视图和工步视图中的各类工艺信息，传递给CAM系统，生成加工刀轨，实现产品工艺设计与加工制造的无缝集成。

具体包括以下几个步骤：

步骤一、构建产品工序组织结构树。

根据产品设计模型，在Teamcenter中建立产品工艺规程结构树，进行产品三维工艺的初步设计；将工艺规程结构树作为输入，完整地映射到NX中，转换成产品工序组织结构树，在工艺设计三维系统中，将工艺规程结构树的结构同步映射至用于三维工艺设计的工序组织结构树。工艺设计三维系统中的工序组织结构树的节点，对应于产品生命周期管理软件系统中的工艺规程结构树的节点，其实现方式通过步骤五完成。同步映射的方法，可使用程序映射或借助于外部存储文件传递等各种方式。

工艺规程结构树和工序组织结构树间工艺信息传递示意参见图2，产品工艺规程结构树由工艺规程根节点及各道工艺规程子节点组成，产品工序组织结构树由工序组织根节点及各道工序树节点组成；产品MBD设计模型及其承载的设计信息以数据集的方式存储于PLM系统中的工艺规程结构树根节点中，以数据集信息为依据，在PLM系统中自顶向下搭建产品工艺规程结构树，每道工艺规程树节点上存储工序模型属性信息；将完整的工艺规程结构树映射到CAPP中，形成工序模型组织结构树，工序模型组织结构树中最后一道树节点继承工艺规程结构树根节点中数据集信息，以最后一道工序树节点为起始端，依次向上，在各道树节点中完成工序模型的构建，上述工艺信息再以数据集的形式同步关联到与工序树节点对应的工艺规程节点下。

所述数据集是指：在Teamcenter中，用于存储各类工艺信息的文件对象，例如，产品设计模型及各道工序模型文件、用于存放工艺数据的.txt文件、用于保存工艺资源清单的.xls 文件以及保存产品工艺指导书的.pdf文件等。

所述工序模型属性信息是指：对应某道工序中，全部加工区域所包含的加工要求和加工余量等属于同一工序模型下的工艺信息。

步骤二、构建产品三维工序模型。

以工序组织结构树为排序依据，在NX中构建工序组织结构树中各道工序下存放的产品三维工序模型，即根据加工工序内容，自工序组织结构树中最后一道工序开始，构建产品各道三维工序模型，并关联至对应的工序组织结构树节点，直至产品毛坯模型。

所述自工序组织结构树中最后一道工序开始，构建产品各道三维工序模型，并关联至对应的工序组织结构树节点是指：以产品MBD设计模型作为最后一道工序的工序模型，根据开发系统的加工区域识别和提取模块对产品MBD设计模型进行加工区域的识别和提取，并结合本道工序的工序模型属性信息中的加工要求和加工余量等内容，更新本道工序的工序模型，得到上道工序的工序模型，并立即将其关联至对应的工序组织结构树节点；接着以新生成的工序模型为输入，继续应用加工区域识别和提取模块对本道工序的三维模型进行加工区域识别和提取，结合本道工序的工序模型属性信息生成后道工序的工序模型，同样将其将关联至对应的工序组织结构树节点；循环上述过程，直至获得产品毛坯模型。构建各道三维工序模型可采用逆序、正序或正逆序结合等方法，创建工序组织结构树中各道工序模型后，可采用链表、数组乃至字符串对应等方法实现工序模型和工序组织结构树节点间的关联性，此过程实现方式通过步骤五完成。

步骤三、工序视图表达工序信息。

自底向上，以步骤二中构建的产品三维工序模型为输入，在当前工序模型的视图环境下新建工序视图，视图数量取决于工序模型所展示的工艺信息的复杂程度。工序模型工序视图中，依据相关工艺信息，生成该道工序的加工相关信息。若工序组织结构树节点中该工序类型为数控、普通机加和检验工序等需要生成工序模型视图的类型，则定制生成该道工序模型工序视图。该工序视图名称采用特定的编码方式命名，以方便快速查找及生成工艺指导书等后续使用。由于工序加工相关信息较多，易相互叠加，不方便查看，采用标注和注释技术实现对该道工序所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达该道工序的工艺注解；若该道工序类型为其它无需生成工序模型视图的类型，则该视图采用模型的轴测视图或默认视图。

工序视图表达工序信息流程见图3，自工序组织结构树底层工序树节点开始依次向上，若工序树节点上工序类型为数控、普通机加和检验等工序，则以此类工序为输入，在工序模型视图环境中构建工序视图，为方便工艺设计人员查看工序视图中存放的工序模型，设置了工序模型显示视角，视角类型主要包括主视图、侧视图、俯视图、轴测图和自定义；先创建数量合理的工序模型导引视图，用来定向查看后续创建的三维工序尺寸和加工要求，再根据工序视图所要表达的工序模型包含的工艺信息，应用标注技术完成工序尺寸的标注，采用注释方法描述本道工序的加工要求，通过工序组织结构树节点即可访问到这类工艺信息，此信息亦可通过工艺规程树节点访问，最终存储于PLM系统中，其实现方式通过步骤五完成；工序视图可多次添加，直至工序信息表达完整为止。

在工序视图中，通过使用自然语义对很难用抽象符号来描述的加工内容进行工艺注解后，对视图中易于用抽象符号来表达的加工内容则采用符号化的注释方法来对其进行注解，具体实现方式通过步骤六完成。为能清晰表达复杂的工艺信息，在工序视图中，设置了多视图多视角显示表达功能，具体实现方式通过步骤七完成。

所述工序类型是指：机加工序在实际工况下，按加工方式可分为：数控工序、非数控工序、检验工序、热处理工序以及领料工序。其中前三类工序类型需要构建工序视图来可视化表达相关工序尺寸与制造要求，后两类工序类型只需构建工步视图来可视化表达加工区域位置以及对应该区域的相关加工操作内容。

所述工序视图的名称规则如下(其中XX为01-99的顺序码)，详见图4中a(导引视图) 和b(工序视图)：

“GX”+“_”+“0XX”：表示存放包含视图显示方向示意的工序模型导引视图；

“GX”+“_”+“1XX”：表示在视图显示方向上标注了工序尺寸和加工要求的工序模型视图。

步骤四、工步视图表达工步信息。

以经过步骤三操作后的产品三维MBD模型为输入，在当前工序的工序模型视图环境下新建工步视图，视图数量取决于该工序下包含的工步数量。以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，结合工序视图，利用三维工艺设计系统的视图功能，实现工序模型工步视图。工序模型工步视图中，依据相关工艺信息，生成该道工步的加工相关信息。若工序组织结构树节点中工序操作需分为多工步操作，则生成该道工序模型工序视图下的工步视图。工步视图中包含该道工步加工所需的工步相关信息，该工步视图名称采用特定的编码方式命名，以方便快速查找及生成工艺指导书等后续使用。由于工步加工相关信息较多，易相互叠加，不方便查看，采用标注和注释技术实现对各道工步所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达所有工步的工艺注解；若节点中工序操作可由工序视图完全表达，则无需生成工步视图。

工步视图表达工步信息流程见图5，自底向上，以工序组织结构树中所选工序树节点上保存的工序模型为输入；筛选本道工序中所要加工的加工区域，用特定颜色标记加工区域，并记录待加工区域序号；根据标定的加工区域，按照区域序列，依次构建工步视图，每道工步视图中，采用标注与注释技术实现加工区域上对应加工操作所需工艺信息的表达，注释形式可分为简化符号注释和自然语义注释，此类可视化工艺信息同步存储于工步视图属性中，便于后续CAM读取，通过工序组织结构树节点即可访问到这类工艺信息，此信息亦可通过工艺规程树节点访问，最终存储于PLM系统中，其实现方式通过步骤五完成。。

在工步视图中，通过使用自然语义对很难用抽象符号来描述的加工内容进行工艺注解后，对视图中易于用抽象符号来表达的加工内容则采用符号化的注释方法来对其进行注解，具体实现方式通过步骤六完成。为能清晰表达复杂的工艺信息，在工步视图中，可选择性地将与该道工步关联的工序视图中包含的标注和注释信息显示在该道工步视图中，实现操作见图6，具体实现方式通过步骤七完成。

所述工步视图的名称规则如下(其中XX为01-99的顺序码)，详见图4中c.1(工步视图)。

“GX”+“_”+“GB”+“_”“0XX”：表示各道工序下注释了对应加工区域的加工操作所需工艺信息的工序模型视图。

所述简化符号是指：以符号化的图形语言，描述对应加工区域的加工操作所需工艺信息的自然语义，若所要表达的工艺信息不便于图形化处理，仍可用自然语义注释之。

所述对应加工区域的加工操作所需工艺信息包括：加工特征名、加工方法、加工余量、最大切深、加工内容注解、转速和进给等内容，注释完成后，此类工艺信息会同步存储到对应工步视图的属性中，便于下游CAM在使用这些信息时能够方便读取，此类工艺信息的实例表达效果见图4中c.2(工步视图中工艺信息存储方式)。

步骤五、工艺信息集成管理

为实现步骤一和二中，将三维工艺设计软件中的工艺信息，同产品生命周期管理软件系统中的对应节点保持同步映射关系，其实现形式为：当构建工艺组织结构树时，由三维工艺设计软件和产品生命周期管理软件系统之间存在的集成接口，将工艺规程结构树的结构同步映射至用于三维工艺设计的工序组织结构树；当创建工序组织结构树中各道工序模型后，采用链表、数组乃至字符串对应等方法实现工序模型和工序组织结构树节点间的关联性，使用程序映射或借助于外部存储文件传递等各种方式，工序组织结构树与工艺规程结构树可实现全映射关系。为实现步骤三和四中对工艺信息进行统一管理，其实现形式为：工序视图和工步视图产生的相关工序和工步信息，皆会以对象属性的方式存储到对应属性中，并关联至工序组织结构树中对应节点，最终映射至产品生命周期管理软件系统。实现所有工艺信息的全部基于模型定义。

步骤六、工艺信息规范化注解

为实现步骤三和四中，对工序视图和工步视图中工艺信息的规范化注解，其过程是：为能清晰表达复杂的工艺信息，减少工艺编制和使用人员对工艺内容理解的出入及耦合性，提高交流效率，在工序视图和工步视图中，对其中易于用抽象符号来表达的工艺信息采用符号化的注释方法进行注解，如各类标准的工艺信息，如加工操作余量、尺寸参数、公差、行业应用符号等；一些不宜符号化的信息采用自然语义的方式标注在视图中。表达的工艺信息可实际保寸于工序组织结构树节点中。符号化方法可采用，转义字符、图标、动态图、矢量图、定制图像等各类形式。

步骤七、工艺信息多视图表达

为实现步骤三和四中，所述利用三维工艺设计系统的视图功能，实现工序模型工序视图和工步视图，其过程中：为能清晰表达复杂的工艺信息，减少工艺编制和使用人员对工艺内容理解的出入及耦合性，提高交流效率，在工序视图和工步视图中，可设置多视图多视角显示表达。多视角用于调整显示方位，以便直观清晰地显示加工操作对应的加工区域。多视图包含导引视图、定向视图、剖切视图等，导引视图，用于总览该视图下包含的总体加工工艺信息和视角方位信息；定向视图，用于浏览加工操作涉及到的加工面或依赖面的相关信息；剖切视图，用于浏览加工操作涉及到的详细信息。此类视图可多次添加，直至可完整表达加工所需的各类信息。在工步视图中，可选择性地将与该道工步关联的工序视图中包含的标注和注释信息显示在该道工步视图中。

步骤八、基于视图工序模型集成CAM。

通过步骤三、四，先将产品三维工序模型升级为三维MBD工序模型，之后在NX软件中，参见图7，遵循以下步骤实现工艺设计与加工制造的集成：(1)根据工序组织结构树，读取工序组织结构树中顶层树节点中存储的工序模型作为产品毛坯模型；(2)接着读取该树节点下道紧邻树节点中存储的工序模型作为第一道工序的工序模型；(3)根据第一道工序的工序模型，正序读取存储于其工步视图中对应加工区域的加工操作所需工艺信息；(4)根据以上三步输入的工序毛坯模型、工序模型和加工操作所需工艺信息，在NX的加工模块中，顺次生成第一道工序中对应加工区域的加工刀轨，完成第一道工序的加工。(5)加工第二道工序时，将第一道工序中的工序模型作为本道工序中的毛坯模型，读取对应于第一道工序中工序模型所在工序组织结构树上的下道紧邻树节点中存储的工序模型作为第二道工序的工序模型，重复步骤(3)读取第二道工序中对应加工区域的加工操作所需工艺信息，再执行步骤(4)，完成第二道工序的加工，其余工序的加工操作重复上述步骤即可，直至最后一道工序加工完成。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (9)

1.一种基于视图的三维MBD工序模型组织及表达方法，其特征在于，具有以下步骤：

步骤一：从产品生命周期管理软件系统中读入产品工艺规程结构树，以工艺规程结构树构建产品工序组织结构树，将工艺信息保存于工序组织结构树中的对应工序节点中，并保持同步映射至相应的工艺规程树对应节点；

步骤二：从产品生命周期管理软件系统中读入产品设计模型，将其作为产品工序模型的最终模型，根据工序组织结构树，自工序组织结构树中最后一道工序开始，构建产品各道三维工序模型，并关联至对应的工序组织结构树节点，直至毛坯模型；

步骤三：以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，构建对应的工序模型工序视图，工序模型工序视图中，依据相关工艺信息，生成该道工序的加工相关信息，同时采用标注和注释技术实现对该道工序所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达该道工序的工艺注解；

步骤四：以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，结合工序视图，构建对应的工序模型工步视图，工序模型工步视图中，依据相关工艺信息，生成该道工步的加工相关信息，同时采用标注和注释技术实现对该道工步所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达该道工步的工艺注解；

步骤五：在步骤一、步骤二、步骤三和步骤四中，三维工艺设计软件中的工艺信息，生成的工序视图与工步视图中的工艺信息，采用属性映射方式，保存在对应的工序组织结构树下的对应节点中，同产品生命周期管理软件系统中的对应节点保持同步映射关系；

步骤六：在步骤三和步骤四中，生成的工序视图与工步视图中，在进行工艺注解时，选择性地采用符号化注释方法，清晰表达复杂的工艺信息，并同步保存至对应的工序组织结构树下的对应节点中；

步骤七：在步骤三和步骤四中，生成的工序视图与工步视图中，采用多个视图多角度的方式，清晰表达较复杂的加工信息，可视化表达某个加工过程需要的各类信息；

步骤八：将上述步骤二、步骤三和步骤四中产生的工序模型及包含在工序视图和工步视图中的各类工艺信息，传递给CAM系统，生成加工刀轨，完成产品工艺设计与加工制造的无缝集成。

2.根据权利要求1所述的一种基于视图的三维MBD工序模型组织及表达方法，其特征在于：步骤一中，所述从产品生命周期管理软件系统中读入产品工艺规程结构树，以工艺规程结构树构建产品工序组织结构树，其构建过程为：将产品生命周期管理软件系统中的工艺信息以产品工艺规程结构树的形式保存在产品生命周期管理软件系统中，并以此工艺规程结构树构建工艺信息的承载结构，各树节点上保存对应三维MBD工序模型所需的工艺信息，在工艺设计三维系统中，将工艺规程结构树的结构同步映射至用于三维工艺设计的工序组织结构树，工艺设计三维系统中的工序组织结构树的节点，对应于产品生命周期管理软件系统中的工艺规程结构树的节点，同步映射的方法，可使用程序映射或借助于外部存储文件传递方式。

3.根据权利要求1所述的一种基于视图的三维MBD工序模型组织及表达方法，其特征在于：步骤二中，所述从产品生命周期管理软件系统中读入产品设计模型，将其作为产品工序模型的最终模型，根据工序组织结构树，自工序组织结构树中最后一道工序开始，构建产品各道三维工序模型，并关联至对应的工序组织结构树节点，直至毛坯模型，其构建过程为：从产品生命周期管理软件系统中读入产品设计模型，将产品MBD设计模型及其承载的设计信息以数据集的形式保存于产品生命周期管理软件系统中，并关联至对应的工艺规程结构树的根节点，将其作为产品工序模型的最终模型，根据工序组织结构树及该工序模型，结合加工区域识别和提取结果，及本道工序的工艺信息，得到本道工序前一道工序的工序模型，并立即将其关联至对应的工序组织结构树节点，接着以此为输入，循环得到所有工序的工序模型，直至产品毛坯模型，构建各道三维工序模型可采用逆序、正序或正逆序结合等方法，工序模型和工序组织结构树节点的关联实现可采用链表、数组乃至字符串对应等方法。

4.根据权利要求1所述的一种基于视图的三维MBD工序模型组织及表达方法，其特征在于：步骤三中，以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，构建对应的工序模型工序视图，其构建过程为：以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，利用三维工艺设计系统的视图功能，实现工序模型工序视图，工序模型工序视图中，依据相关工艺信息，生成该道工序的加工相关信息，若工序组织结构树节点中该工序类型为数控、普通机加和检验工序等需要生成工序模型视图的类型，则定制生成该道工序模型工序视图，工序视图中包含该道工序加工所需的所有相关信息，该工序视图名称采用特定的编码方式命名，以方便快速查找及生成工艺指导书等后续使用，由于工序加工相关信息较多，易相互叠加，不方便查看，采用标注和注释技术实现对该道工序所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达该道工序的工艺注解；若该道工序类型为其它无需生成工序模型视图的类型，则该视图采用模型的轴测视图或默认视图。

5.根据权利要求1所述的一种基于视图的三维MBD工序模型组织及表达方法，其特征在于：步骤四中，所述以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，结合工序视图，构建对应的工序模型工步视图，其构建过程为：以每道工序中的三维工序模型及相关工艺信息为输入，结合工序视图，利用三维工艺设计系统的视图功能，实现工序模型工步视图，工序模型工步视图中，依据相关工艺信息，生成该道工步的加工相关信息，若工序组织结构树节点中工序操作需分为多工步操作，则生成该道工序模型工序视图下的工步视图，工步视图中包含该道工步加工所需的工步相关信息，该工步视图名称采用特定的编码方式命名，以方便快速查找及生成工艺指导书等后续使用。由于工步加工相关信息较多，易相互叠加，不方便查看，采用标注和注释技术实现对各道工步所需各类信息的可视化表达，以完整清晰表达所有工步的工艺注解，若节点中工序操作可由工序视图完全表达，则无需生成工步视图。

6.根据权利要求1所述的一种基于视图的三维MBD工序模型组织及表达方法，其特征在于：在步骤五中，为实现步骤一和步骤二中，所述三维工艺设计软件中的工艺信息，同产品生命周期管理软件系统中的对应节点保持同步映射关系，其实现形式为：当构建工艺组织结构树时，由三维工艺设计软件和产品生命周期管理软件系统之间存在的集成接口，将工艺规程结构树的结构同步映射至用于三维工艺设计的工序组织结构树，当创建工序组织结构树中各道工序模型后，采用链表、数组乃至字符串对应等方法实现工序模型和工序组织结构树节点间的关联性，使用程序映射或借助于外部存储文件传递等各种方式，工序组织结构树与工艺规程结构树可实现全映射关系，在步骤三和步骤四中，所述工序视图和工步视图产生的相关工序和工步信息，皆会以对象属性的方式存储到对应属性中，并关联至工序组织结构树中对应节点，最终映射至产品生命周期管理软件系统，实现所有工艺信息的全部基于模型定义。

7.根据权利要求1所述的一种基于视图的三维MBD工序模型组织及表达方法，其特征在于：在步骤六中，为实现步骤三和步骤四中，所述利用三维工艺设计系统的视图功能，实现工序模型工序视图和工步视图，其过程中：为能清晰表达复杂的工艺信息，减少工艺编制和使用人员对工艺内容理解的出入及耦合性，提高交流效率，在工序视图和工步视图中，对其中易于用抽象符号来表达的工艺信息采用符号化的注释方法进行注解，如各类标准的工艺信息，如加工操作余量、尺寸参数、公差、行业应用符号等，一些不宜符号化的信息采用自然语义的方式标注在视图中，表达的工艺信息可实时保存于工序组织结构树节点中，符号化方法可采用，转义字符、图标、动态图、矢量图、定制图像等各类形式。

8.根据权利要求1所述的一种基于视图的三维MBD工序模型组织及表达方法，其特征在于：在步骤七中，为实现步骤三和步骤四中，所述利用三维工艺设计系统的视图功能，实现工序模型工序视图和工步视图，其过程中：为能清晰表达复杂的工艺信息，减少工艺编制和使用人员对工艺内容理解的出入及耦合性，提高交流效率，在工序视图和工步视图中，可设置多视图多视角显示表达，多视角用于调整显示方位，以便直观清晰地显示加工操作对应的加工区域，多视图包含导引视图、定向视图、剖切视图等，导引视图，用于总览该视图下包含的总体加工工艺信息和视角方位信息，定向视图，用于浏览加工操作涉及到的加工面或依赖面的相关信息，剖切视图，用于浏览加工操作涉及到的详细信息，此类视图可多次添加，直至可完整表达加工所需的各类信息，在工步视图中，可选择性地将与该道工步关联的工序视图中包含的标注和注释信息显示在该道工步视图中。

9.根据权利要求1所述的一种基于视图的三维MBD工序模型组织及表达方法，其特征在于：在步骤八中，所述工序模型及包含在工序视图和工步视图中的各类工艺信息，传递给CAM系统，生成加工刀轨，实现产品工艺设计与加工制造的无缝集成，其实现过程：根据工序组织结构树，读取其中节点中存储的产品毛坯模型，接着读取该树节点下道紧邻树节点中存储的工序模型作为第一道工序的工序模型，根据第一道工序的工序模型，读取其中对应加工区域的加工操作所需工艺信息，根据该道加工的产品毛坯模型、工序模型和加工操作所需工艺信息，在CAM加工软件中，生成第一道工序中对应加工区域的加工刀轨，完成加工刀轨的生成，重复以上过程，依次读取第二道加工操作的毛坯模型、工序模型和工艺信息，生成第二道加工操作的加工刀轨，直至，完成所有加工操作的加工刀轨生成，完成第二道工序的加工，其余工序的加工操作重复上述步骤即可，直至最后一道工序加工完成，各道加工操作生成的刀轨关联至对应的工序组织结构树的节点，可同步至产品生命周期管理软件系统中。