三維數字化設計制造技術的關鍵問題探討

王忠生,盛 楠

（1.合肥工業大學 機械工程學院，安徽 合肥 230000；2.淮北職業技術學院，安徽 淮北 235000；3.淮北師范大學 美術學院，安徽 淮北 235000）

三維數字化設計制造技術的關鍵問題探討

王忠生1,2,盛 楠3

（1.合肥工業大學 機械工程學院，安徽 合肥 230000；2.淮北職業技術學院，安徽 淮北 235000；3.淮北師范大學 美術學院，安徽 淮北 235000）

伴隨社會發展的腳步，科學技術也在快速的發展和進步.現今社會，計算機、網絡特別發達，信息化、數字化發展飛速，因而在制造企業中，三維數字化設計制造技術成為企業發展和提高競爭力的核心部分.產品制造企業發展需要積極的提升研發和制造水平，而想要實現這一目標，必須建立三維數字化設計制造技術之上，以此做為依托，突破研制過程中的技術難題，才能真正的實現創新發展.本文就對我國三維數字化設計制造技術的關鍵問題展開探討，并提供些許建議以供參考.

三維數字化設計；制造技術；關鍵問題；探討

三維數字化設計制造技術的興起，摒棄了傳統根據經驗進行設計的方式，通過先進的技術，對產品的研發制造過程中的各個環節進行優化和完善，轉變產品制造技術，設計模式采用科學的建模及仿真技術，是產品制造技術上了一個新臺階.

1 產品制造運用三維數字化設計制造技術分析

眾所周知，軍工產品制作相當繁雜，難度極高，使得軍工產品的研制效率低下，同時研制質量也無法確保.這些問題已成為軍工企業運作中最大的難點.長久以來，我國產品的設計方法與手段都比較落后，發展也較為緩慢，在進行產品設計時大都采取實物驗證的方法，在工藝設計時大都采取試切試裝模式，這樣方式使得設計時間延長，所需成本直線上升.我國軍工企業在最近幾年陷入了困境，因產品對技術和結構的要求、標準更加嚴格和精細，艱巨的研制任務，對研制時間的要求卻一再縮短.面對這些挑戰，以往設計制造主要以二維工程圖為主的模式，已無法滿足當下的發展現狀.該模式往往在產品研制過程中，不能真實的反應出設計環節與工藝等各方面存在的問題，使得產品研制環節中的問題不能被及時的發現而拖延到產品生產環節中，使得生產出的產品出現不合格、制作有漏洞等許多問題，必須要更改或重新設計，這將延誤產品的工期，企業因此而費財費力，造成的損失不可估量.但三維數字化設計制造技術的應用，因為其先進的技術，通過仿真模型就可以進行驗證，而不需要實物驗證，設計工藝時不再需要進行試切試裝，極大的規避了產品在研制與生產環節中，產品設計與工藝等出現漏洞等問題的發生.

其次，隨著網絡計算機軟件系統的發展，在計算機上就可以直接進行仿真驗證.如，產品設計中需要分析的結構、電磁、冷熱、能力等，以及工藝制作中從鑄造一直到裝配等一系列的仿真工藝.因計算機裝載有領先、強大的軟件工具做支撐，通過仿真驗證等系統工具，可以推動產品設計效率與設計質量不斷的提高.但這中間有一個難題，就是以往的二維設計圖紙的真正意圖唯有專業的工程人員才能看明白，但計算機卻不能完全看明白.而三維數模工程人員與計算機都可以看懂.所以，在數字化和信息化異常發達的今天，三維數字化設計制造技術是最先進的科學技術，如數字化建模、仿真及驗證等技術，而將其運用到產品研發制造過程中，將不斷的提高產品研制能力.三維數字化設計制造技術還具備特別的優勢，如，產品在設計即制造過程中，將三維模型當做核心進行運作，可以為工藝人員提供更清晰、直接的設計圖，讓工藝人員更了解設計的意圖，從而把設計模型轉變成制造過程的工藝模型進行運用.而在工藝制作環節中，利用仿真工具對工藝進行驗證，從而不斷優化工藝參數，將產品研制效率和質量不斷提高的目標實現.

2 三維數字化設計制造中的關鍵問題分析

目前，制造行業將三維數字化設計制造技術定義為制造行業發展史上的一次重大變革.三維數字化設計制造技術是一種數字化和三維的一種全新模式，實踐效果要遠超過二維模擬技術.該技術直接省略龐大的二維與三維之間的交替互換，將傳統設計制造中許多必須用實物來進行判斷、評估及確認的工作，予以摒棄.同時，該技術將根據產品，自動生成一套精準的設置，從而對產品設計制造的各個環節展開定義、模擬和優化，正是有了這種精確、有效的輔助決策，才會在設計環節中及時的發現產品存在問題，從而很好的規避制造設計環節出現失誤，在以保證研制質量為前提的基礎上，極大的降低研制時間.三維模型的設計圖分成清晰，工藝人員非常容易掌握，對設計的意圖也非常明確，將這種設計模型設計成制造工藝模型投入使用，將推動產品結構與工藝設計水平不斷提高.

2.1 基于三維數模的產品定義

產品設計模式中所由的產品定義信息都是建立在以三維模型做核心組織的基礎上展現出來的，而這些信息涵蓋了產品尺寸和公差，還有技術和制造工藝等各方面的要求等，這種設計模式就是人們口中所說的MBD技術.三維模型是在PDM系統的統一管理模式下，來進行信息發布及傳送.通常，工藝員在獲得三維模型后，按照設計的要求，采用工藝設計、NC編程、加工仿真及虛擬裝配等軟件，展開工藝設計與仿真剖析等工作.三維模型都是借助模型轉換技術將相應的信息直觀的傳送到其他應用系統中，該模型一般不進行修改就可以直接使用.但是在實踐中，三維模型的使用情況并不樂觀，其他專業在使用三維模型時，一般都不可以直接使用，需要進行某些修改才能在其他專業上使用.而修正工作較大的，無疑于模型重建工作量不相上下.所以，要解決這一難題，應當使制定環節趨于標準化和規范化，做好預先工作以確保三維模型的質量.

2.2 基于三維模型的工程分析優化

產品的三維模型在進行并行定義過程中，對數字化產品開發工具軟件產品結構、電磁、冷熱等，都可以展開全面系統的分析，從而提高設計的分析效率與質量，推動產品研制能力不斷優化和提高.三維數字化設計技術想要進一步發展，應借助數字化產品開發工具的支持和幫助.不管是建立單一的數字化輔助工具或多個工具的組合，還是打造工程中專業的數字化開發軟件和系統，及創建貫徹產品開發各個環節的數字化產品的開發體系，建成一體化的數字化產品開發系統，要實現這一切都需要建模與仿真工具的支持，只有在數字化工具的優化分析之下，才能進一步完善產品的三維模型.

2.3 基于MBD的數字化工藝設計

基于MBD的數字化工藝設計通常指的是工藝設計者按照相關部門提供的信息，如BOM、三維模型、技術等各方面的要求展開三維工藝設計，設計完成后再借助三維仿真技術進行檢驗和考證工作，檢驗結果為合格，方能進行下面的三維工藝規程編制工作，編制成功后交由操作及檢驗人員應用.三維數字化工藝設計方法運用過程中，通常是將產品設計工作與三維工藝設計、分析工作同步進行，這樣做的目的是為了在設計過程中，如果出現漏洞和瑕疵可以及時的發現并迅速做出更正，這樣可以將研制時間縮短，同時又確保了產品研制的質量.

2.4 基于仿真的三維工藝驗證與優化

以往產品的工藝設計方法較為落后，工藝人員的創新不能得到充分發揮.直到最近幾年，工藝師以三維裝配工藝為主的驗證及優化技術才得到快速的發展.將這一技術使用在產品設計環節中，不但能及時的察覺設計中出現的一些干預裝配，同時對零部件的安裝順序、路徑及使用工具展開檢驗，還可以分析裝配是否正確，研究并預測安裝時的順序變化及元件制造形成的誤差對裝配方案是否有影響.同時還可以在安裝產品實物之前，按照其物理特征，將裝配中的精準信息設計成仿真模型，對產品的制作工藝和工裝等設計進行檢驗，以便實時發現其中的缺陷和漏洞，真正達到降低更改設計及工藝的目的，進一步確保產品的裝配質量.

2.5 三維工藝信息在車間的集成應用

三維數字化設計制造技術的發展和MBD制造模式的大力使用，淘汰了原先的二維工程圖紙和紙質工藝的指示，全部改為應用三維產品模型及工藝數據和工裝模型.目前，在產品生產環節中，工作人員在進行現場指導時，將三維產品模型定義為最重要的技術依據.在車間組合應用三維工藝信息的過程中，應當予以處理好兩點技術難題，其一，制造的三維模型盡可能的更輕盈，減少資源損耗，其二，三維工藝的發布與集成應用，對車間的操作人員提出了更高的要求.三維數字化是最先進的計算機技術，因此在車間應用進行瀏覽時，操作員不僅能夠對產品制造的工藝數據、圖紙解說與產品制造的全部過程操作熟練、快速瀏覽，并對產品三維模型也可以進行嫻熟的查閱.

2.6 基于MBD的數字化檢測技術

想要確保產品的質量，需要有精確、高效的檢測技術做依托.以往使用的手工檢測，在規劃設計時因受到檢驗設計人員與檢測人員身體素質、技術水平、工作狀態等條件因素的影響，導致使用的檢驗規劃沒有一定的規范性和統一化，在檢測中經常發生漏檢、錯檢，往往需要一再的反復檢測也不能完全確保產品的質量.但借助自動檢測系統，再加上合理、有效的措施和手段，使這種難題得以圓滿解決.自動檢測系統通過三維CAD模型獲得檢測信息后，會自動生成最優的檢測規劃，同時獲得控制代碼，最后使用尺寸測量裝置對模型進行測量.不僅如此，自動檢測系統測量完成后，將測量數據直接提供到三維CAD系統，再由該系統進行甄斷實踐中所使用的零件是否與設計要求相符，從而掌控下面的加工工作.所以，在三維數字化設計制造技術中，數字化檢測技術同樣重要.

3 結語

就目前而言，三維數字化設計制造技術是一種領先的科學技術，在整個制造行業占據相當重要的位置，應用于各種產品的研發及制作中，是不可替代、缺少的技術手段.三維數字化設計制造技術的普及應用，推動了制造行業的發展進步，通過創新研制方式和制造環節，不但使產品的制造技術得到提升，更保障了產品的質量、提高了制造效率、減少了制作材料的損耗，為制造企業的發展保駕護航.

〔1〕周秋忠,郭具濤,徐萬洪.基于MBD的三維工藝設計系統開發與實現 [J].組合機床與自動化加工技術,2016(12): 107-109+112.

〔2〕周國奎,張帆,張慎滿,曾祥忠.靖江王陵三維數字化系統設計與關鍵技術研究[J].測繪通報,2015(08):105-109.

TD353

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1673-260X（2017）04-0036-02

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2016年度安徽省科技重大專項項目（16030901029）；《高等職業教育創新發展行動計劃（2015-2018年）》任務和項目承接（RW-38，XM-06）