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1704015411 ·模型几何细节层级
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1704015413 GBT 24734—2009标准中除了几何建模特征规范和模型几何细节层级两部分内容外,其余与ISO 16792标准的内容一致。GBT 24734—2009标准的几何建模特征规范部分给出了三维CAD应用中几何建模特征的术语、定义、分类等方面的规范化要求。它将几何建模特征分为基本建模特征、附加建模特征和编辑特征等几类,如图3-3所示。
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1704015418 图3-3 几何建模特征
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1704015420 GBT 24734—2009标准的模型几何细节层级部分规定了产品数字化定义过程中三维模型的标准级表示、简化级表示和扩展级表示,以及螺纹、孔、埋头孔、倒角、沟槽、齿轮、轴承和螺纹弹簧等的各级表示要求,如图3-4所示。
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1704015425 图3-4 标准级表示、简化级表示和扩展级表示的齿轮
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1704015427 ·标准级表示。在标准级表示中,对识别功能目的所需的几何形状和设计细节进行建模或显示。除非有特别说明,小于最大长度0.5%以及表达功能目的所不需要的元素可不建模或不显示。
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1704015429 ·简化级表示。在简化级表示中,只有零部件的各部分、零部件或装配体的基本形状需要建模或显示。倒角、沟槽、刻痕等元素以及内部细节不需要建模或显示。
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1704015431 ·扩展级表示。在扩展级表示中,所有的零部件、总成或模型特征的建模或显示都应能表现其完整的细节。在满足功能需要的前提下,建模或显示的精度可以低于零部件或模型特征的实际形式。除非有特别说明,小于最大长度0.1%的元素可不建模或不显示。有限体积的内部细节只有在必要时方予显示。
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1704015433 3.2.2 从MBD到MBE
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1704015435 当前,国内外大型装备制造企业的数字化技术发展迅速,三维数字化设计技术得到了广泛的应用,基于模型定义(MBD)的数字化设计与制造技术已经成为制造业信息化的发展趋势。MBD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,包括所有的几何参数。同时,产品的三维模型还囊括所有相关的工艺描述信息、属性信息、管理信息等,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一参照对象,改变了传统以二维工程图纸为主,以三维实体模型为辅的制造方法。
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1704015437 目前,国外MBD技术的应用已经比较成熟,如波音公司在以波音787为代表的新型客机研制过程中,全面采用了MBD技术,将三维产品的三维设计信息、制造工艺信息以及管理信息共同定义到产品的三维模型中,不再使用二维图样,而将MBD模型作为制造的唯一依据,开创了飞机数字化设计制造的崭新模式。近年来,国内大型装备制造企业已认识到MBD技术的优势,并逐步开始应用MBD技术进行产品设计,并将MBD模型作为制造的唯一依据,但仅仅使用MBD还无法完全实现最初提出的提高大型复杂系统的设计质量,减少制造交货时间,以及减少工程变更,减少产品缺陷,提高首次质量等目标。为了更好地使MBD数据在产品的整个生命周期内能够有效充分地进行利用,很多大型装备提供商、供应商通过不同的型号项目开始研究、验证和应用MBE方法,就是要基于MBD在整个企业和供应链范围内建立一个集成和协同化的环境,各业务环节充分利用已有的MBD单一数据源开展工作,从而有效地缩短整个产品研制周期,改善生产现场的工作环境,提高产品质量和生产效率。MBE也得到了美国国防部、美国陆军研究实验室等代表客户方单位的大力支持,并在某些大型项目中提供相关的帮助,不仅对MBD/MBE进行了系统的阐述和研究,同时也通过国家项目进行资助和验证。
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1704015439 美国”下一代制造技术计划(The Next Generation Manufacturing Technologies Initiative,NGMTI)”是美国军方和重要制造企业合作发展制造技术的计划,旨在加速制造技术突破性发展,以加强国防工业的基础和改善美国制造企业在全球经济竞争中的地位。该计划于2005年提出,于2016年部分完成。NGMTI计划定义的美国下一代制造技术共有6个目标,其中第一个就是”基于模型的企业(Model-Based Enterprise,MBE)”,其发展历程如图3-5所示。
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1704015444 图3-5 MBE发展历程
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1704015446 NGMTI提出的“MBE”是一种制造实体,它采用建模与仿真技术对设计、制造、产品支持的所有技术和业务的流程进行彻底的改进、无缝的集成以及战略的管理;利用产品和过程模型来定义、执行、控制和管理企业的所有过程;并采用科学的模拟与分析工具,在产品生命周期的每一阶段做出最佳决策,从根本上减少产品创新、开发、制造和支持的时间与成本。
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1704015448 MBD已成为这种先进制造方法的具体体现,它的进展代表了数字化制造的未来。这个被美国国防部提出的词语和内涵慢慢地被很多商业公司所采纳。美国国防部、美国国家标准和技术研究所在2009年12月举行了“基于模型的企业”首脑会议和数据包(MBE/TDP)技术研讨会。这次研讨会汇集了超过75个专业课题方向的专家,针对美国国防部及其供应商如何有效处理技术数据提出了更改建议。未来的变化都需要支持美国国防部过渡到基于数字模型而不是二维图纸的全生命周期管理。在这次研讨会中又重申了MBE的核心内涵:MBD是核心;MBD数据创建一次并能被后续各业务环节直接使用;MBD模型作为配置的基础,并在此基础上对MBE的外延进行了扩展和说明,其中,基于模型的系统工程(Model Based Systems Engineering,MBSE)和基于模型的维护是未来MBE的应用与实践方向。
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1704015450 如图3-6所示,MBE的相关组成主要分为三大部分:基于模型的工程(Model-Based Engineering,MBe)、基于模型的数字化制造(Model Based Manufacturing,MBm)、基于模型的维护(Model Based Sustainment,MBs)。其中基于模型的工程是整个MBE实施的基础,特别是大家比较熟悉的MBD也是基于模型工程中的重要组成。
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1704015452 作为一种数字化制造的实体,MBE在统一的基于模型的系统工程指导下,通过创建贯穿企业产品整个生命周期的产品模型、流程管理模型、企业(或协作企业间的)产品管理标准规范与决策模型,并在此基础上开展与之相对应的MBe、MBm和MBs的实施部署。
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1704015454 MBe是MBE的重要指导思想。随着产品系统的规模和复杂程度的不断提高,基于文档的系统工程面临的困难越来越突出,如信息表示不准确,容易产生歧义、难以从海量文档中查找所需信息、无法与软件、机械、电子等其他工程领域的设计对接。而MBSE具有直观、无歧义、模块化、可重用等优点,它为基于模型的工程、基于模型的制造、基于模型的维护等MBE的关键活动提供了统一的协调接口,成为MBE研究和应用实践中的重要组成部分。
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1704015456 MBe、MBm和MBs作为单一数据源的数字化企业系统模型中的三个主要组成部分,涵盖了从产品设计、制造到服务的完整的产品全生命周期业务,以MBD主模型为核心在企业各业务环节顺畅流通和直接使用,从虚拟的工程设计到现实的制造工厂,再到产品的上市流通直至产品的回收,基于MBD的产品模型始终服务于产品生命周期的每个阶段。
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1704015458 MBE的能力在强调MBD模型数据、技术数据包、更改与配置管理、企业内外的制造数据交互、质量需求规划与检测数据、扩展企业的协同与数据交换6个方面的同时,更加强调扩展企业跨供应链的产品全生命周期的MBD业务模型、相关数据在企业内外顺畅流通和直接重用。
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