三维数字化设计制造技术的关键问题探讨

王忠生,盛 楠

（1.合肥工业大学 机械工程学院，安徽 合肥 230000；2.淮北职业技术学院，安徽 淮北 235000；3.淮北师范大学 美术学院，安徽 淮北 235000）

三维数字化设计制造技术的关键问题探讨

王忠生1,2,盛 楠3

（1.合肥工业大学 机械工程学院，安徽 合肥 230000；2.淮北职业技术学院，安徽 淮北 235000；3.淮北师范大学 美术学院，安徽 淮北 235000）

伴随社会发展的脚步，科学技术也在快速的发展和进步.现今社会，计算机、网络特别发达，信息化、数字化发展飞速，因而在制造企业中，三维数字化设计制造技术成为企业发展和提高竞争力的核心部分.产品制造企业发展需要积极的提升研发和制造水平，而想要实现这一目标，必须建立三维数字化设计制造技术之上，以此做为依托，突破研制过程中的技术难题，才能真正的实现创新发展.本文就对我国三维数字化设计制造技术的关键问题展开探讨，并提供些许建议以供参考.

三维数字化设计；制造技术；关键问题；探讨

三维数字化设计制造技术的兴起，摒弃了传统根据经验进行设计的方式，通过先进的技术，对产品的研发制造过程中的各个环节进行优化和完善，转变产品制造技术，设计模式采用科学的建模及仿真技术，是产品制造技术上了一个新台阶.

1 产品制造运用三维数字化设计制造技术分析

众所周知，军工产品制作相当繁杂，难度极高，使得军工产品的研制效率低下，同时研制质量也无法确保.这些问题已成为军工企业运作中最大的难点.长久以来，我国产品的设计方法与手段都比较落后，发展也较为缓慢，在进行产品设计时大都采取实物验证的方法，在工艺设计时大都采取试切试装模式，这样方式使得设计时间延长，所需成本直线上升.我国军工企业在最近几年陷入了困境，因产品对技术和结构的要求、标准更加严格和精细，艰巨的研制任务，对研制时间的要求却一再缩短.面对这些挑战，以往设计制造主要以二维工程图为主的模式，已无法满足当下的发展现状.该模式往往在产品研制过程中，不能真实的反应出设计环节与工艺等各方面存在的问题，使得产品研制环节中的问题不能被及时的发现而拖延到产品生产环节中，使得生产出的产品出现不合格、制作有漏洞等许多问题，必须要更改或重新设计，这将延误产品的工期，企业因此而费财费力，造成的损失不可估量.但三维数字化设计制造技术的应用，因为其先进的技术，通过仿真模型就可以进行验证，而不需要实物验证，设计工艺时不再需要进行试切试装，极大的规避了产品在研制与生产环节中，产品设计与工艺等出现漏洞等问题的发生.

其次，随着网络计算机软件系统的发展，在计算机上就可以直接进行仿真验证.如，产品设计中需要分析的结构、电磁、冷热、能力等，以及工艺制作中从铸造一直到装配等一系列的仿真工艺.因计算机装载有领先、强大的软件工具做支撑，通过仿真验证等系统工具，可以推动产品设计效率与设计质量不断的提高.但这中间有一个难题，就是以往的二维设计图纸的真正意图唯有专业的工程人员才能看明白，但计算机却不能完全看明白.而三维数模工程人员与计算机都可以看懂.所以，在数字化和信息化异常发达的今天，三维数字化设计制造技术是最先进的科学技术，如数字化建模、仿真及验证等技术，而将其运用到产品研发制造过程中，将不断的提高产品研制能力.三维数字化设计制造技术还具备特别的优势，如，产品在设计即制造过程中，将三维模型当做核心进行运作，可以为工艺人员提供更清晰、直接的设计图，让工艺人员更了解设计的意图，从而把设计模型转变成制造过程的工艺模型进行运用.而在工艺制作环节中，利用仿真工具对工艺进行验证，从而不断优化工艺参数，将产品研制效率和质量不断提高的目标实现.

2 三维数字化设计制造中的关键问题分析

目前，制造行业将三维数字化设计制造技术定义为制造行业发展史上的一次重大变革.三维数字化设计制造技术是一种数字化和三维的一种全新模式，实践效果要远超过二维模拟技术.该技术直接省略庞大的二维与三维之间的交替互换，将传统设计制造中许多必须用实物来进行判断、评估及确认的工作，予以摒弃.同时，该技术将根据产品，自动生成一套精准的设置，从而对产品设计制造的各个环节展开定义、模拟和优化，正是有了这种精确、有效的辅助决策，才会在设计环节中及时的发现产品存在问题，从而很好的规避制造设计环节出现失误，在以保证研制质量为前提的基础上，极大的降低研制时间.三维模型的设计图分成清晰，工艺人员非常容易掌握，对设计的意图也非常明确，将这种设计模型设计成制造工艺模型投入使用，将推动产品结构与工艺设计水平不断提高.

2.1 基于三维数模的产品定义

产品设计模式中所由的产品定义信息都是建立在以三维模型做核心组织的基础上展现出来的，而这些信息涵盖了产品尺寸和公差，还有技术和制造工艺等各方面的要求等，这种设计模式就是人们口中所说的MBD技术.三维模型是在PDM系统的统一管理模式下，来进行信息发布及传送.通常，工艺员在获得三维模型后，按照设计的要求，采用工艺设计、NC编程、加工仿真及虚拟装配等软件，展开工艺设计与仿真剖析等工作.三维模型都是借助模型转换技术将相应的信息直观的传送到其他应用系统中，该模型一般不进行修改就可以直接使用.但是在实践中，三维模型的使用情况并不乐观，其他专业在使用三维模型时，一般都不可以直接使用，需要进行某些修改才能在其他专业上使用.而修正工作较大的，无疑于模型重建工作量不相上下.所以，要解决这一难题，应当使制定环节趋于标准化和规范化，做好预先工作以确保三维模型的质量.

2.2 基于三维模型的工程分析优化

产品的三维模型在进行并行定义过程中，对数字化产品开发工具软件产品结构、电磁、冷热等，都可以展开全面系统的分析，从而提高设计的分析效率与质量，推动产品研制能力不断优化和提高.三维数字化设计技术想要进一步发展，应借助数字化产品开发工具的支持和帮助.不管是建立单一的数字化辅助工具或多个工具的组合，还是打造工程中专业的数字化开发软件和系统，及创建贯彻产品开发各个环节的数字化产品的开发体系，建成一体化的数字化产品开发系统，要实现这一切都需要建模与仿真工具的支持，只有在数字化工具的优化分析之下，才能进一步完善产品的三维模型.

2.3 基于MBD的数字化工艺设计

基于MBD的数字化工艺设计通常指的是工艺设计者按照相关部门提供的信息，如BOM、三维模型、技术等各方面的要求展开三维工艺设计，设计完成后再借助三维仿真技术进行检验和考证工作，检验结果为合格，方能进行下面的三维工艺规程编制工作，编制成功后交由操作及检验人员应用.三维数字化工艺设计方法运用过程中，通常是将产品设计工作与三维工艺设计、分析工作同步进行，这样做的目的是为了在设计过程中，如果出现漏洞和瑕疵可以及时的发现并迅速做出更正，这样可以将研制时间缩短，同时又确保了产品研制的质量.

2.4 基于仿真的三维工艺验证与优化

以往产品的工艺设计方法较为落后，工艺人员的创新不能得到充分发挥.直到最近几年，工艺师以三维装配工艺为主的验证及优化技术才得到快速的发展.将这一技术使用在产品设计环节中，不但能及时的察觉设计中出现的一些干预装配，同时对零部件的安装顺序、路径及使用工具展开检验，还可以分析装配是否正确，研究并预测安装时的顺序变化及元件制造形成的误差对装配方案是否有影响.同时还可以在安装产品实物之前，按照其物理特征，将装配中的精准信息设计成仿真模型，对产品的制作工艺和工装等设计进行检验，以便实时发现其中的缺陷和漏洞，真正达到降低更改设计及工艺的目的，进一步确保产品的装配质量.

2.5 三维工艺信息在车间的集成应用

三维数字化设计制造技术的发展和MBD制造模式的大力使用，淘汰了原先的二维工程图纸和纸质工艺的指示，全部改为应用三维产品模型及工艺数据和工装模型.目前，在产品生产环节中，工作人员在进行现场指导时，将三维产品模型定义为最重要的技术依据.在车间组合应用三维工艺信息的过程中，应当予以处理好两点技术难题，其一，制造的三维模型尽可能的更轻盈，减少资源损耗，其二，三维工艺的发布与集成应用，对车间的操作人员提出了更高的要求.三维数字化是最先进的计算机技术，因此在车间应用进行浏览时，操作员不仅能够对产品制造的工艺数据、图纸解说与产品制造的全部过程操作熟练、快速浏览，并对产品三维模型也可以进行娴熟的查阅.

2.6 基于MBD的数字化检测技术

想要确保产品的质量，需要有精确、高效的检测技术做依托.以往使用的手工检测，在规划设计时因受到检验设计人员与检测人员身体素质、技术水平、工作状态等条件因素的影响，导致使用的检验规划没有一定的规范性和统一化，在检测中经常发生漏检、错检，往往需要一再的反复检测也不能完全确保产品的质量.但借助自动检测系统，再加上合理、有效的措施和手段，使这种难题得以圆满解决.自动检测系统通过三维CAD模型获得检测信息后，会自动生成最优的检测规划，同时获得控制代码，最后使用尺寸测量装置对模型进行测量.不仅如此，自动检测系统测量完成后，将测量数据直接提供到三维CAD系统，再由该系统进行甄断实践中所使用的零件是否与设计要求相符，从而掌控下面的加工工作.所以，在三维数字化设计制造技术中，数字化检测技术同样重要.

3 结语

就目前而言，三维数字化设计制造技术是一种领先的科学技术，在整个制造行业占据相当重要的位置，应用于各种产品的研发及制作中，是不可替代、缺少的技术手段.三维数字化设计制造技术的普及应用，推动了制造行业的发展进步，通过创新研制方式和制造环节，不但使产品的制造技术得到提升，更保障了产品的质量、提高了制造效率、减少了制作材料的损耗，为制造企业的发展保驾护航.

〔1〕周秋忠,郭具涛,徐万洪.基于MBD的三维工艺设计系统开发与实现 [J].组合机床与自动化加工技术,2016(12): 107-109+112.

〔2〕周国奎,张帆,张慎满,曾祥忠.靖江王陵三维数字化系统设计与关键技术研究[J].测绘通报,2015(08):105-109.

TP391

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2017-02-22

2016年度安徽省科技重大专项项目：应急救援无人机高层建筑救援系统关键技术研究及产业化（16030901029）；安徽省《高等职业教育创新发展行动计划（2015-2018年）》承接任务“淮北职业技术学院师生创客教育平台”（RW-38)，承接项目：精品在线开放课程《三维建模数字化设计与制造》（XM-06）（皖教秘高[2016]127号)