三维数字化设计制造技术内涵及关键问题
摘要：主要研究三维数字化设计制造技术内涵和关键问题，讨论了三维数字化设计制造技术内涵，并对三维数字化设计制造关键问题进行了探讨。 关键词：三维数字化；设计制造；技术内涵
三维数字化设计制造能力逐渐成为了制造企业的核心竞争力，成为企业研发设计创新的技术支点与突破口，现阶段国内部分企业将三维数字化技术理解为三维工艺，不能正确理解三维数字化设计制造的深刻内涵，为了进一步发展三维数字化设计制造技术，有必要对其内涵和关键问题进行深刻探讨。
一、三维数字化设计制造技术内涵
国内外研究机构长期以来都在找寻一种自然、方便、精准、高效的产品设计与制造信息表达方式，用于实现产品设计、加工、制造、装配、维修整个生命周期多个阶段数据定义与传递，而模型定义技术给解决这个问题提供了可行的思路与技术。MBD模型定义技术将所有设计、工艺、属性、管理等等信息都附加到了三维模型中，是一种全新的数字化定义方法。 国内外学者在关于MBD的研究中取得了丰富的成果，Alemanni给出了基于MBD的产品全生命周期管理方案，并在航天器结构上予以验证；Quintana对产品生命周期中应用MBD可能遇到的问题进行了分析，给出了对应的解决措施并论证了MBD在使用过程中表现出的优越性；北京航空航天大学周立忠教授深化拓展了MBD的技术内涵，张魁等人则在我国波音787的转包生产中应用了MBD技术，给出了一套针对飞机装配工艺数据的集成管理与数据一致性实现方法；成飞余志强等人则重点研究基于MBD的三维数字化定义、三维数字化工艺设计方针、数字化监测技术，初步实现了飞机制造的无纸工作指令和无二维图纸化。 MBD技术不断发展，基于模型制造、维修保障甚至基于模型企业等新生概念不断涌现，美国的下一代制造技术计划将基于模型企业视作振兴美国制造业与国防制造业的领域技术之首，建立模型，定义、执行、控制和管理企业所有工作流程，通过仿真分析为产品生命周期内所有工作环节提供决策，降低企业管理、运营、制造、设计开发成本，缩短产品创新周期，全面提高企业运行管理水平。
二、三维数字化设计制造关键问题 （一）产品定义
传统二维工程图为基础的产品设计模式下，产品设计过程和结果都使用二维工程图进行描述，需要遵循国家标准和行业标准绘制二维工程图，并使用产品数据管理系统，以文档的形式对二维工程图进行统一管理，并以附件的形式，将技术文档添加在产品结构树零部件节点上，而工艺设计、加工仿真和夹具设计等过程都需要依据二维工程图获取零部件三维模型，用于之后的数控编程和加工仿真。基于二维工程图的产品设计制造流程实际上只是传统手绘工程图工作方式的电算化，只是工具的改变，而没有理念上的创新，缺乏有效的模型几何信息传递途径，设计与制造信息集成共享比较困难。
而基于三维模型定义的设计模型下，使用三维模型对产品定义信息进行表达，尺寸、公差、技术与制造要求都定义在三维模型中，在PDM系统统一管理下集中发布，通过多次模型预发布来实现设计、工艺、制造等不同环节工作人员的并行协同和信息传递，工艺人员基于三维模型，能够快速完成工艺设计与仿真工作，同时基于模型转换技术，能够将三维模型上的知识数据信息转移到其他系统中。现阶段，基于三维模型的产品数字化定义与建模工作主要面临的问题是标准化、模型管理和建模工具，为了消除行业产品以及三维软件工具之间的差异性，应该讲尽快建立行业内系列标准，要求所有参与设计、制造、装备的企业都执行相同的标准，才能够实现多个工序之间的无缝衔接。 （二）数字化工艺设计
产品三维模型的并行定义阶段，能够充分利用结构分析、热分析、电磁分析等先进的数字化产品开发工具，从而进一步提高了设计工作的效率，保证设计产品质量，取消了一部分实物验证，缩短设计周期，控制设计成本。三维数字化技术的发展离不开各种数字化产品开发工具的发展与应用，如今数字化辅助工具已经高度集成化，发展成为工程专业数字化产品开发平台，依赖各种建模仿真工具，形成了数字化产品整体开发能力。产品研发、设计、制
造过程涉及到多个学科，需要大量应用各种不同的信息与数据模型，不同模型之间交互、共享过程比较复杂，逐渐成为了产品整体设计周期以及方案合理性关键性的影响因素，协同设计与仿真平台建设成为了企业与研究人员关注的焦点，多学科协同设计方针集成平台呼之欲出。
基于MBD的数字化工艺设计由工艺设计人员接收产品设计部门提供的BOM、三维模型和技术要求信息，依据采集到的信息设计三维模型，并对模型设计结果进行仿真模拟分析，再编制三维工艺规程给操作人员和检验人员指导生产和检验，从而提前发现设计方案中存在的缺陷，保证设计方案质量，缩短设计周期。 结语：
三维数字化设计制造技术改变了传统的基于二维工程图纸的设计制造形式，通过并行三维模型设计，缩短了设计周期，提高了设计方案质量，从而更好的控制施工成本，保证产品质量。 参考文献：
[1]刘检华,孙连胜,张旭,刘少丽.三维数字化设计制造技术内涵及关键问题[J].计算机集成制造系统,2014（03）.
[2]刘检华.三维数字化设计制造技术推动产品研制模式重大变革[J].新型工业化,2013（09）. [3]乔立红,张金.三维数字化工艺设计中的关键问题及其研究[J].航天制造技术,2012（01）. [4]周秋忠,查浩宇.基于三维标注技术的数字化产品定义方法[J].机械设计,2014（03）.
三维数字化设计制造技术内涵及关键问题
