解析:钢结构制造如何运用MBD数字化模型打通设计、工艺、制造的主数据链条

解析:钢结构制造如何运用MBD数字化模型打通设计、工艺、制造的主数据链条

解析:钢结构制造如何运用MBD数字化模型打通设计、工艺、制造的主数据链条 730 311 重庆百木科技有限公司
波音公司要求波音787飞机全球合作伙伴采用MBD模型作为整个飞机产品制造过程中的唯一依据,国内的航空企业也将MBD技术应用到实际的产品设计中,并取得极大进展。
百木科技根据航空产品结构复杂、设计更改频繁、零部件数量庞大、材料种类繁多等特点,结合钢结构制造企业面临的需求与自身行业经验,运用MBD数字化模型打通设计到制造的数据链路,制定全三维技术解决方案。
01
钢结构制造转型升级面临的挑战

据调查估算,企业产品开发全生命周期约40%-60%的时间集中于生产准备阶段,即工艺设计、资源准备和产品试制阶段;工艺越来越成为企业数字化转型的“瓶颈”。

那么,针对该“瓶颈”企业面临哪些挑战呢?

  • 如何更好的把产品研发专家们的idea传递至生产现场,以避免上下游业务数据脱节?

  • 如何提高工艺设计效率和质量,以减少更改,杜绝返工,降本增效?

  • 如何利用三维工艺虚拟验证,以缩短产品试制周期?

  • 三维工艺如何赋能企业智能制造?

从“文件”到“数据”
产品数据并不仅指“研发数据”,还包括“仿真数据”、“工艺数据”及“制造数据”。产品数据从三维到二维再到三维进行传递,难免会出现数据丢失等问题,并且以这样的模式进行产品设计和制造,生产效率大大降低,产品质量更难以得到保证。

针对上述挑战,百木科技基于达索系统3DEXPERIENCE平台给出以下解决方案,赋能钢结构制造企业数字化转型升级。

 

建设基于MBD的数字化体系

01 基于MBD的数字化研发

(1)从3D主模型开始,最大化3D开发价值;
(2)完整的数字化模型定义,可直接用于制造规划并传递到下游系统,3D价值最大化;

(3)卓越的复杂机械产品设计能力,变量与参数和设计相结合,易于更新维护。

02 基于MBD产品/工装关联

设计产品/工装设计模板,技术指标驱动产品、工装设计。

03 基于MBD三维工艺资源定义

04 基于MBD数字化工艺规划与仿真

05 基于MBD的数字化制造与无纸化车间

达索系统3D体验平台支持基于MBD的数字化企业

上游设计数据,可充分被下游工艺、制造利用

 

MBD用集成的三维模型完整表达产品的定义信息,它详细定义了三维实体模型中的产品结构特征、尺寸公差等工艺信息。MBD技术改变了传统由二维工程图纸来描述几何形状信息的方法,而用三维实体模型来定义特征、尺寸、公差和工艺信息,极大的提高了产品信息的表达直观性。
建立基于MBD模型的复杂产品全三维设计体系使得数字化模型贯穿于整个产品生命周期的数字化制造过程中,是钢结构制造企业缩短产品研制周期、提高产品质量、降低产品成本、保证产品研制节点的迫切需求。
02
基于模型的数字化企业技术概览
传统的研发模式

01 以图纸为中心的传统产品研发模式

单一的2D图纸,用于零部件定义和GD&T标注。

02 2D和3D混合的产品研发模式

这是一较传统的模式,现今仍大量应用3D文件仅用于模型几何定义2D文件,包括了视图和GD&T标注。

理想的研发模式

(1)单一模型包含几何、制造标注、属性等信息;

(2)以主模型为依据,实现设计、工艺、工装、制造、检测的协同。

MBD的定义

产品定义的演变

01
产品数字化
MBD基于模型的定义)是产品数字化定义的先进方法,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,所有相关的工艺描述信息、属性信息、管理信息等都附着在产品的三维模型中。

02
管理体系和技术体系

MBD是一个管理和技术的体系,并不仅仅是一个带有三维标注的数据模型。MBD包含的不止是三维空间里的尺寸标注,它还在单一的三维数据源里集成了采购、制造、服务和一切相关生产活动需要的全部信息,包括几何细节、标注信息、物料清单、表面加工、元数据和其他数字化数据,使设计信息和制造信息共同定义到三维数字化模型中,使其成为生产制造过程的唯一依据,实现CAD和CAM(加工、装配、测量、检验)的高度集成

03
MBD数据集的组成

百木科技借助达索系统3DEXPERIENCE平台,在MBD数据集中集成了工艺要求等原来出现在图纸上的说明类信息,为并行设计提供组织框架,将并行设计中与工程生产相关的信息集成在一起。

二维工程图中所具备的信息以三维方式展现,将更为直观。

应用MBD技术的意义
以3D模型作为唯一的制造依据:

(1)实现真正的单一数据源,保证设计数据的唯一性; 

(2)消除可能的双源数据之间的不协调;

(3)减少了零件设计准备时间;

(4)电子化的存储和传递,方便数据管理,提高数据安全性。

从MBD到MBE
达索系统3DEXPERIENCE CATIA通过支持MBD,推动企业转而开始使用3D模型作为主数据,最终演进发展成为基于模型的企业 (MBE)。

基于模型的企业(Model Based Enterprise, MBE):

于产品模型定义( Model Based Definition,MBD)详细信息的、并为跨企业所共享的集成和协同环境,目的是使企业从原理到退役处理的产品全生命周期的所有活动快速、无缝和经济的运行,核心宗旨是直接用模型驱动产品生命周期的所有方面,且产品模型一经创建就为下游所有数据消费者重用。

钢结构制造企业将其在产品全生命周期中所需要的数据、信息和知识进行整理,结合信息系统,建立便于系统集成和应用的产品模型和过程模型,通过模型进行多学科、跨部门、跨企业的产品协同设计、制造和管理,通过模型支持技术创新、大批量定制和绿色制造。

MBE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等六个方面的同时,更加强调扩展企业跨供应链的产品全生命周期的MBD业务模型和相关数据在企业内外顺畅流通和直接重用。

百木科技基于MBD技术的平台架构

03
应用MBD技术需要考虑的问题
01

MBD设计模型—全三维定义的方法、规范

ASME(美国机械工程师协会)联合波音公司制订了“数字化产品定义数据规程”ASME Y14.41-2003标准。

依据ASME14.41,在三维模型中表达所有几何特征和尺寸公差要求
02
工艺衍生模型

为满足MBD数据传递快速、易与工艺文件集成,百木科技借助轻量化工具来表达MBD数据,添加(如可以添加文字表述、装配动画制作、模型剖切、装配资源添加(展现装配现场场景))等工艺信息,实现实时跨平台跨专业多人协同

03

基于模型定义的工艺设计流程

以飞机为例,为保证飞机工艺设计质量、提高设计效率,定制集成产品信息、工艺信息和制造资源信息及其结构的装配工艺模板,确定工艺树状结构的层次、显示方式、数据类型的属性信息。

(1)产品下有数据类型:总装配件、子装配件、零件等;

(2)工艺下有数据类型:工位、站位、AO、工序等;

(3)资源下有数据类型:工厂、车间、工位、工装、工艺规范、工具等。

以飞机为例的工艺设计流程

钢结构制造企业如何根据自身特点和业务流程梳理产品各类型三维模型,根据其尺寸和公差标注、剖视图生成、加工要求、特征视图创建与管理、组件等进行三维装配模型的标注技术和内容等制定全三维设计到制造的技术方案,是当下钢结构制造企业应用MBD技术需要考虑的头等难题。

百木科技基于MBD的工艺设计流程

针对钢结构制造转型升级面临的巨大挑战及需求,百木科技结合资深行业经验,帮助钢结构制造企业运用MBD数字化模型打通设计到制造的数据链路,保证产品生命周期内的数据唯一性,减少设计错误和变更,提高产品设计效率。
04
基于达索系统MBD技术的平台方案
百木科技结合钢结构制造企业发展现状,帮助钢结构制造企业实现产品设计、工艺、制造及服务全过程的三维数字化协同,助力提升研发效率和设计质量。

 

3DE平台支持模型、数据驱动业务模式

达索系统基于模型的数字化企业平台体系

基于MBD的设计工艺一体化

基于MBD的零件加工工艺

01
数字化零件工艺
(1)在数字化环境中建立和仿真机加程序;

(2)产生并验证优化机加设备的离线程序。

02
建设效果
(1)由 3D定义驱动的机床作业单元的完整解决方案,一体化的进行仿真验证;

(2)基于仿真验证,减少了NC机床和刀具路径干涉的风险;

(3)由于离线编程降低了设备作业单元的停工时间。

可视化、图形化、交互式工艺规划编制界面

基于MBD的数字化测量

从虚拟制造到实际制造执行数字信息无缝传递

支持数字化企业的制造运营管理MOM

生产制造过程统计分析

基于MBD的维护与服务MBs

基于模型、数据驱动的一体化更改

产品交付过程的管理,交付后的数字化维护与服务技术,以提高效率和降低生命周期成本。

(1)面向维护的设计;

(2)面向维护的工艺;

(3)面向服务的计划;

(4)服务销售;

(5)个性化服务;

(6)服务执行管理;

(7)服务管理。

03
平台特质
基于达索系统3DEXPERIENCE平台的三维数字化工艺具备以下四个特质:

01、基于模型

基于模型实现工艺编制及发布的全流程管控,同时实现数字量的连续传递。

02、数字连续

一体化的数据架构,保证数据源唯一,提高业务运转效率和标准化程度。

03、数据驱动

全流程的数据追溯与智能工艺,基于端到端流程实现设计-协同-管理的无缝衔接。

04、数字孪生

构建数字化虚拟工厂,基于虚实融合技术,实现制造验证、优化与预测,最终实现智能制造与柔性制造。

 

百木科技基于达索系统3DE统一平台,以MBD三维设计模型作为数字化传递的唯一数据来源,快速设计三维模型及添加加工工艺信息,并采用电子文档和三维模型进行传递和表达,更直观形象地表达每一道工序内容和加工特征,输出的工艺文件能无缝集成到下游CAM系统中且直接应用到生产制造工艺现场中。

钢结构制造企业运用MBD技术,可自动从数字模型中提取相关信息,快速准确地检查设计过程中形成的诸如图层、三维/二维关联性、工程图标注等不规范的数据,降低了对专业人员的依赖,降低人力成本;同时大大减少了人为因素的干扰,从而提高了数据传输的准确性。产品设计、工艺、制造及服务全过程的三维数字化协同,提升了研发效率和设计质量,缩短了产品生命周期。
05
面向中国制造2025的
数字化企业转型升级路径
01
打好基础(MBD本身)
(1)MBD标准规范定义;

(2)宣贯MBD概念;

(3)对应工具培训;

(4)典型零部件MBD实现。

02
扩展(3D体验平台)
(1)MBD标准规范完善;

(2)典型产品基于MBD 设计实现;

(3)典型产品基于MBD 工艺实现;

(4)典型产品基于MBD 制造实现;

(5)典型产品基于MBD 检测实现。

基于MBD的数字化制造

03
实现MBE(3D体验平台扩展)
(1)所有产品基于MBD的实现;

(2)完善MBD/MBE标准规范;

(3)扩展基于模型的企业应用。

采用在三维模型上表达设计和制造信息,将其作为产品制造依据,从而实现设计、工艺、制造、检验等业务的综合应用,将三维模型经工艺设计后直接用于生成制造,应用产品模型-工序模型-仿真验证-数控程序-数控设备纵向集成模式,打通设计、工艺、制造的主数据链条,从而缩短研发周期,减少重复工作,提高准确率。

百木科技利用MBD技术还可以与其他现代制造技术(如数字孪生、大数据分析、人工智能等)结合,实现智能制造。

在日益复杂的设计和制造中,通过使用具有集成模型和测试的数字孪生,帮助钢结构制造企业缩短将设计的各个方面包含在内,如制造、质量、服务、销售、售后等,可以充分定义产品,确保相关下游客户都能够有效进行沟通和使用,缩短产品上市时间。

 

 

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