时间：2023-05-30 10:27:26
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇三维工艺设计，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
随着CAD/CAM/CAE以及计算机信息和网络技术的发展，欧美各航空制造大国均已全面采用三维数字化设计和制造技术，全面采用三维数字化产品定义和仿真技术，从根本上改变了传统的飞机设计与制造方式，大幅度地提高了飞机设计制造技术水平。波音公司在波音777飞机的研制过程中，由于全面采用了该项新技术，使研制周期缩短50%，出错返工率减少75%，成本降低25%，其研制过程是数字化设计制造技术在飞机研制中应用的重大突破。近几年在美国波音787、F-35、欧洲A400M及A350的研制中，数字化设计及装配技术有了更为深入的应用[1]。近几年，国家加强了对航空业的扶持力度，我国的航空制造业迎来了高速发展时期。当前一些新型号的研制已全面采用了基于MBD的全三维产品设计，飞机产品设计已全面实现三维无纸化设计，取得了产品从二维模拟量到全三维数字量的革命性突破，也为进一步实施数字化制造打好了坚实的基础。目前零件制造部门使用MBD数据已较为顺利，大大减少了因工人对图纸理解偏差导致的质量问题；然而装配工艺设计部门依然按照传统方式进行装配工艺的规划和设计，导致三维数字化的产品数据在装配工艺设计阶段出现断层，使得三维数字化的产品设计数据无法准确顺利地往下一级流动，需要大量的人员手工参与，数据的准确性、连续性被破坏，装配指令（即AO）的编制完全采用文字或者插入少量图片的方式进行表达，工人现场使用时还需参照大量设计技术文件以及各类工艺性文件，可读性和操作性极差，一线操作者意见很大，普遍存在师傅干什么徒弟干什么的情况，无法起到指导现场操作的作用。因此装配工艺设计部门需要适应全三维数字化设计的新形势，采用基于MBD的三维数字化装配工艺设计系统进行装配工艺的设计和规划，利用设计部门在VPM协同设计系统中设计并发放的产品三维数模，通过数据接口将产品数据导入装配工艺设计系统中，并将产品三维数模的路径关联到每个零件上，在三维可视环境下进行产品的装配工艺规划及工艺设计，直观地反映装配状态，最后生成现场使用的三维可视化装配指令指导现场生产。
2基于MBD的三维数字化装配工艺的设计过程
基于MBD的三维数字化装配工艺设计不仅仅是指编制三维装配指令，而是贯穿飞机设计的整个过程，在整个过程中不同阶段有不同的侧重点。这个过程主要包含以下三个阶段：第一阶段：工艺系统接收产品初步设计数据，分析产品结构特点，与设计人员协商初步确定工艺分离面并制定初步的装配方案，然后在三维仿真软件内进行装配方案可行性的初步分析，制定总体装配方案，分析可能的装配难点和重点。第二阶段：工艺系统接收产品较高成熟度的MBD设计数据，在三维仿真软件内对重点部位（必要时对全部）结构件、管路、自动化装配设备等进行装配过程和人机功效的详细仿真分析，发现并解决产品、工装以及工艺方面的问题并给出解决方案，如图1～图3所示；这个阶段的工艺工作主要包括：装配顺序的创建和优化；装配路径设计和优化；装配工艺过程仿真模拟、人机功效模拟、自动化定位及制孔设备等的工作仿真。利用三维数字化仿真软件对产品的组件或部件进行装配过程规划，确定组件或部件内零组件的装配顺序；按照工厂现有装配条件和装配单元工作内容，进行装配路径的仿真和优化；最后在数字化装配仿真系统中进行零组件或自动化设备的装配过程及人机功效的仿真模拟，分析装配工艺过程的可操作性和合理性，发现并解决数字化产品模型装配过程中所遇到的产品、工装以及工艺设计中的各类问题，同时也可以进行工具等的选型工作[2]。第三阶段：接收设计部门的最终三维MBD设计数据，创建顶层MBOM以及PBOM等工艺数据，在数字化工艺设计系统中进行装配工艺的详细规划和细节设计以及资源库的创建，在三维可视化的环境下进行零组件以及标准件的划分，在全三维的环境下对装配指令进行工步级的细节编辑，最终生成现场使用的三维可视化工艺指令。
3三维数字化装配工艺设计系统的架构和工作模式
3.1三维数字化装配工艺设计系统的架构
本文所述的装配工艺设计系统是基于达索公司的DELMIA软件平台进行开发的三维数字化装配工艺设计系统，DELMIA软件平台分DPE和DPM两个工作环境，DPE侧重数据管理和工艺规划，DPM则提供一个三维可视化的环境便于产品数据的划分和装配仿真等工作。由于DELMIA只是提供了一个平台且目前MBD设计标准不统一，故需要在原有基础上进行客户化定制和开发，本系开发了多种辅助工艺设计工具以便工艺设计人员只需极少的文字输入即可完成工艺设计，所有关键数据均直接继承自产品MBD数模，保证了工艺信息的完整和准确；此系统中最为复杂难度最大是MBD数模中标准件的处理和划分，由于大型飞机标准件数量都在数十万甚至上百万件以上，采用实体建模将会产生天量的数据，因此目前飞机标准件设计大都采用点线等元素进行简化表达，无法使用DELMIA中标准功能进行标准件的工艺规划，因此系统开发了一套专门处理标准件模型的工具，本系统也是国内目前唯一实现了对以点线表达的标准件识别和划分的系统，如图9所示。本系统依托VPM协同设计平台提供MBD产品数据，在DELMIA中完成PBOM的创建、顶层MBOM的划分、三维装配指令的设计并向协同平台提供底层MBOM以及三维装配指令等数据，由系统平台进行管理和发放。三维数字化装配工艺设计系统的流程及架构如图4所示，整个三维数字化装配工艺设计系统始终保持设计数据的一致性，保证数据的准确性及完整性，同时本系统可给生产管控系统（MES）以及ERP系统设置数据接口[3]。
3.2三维数字化装配工艺设计系统的工作流程
三维数字化装配工艺设计系统主要由需要工艺管理部门和各车间工艺设计部门使用和管理，工艺管理部门和各车间工艺设计部门必须紧密协同才能顺利开展三维数字化装配工艺设计，同时工艺管理部门需要给予车间一级足够的权限，毕竟车间一级工艺人员对产品设计特点有更深入的了解。工艺管理部门主要负责三维装配设计系统数据的顶层设计，其利用DELMIA中的DPE环境下的数据接口进行EBOM导入，通过对EBOM的重组增加工艺组件和路线定义等形成PBOM；在PBOM的基础上构建顶层MBOM；根据各厂际分工要求进行大部件级的顶层工艺组件的划分，如图5所示。各车间工艺技术主管接收工艺管理部门下发的数据，进行各车间内部工艺面的进一步划分并将之分派给具体每个工艺员；工艺员接收工艺主管分发的具体某个装配单元的数据，进行本装配单元装配工艺的层次划分以及具体工步的分解，在DPM三维可视化的环境中中进行零组件及标准件的划分，然后在DPE环境下进一步进行装配可视化修饰等细节编辑，但对于装配工艺所需飞机装配技术条件、材料、工艺规范文件等全部采用专门开发的工艺设计工具进行创建以保证编制数据的准确和完整。最后直接在DPE中输出结构化和标准化的三维装配指令并提交审批，经过审批的装配指令发送到协同平台进行统一进行发放及管理，以上过程见下图6～图14所示。三维装配指令审批发送到系统平台后由工艺管理部门统一管理，不属于装配工艺设计的范畴，本文不再赘述。
4基于MBD的三维数字化装配工艺设计的优势及要求
4.1基于MBD的三维数字化装配工艺设计的优势
1）采用基于MBD的三维数字化装配工艺设计，彻底解决了制约装配工艺设计过程中涉及的数据准确性、完整性的问题，整个装配工艺的设计完全基于设计的MBD数模，保证了与设计数据的一致性；2）工艺人员在三维可视化的环境下进行装配工艺的规划、仿真和设计，使得装配工艺设计更加直观更有操作性，通过装配路径仿真、人机功效仿真以及自动化设备工作仿真等可提前发现存在的设计、工装及工艺规划包含的问题并提前予以解决，大幅减少现场实际生产时的各类问题，提高生产效率并大幅降低生产成本；三维可视化装配指令设计系统使工艺人员完全从枯燥的文字编辑以及事后数据校对中解放出来，工艺人员只需关注装配工艺的可行性和合理性，无需花大量精力进行数据准确性和完整性的检查；3）在三维数字化装配工艺设计系统中输出的三维装配指令彻底颠覆了传统文字化的装配指令，工人只需在系统输出的三维可视化装配指令中进行简单操作即可，无需查找大量的图纸、设计技术文件以及其他工艺性文件，做到了可见即所得、所得即所需的效果，同时工人还可在装配指令的三维视图中对轻量化的设计数模进行各类尺寸的直观测量，便于工人现场操作的进一步了解；4）三维数字化装配工艺设计系统可输出装配部门准确完整的底层MBOM，有利于ERP以及MES系统的实施和管理；5）三维数字化装配工艺设计系统可以与装配知识库系统紧密集成，使得公司积累的知识在装配工艺设计时顺利地的共享和调用；6）工艺管理部门可利用DELMIA软件平台中DPE模块对整个装配数据进行有效的管理，保证下游数据的完整性和准确性，利于工艺设计部门编制完整准确的装配指令。
4.2基于MBD的三维数字化装配工艺设计的要求
1）基于MBD的三维数字化装配工艺设计要求有准确、完整及规范的且严格执行的MBD数模，产品设计数据是所有下游数据的源头，设计数据是否准确、完整及规范是决定三维装配工艺设计系统是否顺畅和准确最关键的要素。因此产品设计部门必须要有科学合理的与制造部门协商过的MBD设计标准和规范且必须严格执行，否则必定会导致整个下游其他系统的数据的混乱和实施困难[4]。2）工程制造部门也须有严格的与设计部门MBD设计标准和规范相协调的各类工艺规范且必须严格执行，用以支撑三维数字化装配工艺设计。本文所述的装配工艺设计系统在开发过程中发现产品设计标准很大程度上体现的是传统二维设计模式的思想，不能很好的适应当前基于MBD的三维数字化设计要求，而且设计人员没有严格执行现有标准化要求，特别是以点线表达的标准件模型存在大量的格式错误等不规范设计，导致系统开发比较缓慢，仅为了解决标准件数模处理和划分就占了近三分之一的时间。因此产品设计应开发专用的标准化设计工具和数据库用以支撑基于MBD的产品设计，同时需要借助专业化的软件工具对MBD产品数据进行标准化等项目的批量检查，最大限度地减少因人为因素导致的产品数据错误。3）工艺设计人员必须具备相当的工程经验，熟练理解并掌握三维数字化装配工艺设计系统所涉及的理念和软件使用要求，三维数字化装配工艺设计系统对工程技术人员来说只是工具，它本身无法识别工艺设计和规划的合理性和可行性，这些都必须由工艺设计人员依靠经验和知识确定。
5结束语
关键词：三维轻量化模型、数字化制造定义
随着三维CAD在国内制造业的广泛推广应用，三维设计过程已经成为企业进行产品设计的主流工具。企业在产品设计中积累了大量的三维模型数据，如何充分利用这些三维模型数据成为企业关注的焦点。设计手段的变革，工艺设计跟着需要变革。工艺如何和三维C AD进行集成，工艺如何基于三维CAD进行加工工艺设计和装配工艺设计等，目前在很多企业都有迫切的需求。
企业设计逐步采用三维设计模式后，工艺设计模式也面临着改变和冲击。企业迫切地需要利用三维模型的信息完整、可视的独特优势提高工艺编制的质量和效率，并实现产品模型信息的统一。然而，三维模型数据量虽大，但目前的数据模型主要表达设计几何信息，对于制造工艺以及数据模型却涉及很少，同时，不同的C A D系统产生的数据在异构平台下不兼容、工艺信息量庞大和网络带宽的限制，使得三维模型数据的交换、共享以及在制造工艺上的应用具有很大的困难。
本文就内蒙古第一机械集团有限公司（简称内蒙一机）采用M P M S制造规划管理系统实现基于三维轻量化模型的工艺无纸化应用的实际情况，探讨三维模型下工艺管理的关键技术。
一、三维模型轻量化是工艺三维化的关键技术支撑
为了实现产品全生命周期内三维模型数据的交换和共享，人们对三维模型的轻量化进行了大量的研究和探索，内蒙一机在Extech MPMS系统上开发应用了符合企业需求的轻量化格式，取得了很好的制造工艺应用效果。
由于工艺制造信息是设计信的息数十倍，在三维工艺设计中，数据的轻量化是实现三维工艺的关键技术，三维工程轻量化模型需实现标注、测量、装配和制造工序模型技术。
在成熟轻量化软件的基础上，开发适合工艺应用的轻量化工具，达到工艺设计模式从二维向三维的转变。将原有的CAPP与2D CAD集成转变为CAPP与3D CAD的集成，为设计人员提供一个接近真实的可视化工艺设计环境。在这个环境下进行包括建立和提取三维模型中的加工特征信息，加工过程仿真和校验、装配过程仿真优化、加工资源规划等高层次的工艺设计工作。这将大大提高工艺设计的质量和效率，并强化工艺在产品研发过程中的地位。
1.基于轻量化模型的数字化定义技术
数字化产品定义（DPD）是实现数字化制造的基础，它以数字的方式对产品进行准确描述。采用轻量化模型技术后，数字化产品定义信息必须按轻量化模型要求进行分类组织管理，完整准确地表达产品零部件本身的几何属性、工艺属性、质量检测属性以及管理属性等信息，满足制造过程各阶段对数据的需求，保证产品设计制造过程中的协调性。
2.基于轻量化模型的数字化工艺设计与仿真技术
轻量化模型是产品三维数模的过程制造模型，使产品的工艺设计活动发生了根本变化。工艺设计与仿真将在三维数字化环境下，依据基于轻量化模型技术的数字化工艺协调制造体系要求，以产品的EBOM和三维数字样机为基础，以工艺数字化并行定义为核心，制定工艺总方案，建立三维工艺数字样机，进行数字化三维工艺设计、数字化工艺容差分配、仿真优化和数字化三维工艺仿真验证。
在工艺设计与仿真的不同阶段，仿真的内容也不同。在工艺审查阶段，对零件、组件及部件组成的制造单元进行可制造性、可装配性分析，检查结构设计的合理性；在工艺规划阶段，通过装配工艺仿真，确定零部件之间的装配顺序和运动路径；在工装设计阶段，进行制造资源仿真，设计出合格的工装资源；在工艺编制阶段，通过建立起产品、工艺和资源的数字化工艺数据模型（P P R），并对关键部件进行基于M B D的工艺容差分配计算和优化，实现基于模型的工艺分离面划分、装配工位设计、装配流程设计和三维工艺指令设计等。
3.建设轻量化模型的工艺装备数据
工艺装备设计在三维数字化环境下，以产品数字样机、工艺数字样机为基础，进行工艺技术装备的设计和仿真，逐步形成面向现代航空制造的基于三维的飞机制造技术装备工程体系，实现技术装备数字化、自动化和柔性化。在工装设计过程中，产品设计数模、工艺数模的版本变化将直接引起工装数模的版本变化。因此，必须应用三维关联技术和三维在线技术，预先开展基于轻量化模型工艺装备设计与产品、工艺设计及仿真的数字化协同技术，工艺装备设计与产品设计、工艺设计的关联更改技术，工艺装备三维数字化设计制造一体化集成技术和基于三维数字化工艺装备设计制造等技术的研究工作。
4.基于轻量化模型的装配过程可视化技术
在数字化制造模式下，装配现场已摆脱传统基于二维图样的模拟量传递体系，三维数模及三维工艺指令已经完全替代了二维工程图样和纸质工艺指令，成为在生产现场指导工人工作的技术依据。
为了确保装配现场能够及时获取现行有效的三维数模、轻量化模型和三维装配工艺指令，满足产品装配过程管理与执行控制的要求，需要解决三维数模轻量化的问题，并将基于数字化制造的设计模型、工艺模型、检验模型、三维工装资源数据、轻量化模型和三维装配工艺指令统一纳入企业级P L M中进行管理（图1），并建立与装配现场作业计划的关联关系，实现三维可视化装配技术在装配制造执行系统（MES）的集成应用，实现真正的无纸化。
二、轻量化三维模型的应用
1.现场工艺实现三维模型化以减少生产人员的识图时间
三维数字模型的直观性可以帮助工艺人员直接了解零件内部结构，减少看图出错的几率，提高工作效率，工艺人员可以把更多的时间和精力投入到其他工作中。因为对于比较复杂的铸件图样，工艺人员要想在很短的时间内看明白，不是一件容易的事。
对三维数字模型还可以进行三维立体尺寸标注，随时测量各个需要加工的工序尺寸，检查零件实际加工的尺寸是否正确。对于复杂且比较大、重的零件，要想知道它的体积和重量不是一件容易的事，需要大量的计算。基于三维数字模型，得到体积和重量则是一件非常简单的事。
2.更好地了解组件的内部结构
为了更好地了解组件内部结构，需要用轴测图来表示部件的装配形式，用这种形式可以很好地反映部件的装配结构。如果用过去的二维形式来画轴测图，几十个零件组成的部件可能要用十几天的时间才能够完成。用三维数字模型装配的部件，可以很容易生成轴测图。并能够及时发现问题，如：在设计过程中通过装配能够及时发现零件之间是否有干涉。在装配中有些零件之间的空间距离在二维图样中很难确定，但在三维数字模型装配中却是件很容易的事。同时能够生成任何方向的装配和轴测图，并能够做成各种方向的装配图片。这样就会大大提高了装配工人的感官认识和实际操作能力，提高了装配的速度和准确性。
3.动态数字化工艺视频指导现场正确操作
三维数字模型在计算机中进行装配，就可以很好地了解整个部件的装配顺序，减少工艺规程编写中的错误，提高工艺规程编写的质量。
对于稍有文化和专业技术培训基础，且有一定识图能力的年轻员工，如果用播放数字媒体的形式来反映复杂部件装配的过程，再配合正确的工艺规程文件，就会很好地完成复杂部件的装配。
制作好的数字媒体，不仅可用以对现场的员工进行培训，还可用以通过互联网对千里之外的协作用户进行培训，这将是未来培训的必然趋势，也是现场工艺人员用于了解装配部件内部结构最有效的方法。
另外，用三维数字模型制作的视频文件存为avi形式，就可用Windows中的Windows Media Player或其他视频软件来播放，从而反映整个部件的装配过程。
三、应用效果与部署情况
图2所示是内蒙一机制造规划管理系统的完整应用模型。系统将企业的工艺设计与管理组合成一个有机结构化的数据体系，这些数据完全可以为信息系统和后续的应用系统服务，运用三维数字化定义、三维数字化工艺设计与仿真、三维数字化工艺装备的设计与制造、基于轻量化模型的装配过程可视化技术、三维数字化检验检测技术以及基于结构化的工艺数据，结合产品数据管理系统集成技术的应用，能够有效地缩短产品研制周期，改善生产现场工作环境，提高产品质量和生产效率，真正实现无二维图纸、无纸质工作指令的三维数字化集成制造。
参考文献
洛阳职业技术学院 赵俊霞
针对大型装备制造企业广泛应用三维设计模型的现状，基于数据管理平台Teamcenter 开展三维装配工艺应用模式研究；通过开展基于三维模型的装配工艺设计、装配工艺仿真，构建多样的装配工艺应用模式；达到验证和改进产品的装配工艺，提高装配效率和质量，满足三维环境下开展装配工艺设计的目的。
一、引言
三维设计软件NX 和数据管理平台Teamcenter 在以航空、船舶为代表的国内大型装备制造企业中得到了广泛的应用，实现了产品数字化设计及管理。但是当产品从设计阶段延伸到工艺阶段时却出现了三维数据传递的“断层”，在工艺系统中基于三维产品模型应用等方面还很薄弱。现有的工艺模式仍然采用二维图纸和传统工艺文件的方式进行，无法满足三维环境下工艺工作的要求。目前，工艺工作中面临的问题如下。
（1）工艺设计没有直观的产品和资源表现形式，工艺设计人员依据二维图纸去理解产品的装配关系及工装的使用方式，并构想产品的装配顺序，整个过程耗费时间，且容易出现歧义。
（2）工艺数据表达手段单一，目前工艺输出结果以二维工艺卡片为主，不能充分应用上游的三维设计数据，很难对复杂结构和过程进行清晰、直观地表达，不利于操作者快速理解产品的装配过程。
（3）工艺人员在工艺编制过程中根据生产要求提出的工装需求，只能在实际生产中验证工装的可行性和合理性，如果在虚拟环境中验证工装的可行性和合理性，能够有效避免工装返工和修改，提高工装设计效率和质量。
针对以上问题，开展数字化装配工艺应用模式研究，构建基于三维模型的装配工艺设计系统，实现三维设计、工艺数据的完整搭接，为最终实现数字化装配工艺奠定基础。
二、技术路线
基于三维模型的装配工艺设计系统的总体技术路线如图1 所示。实现途径如下。
（1）从Teamcenter 系统中获取设计BOM 及产品三维模型，进行装配结构的可视化调整，形成工艺BOM，根据工艺BOM 进行工艺分工，确定各个部件所属的装配部门，最后输出PBOM 和分单位目录。
（2）工艺编制人员接收任务后制定工艺流程顺序，确定产品在装配过程中所需的装配工序，形成装配工艺流程；进行装配工艺的详细设计，指定各个装配工序所需要的零组件、制造资源( 工装、夹具) 等信息。
（3）工艺人员根据装配工艺要求，进行装配路径规划，对装配工艺设计进行仿真验证，确保装配工艺设计的可行性和合理性，并输出相应的仿真图片、仿真动画信息。
（4）将装配工艺设计、装配工艺仿真产生的结果通过工艺卡片、包含三维模型信息的PDF 文件以及AVI 格式的视频动画等方式输出，以指导现场生产。
（5） 三维装配工艺设计系统产生的结果信息存储在Teamcenter 系统， 生产现场通过制造执行系统与Teamcenter系统的接口获取相应的工艺数据用于指导生产。
三、基于三维模型的装配工艺规划
1. 装配工艺性审查
在产品设计阶段，工艺人员应用三维装配工艺设计系统进行工艺审查，检查产品的可装配性。当主管提出合理化建议时，通过批阅的形式反馈到设计人员，达到工艺提前介入的目的，提高产品的工程化水平。
2. 构建PBOM
通过集成接口读取Teamcenter 系统中的EBOM 及相应的产品轻量化模型。根据产品的结构特点和装配关系，在可视化环境中方便地调整装配零组件组成结构、设置工艺组件、完善零组件的工艺信息，最终形成完整的PBOM。
3. 工艺分工
通过三维工艺设计系统，直接在三维环境中从产品树上选取零组件分配到相应生产部门。系统能够自动识别零组件的分配状态，未分配的零组件和分配后的零组件分别以不同的方式显示，避免零组件漏分而引起工艺错误。
四、基于三维模型的装配工艺设计
1. 任务分工
生产分厂接到生产任务后，主管工艺人员根据实际情况进行装配单元的分解，并且能对组件的组成进行调整，将本部门承担的任务进一步分解为更小的装配单元，并指定具体的负责人编制装配工艺。系统能够方便、快捷地输出任务分工表。任务分工完成后进行零组件遗漏检查，确保任务分工的完整性和正确性。
2. 制定工艺路线
工艺编制人员接收任务后在三维环境下制定工艺流程，确定产品的装配工序，形成装配工艺路线卡，并可指定装配工位等。
3. 详细工序设计
工艺编制人员在三维环境下指定本工序零部件、工装和设备，并填写工艺内容。工序设计完成后，零部件、工装和设备信息自动汇总，填入相关的汇总表中，并进行零组件遗漏检查，确保产品装配的正确性和完整性。
装配工艺设计完成后形成装配过程信息树，如图2 所示，包含具有顺序关系的各个装配工序以及对应的装配件和装配资源。
五、基于三维模型的装配工艺仿真
完成装配工艺设计后，所有的装配所需要的资源信息已经具备，进行装配过程的仿真工作。在虚拟环境中验证零组件的装配过程，确定合理的装配顺序，避免发生因装配顺序不正确而出现的无装配通路的情况，并且能够优化装配流程，得到最适合的装配顺序。装配过程仿真的主要内容如下。
1. 装配路径设计
根据工艺路线的要求，在三维虚拟装配环境中通过手动交互式的操作待装配的零组件，规划每道工序中装配件的装配顺序来得到的零组件的装配路径，如图3 所示。在保证零组件装配的合理性的前提下，制定正确的装配路径。
2. 装配路径仿真
装配路径仿真主要包含以下内容。（1）根据生产的实际要求对装配过程进行模拟，以保证装配路径的可行性，最终通过验证零部件的装配顺序、装配路和装配操作姿态等数据的合理性，装配所需要的工装、工具等的可达性，以及装配操作空间的敞开性。
（2）装配路径动态分析，工艺人员根据装配路径动态的分析情况，动态的调整零组件的装配顺序、装配的优先级，重要特性的保障措施等，从而优化产品的装配过程，达到验证产品的装配工艺性，完善工艺设计的目的。
3. 装配干涉检查
在装配移动过程中实时进行干涉检查，检查装配件、工装在装配过程中是否和其它装配件或装配资源发生干涉。模拟零组件在装配过程中实际可能发生的问题，帮助用户分析装配过程并检测可能产生的错误。当遇到干涉和失调时能够及时停止仿真，并且能够在装配过程中标注和修改出现的问题。
通过装配过程仿真，定位影响装配整体效能的关键装配环节，并对不同的改进方案进行实时分析、比较以及优化，建立局部和整体相结合的持续性优化机制，形成相对最优的工艺方案。
六、装配工艺的输出及管理
1. 装配工艺输出
工艺人员在系统中完成了全部的工艺工作，并通过仿真验证装配工艺过程的准确性，最终得到优化后的工艺设计的结果。这些结果能够通过工艺卡片、在线交互工艺、包含三维模型信息的PDF（3D PDF）文件以及AVI 格式的视频动画等方式输出，如图4 所示。最终以视频或电子文档形式到生产现场，从而指导现场工人准确、快速的进行装夹、装配、拆卸和维护等。
2. 装配工艺的管理
最终形成的装配工艺等资源信息存储在Teamcenter系统中，由Teamcenter 系统完成三维装配工艺变更过程的控制，包括工艺版本的控制、审批流程的驱动、工艺更改以及工艺升版的控制等。
七、实现意义
通过开展基于三维模型的装配工艺研究，实现意义如下。
（1）构建基于三维设计模型的装配工艺设计体系以适应MBD 环境下开展工艺工作，改变以二维图纸为主的传统工艺设计；以产品三维设计模型为基础，通过构造数字化的工艺设计与仿真环境，形成快速的装配工艺设计、装配工艺仿真及验证能力。
（2）建立三维工艺文件表达及管理模式，满足工艺文件审批、有效性管理以及现场应用等方面的需求，基于三维设计模型构建面向生产现场的工艺，丰富工艺展现形式，提高工艺指导生产的能力。
（3）一方面对产品的设计结果进行验证，实现面向装配的设计；另一方面实现基于虚拟现实的装配工艺设计，通过建立三维可视化的虚拟环境，检验产品装配工艺性，从而指导实际装配生产。
（4）将装配工艺设计与产品结构设计紧密结合，装配工艺设计能够在产品设计过程中同步开展，在产品实物到达装配现场前直观的开展工艺设计工作，充分体现并行工程的设计思想。
【关键词】钣金；二次开发；工艺设计
1.引言
现有的三维软件，例如Pro/E、UG、Solidworks、CATIA都具有钣金模块，但只能实现一些简单钣金件的展开，现阶段相关的研究也只完成了钣金的部分工艺，例如华中科技大学郝明等人利用自主研制的FASTAMP求解器，以Pro/E为平台实现了复杂钣金件的展开；南京航空航天大学洪晴等人以CATIA为平台通过Automation及CAA二次开发技术，实现了飞机复杂钣金件的展开；华中科技大学秦宇等人在Solidworks平台上，开发了一套面向冲压工艺的坯料展开模拟系统SW-BEX。因此开发出一套基于三维软件的钣金CAPP系统用来满足企业的需求是有必要的。
2.钣金CAPP系统框架设计
将现有三维软件（Pro/E、CATIA、Solid-works）和二维CAPP系统相结合，系统允许用户基于三维软件的三维钣金模型输入和编辑工艺信息，并将完成的钣金工艺设计以表格的形式输出到CAPPFramework。工艺表格与三维模型的设计参数相关联，并能自动地动态刷新。应用三维软件自带的API函数对三维软件二次开发，实现复杂钣金件的展开和展开件的排样，并且在三维软件中建立钣金件特征信息交互窗口，完成三维软件和二维CAPP数据库的集成，便于信息的调用和存储。
3.钣金CAPP系统总体设计
如图1所示，将系统分为前置处理子系统、后置处理子系统、文件管理子系统三个部分。前置处理完成了钣金件的三维建模、展开、优化排样和钣金件的工艺设计；后置处理完成了工艺文件的输出、数控代码的生成，通过数据集成接口完成三维软件调用或导入PDM部分和二维CAPP部分的信息；文件管理完成了企业制造资源和钣金工艺资源的管理，以便设计和生产部门调用。下面对系统的关键技术进行阐述。
图1 基于三维软件的钣金CAPP系统
3.1 基于三维软件的钣金件展开
3.1.1 可展钣金件的参数化展开
根据钣金的功能和结构特点本文将可展钣金分为六大类。分别是：等径圆管钣金件、异径异口三通管、棱锥管及其组合件、圆锥管及其组合件、圆方过渡接头、其他可展开板金件。钣金参数化原理如图2所示。
第一步，以三维软件（Pro/E、CATIA）为平台，结合软件自带的二次开发函数（protoolkit、AutomationAPI）和函数支持的开发语言（C++、VB、JAVA等），编制后台钣金展开相关程序。第二步，在三维软件界面创建钣金件展开菜单、参数对话框，建立钣金模板库链接窗口。最后，用户点击钣金模板库链接窗口中钣金模型图标链接，通过链接调用先前编制好的后台程序，最终生成三维钣金件模型参数对话框、三维模型和对应展开件共存的界面窗口。文献[3]利用Pro/E（protoolkit）和VC++，对相贯钣金件实现了参数化展开，可详见。
图2 钣金件参数化展开原理
3.1.2 不可展钣金件的近似展开
南京航空航天大学谢兰生等人提出的“基于几何映射法的钣金展开有限元逆算法”，弥补了钣金件用有限元逆算法展开过程中出现的不足。
系统设计的第一步和2.1.1的相同，第二步需要在三维软件界面建立一些链接窗口来实现钣金展开：模型处理、接口程序、求解器、展开结果结果后处理和展开模型处理。各个模块通过三维软件及程序提供的特定接口，互相传递数据进行通信，协调合作实现在三维软件环境下的钣金展开功能。
模型处理主要功能是对原始钣金零件进行网格划分，并根据划分好的网格生成后续处理所需要的信息。然后由接口程序提供三维软件与外部程序的数据通信接口。生成的网格数据通过该接口传输至求解器模块，在求解器中经过几何映射法的钣金展开有限元逆算法处理得到零件毛坯数据，包括零件毛坯形状、原始钣金零件的应力、应变、厚度分布信息等。再通过这个接口将数据传回至三维软件。
保存三维模型、展开件和云图的快照，并录制成形动画为AVI格式，以便以后查看。将展开图以DXF、DWG、IGES等多种图形文件格式输出，可以很方便地与数控设备进行图形文件的数据交换，将相应格式的展开文件直接输入到数控钣金加工机床进行编程切割，实现无纸化加工。
3.2 基于三维软件的钣金展开件排样
对钣金CAD系统而言，排样算法决定了钣金CAD系统的性能和实用性。对于矩形排样，梁利东等人在剩余矩形的匹配方法基础上提出了剩余矩形的动态匹配方法，经验证取得了较好的效果。对于不规则钣金件排样，提出了粒子群算法的优化方法。
（1）信息库管理模块存储了板材信息和零件信息，零件信息管理的功能是设置即将入排的零件信息和所需的板料信息。（2）展开图输入模块功能是将前面展开步骤得到的图形导入到三维软件界面建立的钣金排样窗口中。（3）图形预处理模块利用粒子群优化算法程序将不规则图形进行自动组合和自动填充处理，最终组合成最小包络矩形。（4）优化排样模块将得到的矩形，利用剩余矩形动态匹配方法程序在给定的板料上自动排样，可以借助交互排样功能进行修改。（5）排样输出及存储模块输出排样图形，并保存排样结果信息。
3.3 钣金工艺设计
工艺设计主要是工艺规程的编制，需要根据企业现有的制造资源和工艺信息编写。如何从大量的文件中找到所需要的工艺信息，是工艺规程编制的关键。刘闯提出的“钣金CAPP中实例检索的灰色关联方法”很好地解决了这个问题。图3为工艺设计流程。
图3 钣金件工艺设计流程
首先，在二维CAPP中建立钣金零件的实例库、管理和材料特征库，并进行分类编码。然后，对二维CAPP进行二次开发，用VC++编制“灰色关联算法”的程序。最后，建立钣金工艺卡片模板库、企业制造资源库以及设置用户权限管理等。
首先，在三维软件二次开发函数中用VC++编制调用程序，调用二维CAPP中的工艺信息。其次，在三维软件界面建立工艺信息交互窗口模块，这些窗口模块包括：钣金模型打开模块、钣金信息输入模块、钣金工艺生成模块、钣金工艺输出模块。窗口界面有：菜单控制部分、工艺流程显示部分、工序图显示部分、各命令控制部分。
钣金工艺输出模块包括工序卡的生成和输出，工序卡包括：零件信息、加工工艺信息、工序图三部分，工序图可由钣金建模和展开过程的快照图片来代替，利用VC++编程调用二维CAPP中的模板实现工序卡的生成和输出。
4.后置处理和文件管理
通过二维CAPP接口和PDM接口将前面展开、排样和工艺决策产生的图片、数据和工艺文件传送到二维CAPP系统和PDM系统中，实现信息的共享。根据二维CAPP系统的工艺信息，结合企业现有制造资源，生成NC加工代码并进行加工仿真，及早发现错误并纠正。文件管理部分包含了企业制造资源管理和钣金工艺信息管理，制造资源包含了生产设备和排样所需的板料资源，工艺信息部分包括钣金技术手册、进行分类编码的工艺实例和用户权限设置（防止工艺资源被乱修改）。
5.结论
基于三维软件的钣金CAPP系统实现了钣金件由设计（建模、展开、优化排样）到工艺卡片输出的整个过程，通过对软件的二次开发技术完成了二维CAPP系统和三维软件的集成。系统对于钣金企业应用不同三维软件（Pro/E、CATIA、UG等）具有借鉴意义。
参考文献
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作者简介：
随着计算机软硬件技术的发展,微型计算机上的三维设计已经由专业的设计领域进入了普通设计师的设计领域。由专业的图形工作站-服务器模式转化为易于为大众接收的个人计算机领域。由需要专门的图形显示卡过渡到普通的、非专业的图形显示卡就可以运行的状态。从前,设计师在设计对象时,总要把三维的设计对象转化到用二维设计的语言在图纸上表述;这种转化过程的本身就难免会产生错误和歧义,而且设计师有相当一部分的精力用在这种转换上,影响了设计质量和设计水平的完全发挥。如今,微型计算机三维设计突破了设计领域传统的设计模式,让设计师完全回归到自然的、正常的从设计到表达的直接的设计思路中去。三维设计的所见即所得设计理念,是历史的进步。这虽然看似一次简单的设计方式的改革,但带来的将会是重大的设计思想改变,必定带来设计质量的提升,是设计领域中一次革命。
2 三维设计的概念
三维设计在设计领域有着广泛的应用基础,在工业的各个设计领域中扮演着日益重要的作用。那么什么是三维设计的概念呢？
从某种意义上来讲,工程设计中没有二维设计,只有用二维图纸来表现三维设计。过去,我们用传统的铅笔、图板、丁字尺画图,后来用AutoCAD、CAXA电子图版画图(北航海尔的CAXA有三维软件,CAXA电子图版是其二维软件),其工作过程都是一样,只是介质变了,但本质没变。它们都是工具画图,其工具的本身没有设计思想。用AutoCAD画图只能冠以计算机辅助设计;那么同理,铅笔、图板、丁字尺也能冠以文具辅助设计。三维设计与二维设计一样,首先分析在整个设计过程中,体现主要设计成分的是设计师还是计算机。如果是设计师,而计算机偏重于表现,通过表现来帮助设计师完善设计方案,那么,计算机在整个设计过程中所承担的是一个辅助角色,也是属于计算机辅助设计。那么何谓计算机三维设计呢？当然是要强调“设计”二字,而不是“画图”。由计算机来完成整个或者部分的设计过程。
我们知道任何一个物体至少都应具备这样两个属性,一是几何属性;二是物理属性。以一个阶梯轴为例来说明此问题,它的几何属性是指它的外形尺寸,各段的直径与长度、键槽的尺寸等;它的物理属性是指它的材质、重量、强度、硬度等。如果设计师设计了阶梯轴的几何属性(或称几何参数),那么计算机将通过计算,最后给出它的物理属性。设计师可以通过这些物理属性检查是不是满足该阶梯轴的设计性能要求。 如果设计师给定了阶梯轴的物理属性(或称设计参数),那么计算机将自动给出该阶梯轴的几何属性。设计师可以通过约束条件等因素确定其外形尺寸。但是在设计过程中这两个属性始终是相互关联的,相互确定部分参数,再得到另外的参数。设计的过程,也是这两个属性相互补充的过程。而三维设计的结果可以直接进行计算机的辅助工程设计,即CAE工程。如进行局部受力的有限元分析、运动分析、碰撞变形分析、热应力分析等;也可以进行CAPP工艺。即计算机辅助工艺。利用计算机CAE的结果,进行各种分析之后确定所设计的产品确实满足设计要求,经过次数相对较少的中试之后需要形成制造工艺,此工艺直接采用三维软件形成的数据库,结合企业资源计划ERP形成单一数据库的制造工艺。此工艺绝非是二维图纸出图-晒图形成的纸质工艺,而是立体的、涵盖各方面综合数据的全面的工艺数据。它考虑了从上游产业链的原材料资源数据,到企业制造数据再到下游市场数据的全面而综合的数据库数据。这样的工艺可以满足现代产业发展的需求。而CAM,即计算机辅助制造则直接将CAPP的工艺,通过计算机网络直接传送给制造单元,如数控加工中心进行集成制造。上述过程被称为4C。即CAD-CAE-CAPP-CAM。三维CAD设计是4C的核心。
3 掌握三维设计技术提高机械专业毕业生的毕业设计水平
笔者从1982年大学毕业至今,从最初的丁字尺、三角板、铅笔到AUTOCAD、CAXA电子图版的二维设计到如今工业设计中普遍采用的三维软件设计,多年的实践中体会到,传统的二维设计已经无法满足现今工业设计的需要,只有三维设计才是工业设计的出路所在。如果将来毕业后进行技术工作,必须进行三维软件的学习并通过课程设计、毕业设计等环节来加深对三维软件设计的深入掌握。
由于在设计中采用三维软件,学生能够更好地领会课题并充满兴趣地使用所学到的三维软件进行辅助设计。也仅有通过三维设计,使学生更好地设计出更符合工程实际需要的设计作品来。通过笔者多年的实践,好的毕业设计或课程设计源于对专业知识的综合运用。但能够使用三维软件设计出来的产品将会使优秀的设计锦上添花,更上一层楼。毕业设计是机械专业毕业生对四年大学所学知识的综合运用与掌控过程,任何走过场的现象都会造成学习资源的浪费,为今后的就业造成隐患。而平面的绘图仅仅能够描述图纸的尺寸线条,对于运动干涉、强度设计、有限元分析等三维技术独有的设计技术,无从把握与熟悉,更加需要提及的是三维制造与虚拟设计的技术及对理论设计的检验也无从下手。这些技术仅仅只有三维设计技术才能独有。因此,对于熟练掌握与运用三维软件技术是毕业生进行全面而综合设计的重要工具,仅有通过三维设计,才能更好地体现现代设计理念与掌握现代设计的精髓所在。因此,掌握三维设计技术,是提高机械专业毕业生毕业设计水平,使其得到全面锻炼的必由之路。
参考文献
【关键词】数字化 工艺设计 装配仿真
数字化装配仿真技术在产品的设计阶段，实现虚拟产品的预装配，验证和改进产品的装配工艺过程，生动直观地展示产品的可装配性，从而提高产品的装配效率，减少装配时间和费用。数字化技术的应用从根本上改变了传统的飞机设计和制造方式，大大地提高了设计水平，最大限度地避免了设计漏洞和缺陷，减少了返修率。近年来，国外飞机数字化装配技术的研究主要集中在装配分析与仿真、装配数据管理、装配工装夹具设计制造以及自动化装配等方面。装配过程仿真与优化技术的使用使波音、 空客取得了显著的效益，比如空客典型部件的装配周期缩短了60%，装配工艺的设计周期缩短了30%～50%，装配成本却减少了近20%～30%。
一、传统装配设计存在的问题
（一）装配工艺设计仍然停留在二维方式
传统的工艺设计是由设计人员在头脑中想象出三维装配空间，以及设计装配顺序，然后再用二维的方式描述出来。传统的工艺设计质量主要取决于工艺设计人员的高超的技术水平和丰富的设计经验，操作人员则要根据设计人员的设计文件以及二维工程图纸，在大脑中还原设计人员构建的三维装配空间，进而理解装配顺序及需求，如此设计非常容易在设计人员与操作人员之间产生偏差，造成严重的装配错误，因此，二维模式的装配工艺设计严重阻碍了制造业的快速发展。
（二）缺少科学的工艺设计优化方法
传统工艺设计主要以二维的设计为主要模式，工艺设计的修改和优化周期较长，方案的优劣主要取决于设计人员的工作经验，缺乏科学的研究方法，没有定性定量的分析，制造工艺水平因人而异，会增加制造周期和制造成本。传统工艺设计中制造资源的二维描述可能导致设计过程中对细节设计的淡化，不能充分利用三维CAD数据，不能完全消除工艺设计转换造成与产品设计数据的不一致性，难以实现工艺设计的继承性、规范化、标准化。
（三）无法进行一些三维工艺设计
工艺设计环境不具备三维工艺验证能力，不能用三维的方式准确的检测工艺设计过程中存在的错误，还可能会导致装配中装配顺序是否合理、工艺设备是否满足需求、操作空间是否要开敞等一系列的问题，直到在生产试制阶段才会发现。任何一个环节出现了问题，都会影响飞机制造的进度和质量，进而造成巨大的损失。
二、数字化装配设计和仿真
（一）ARJ21中央翼组件特点
ARJ21中央翼组件式飞机上机身与外翼对接部位，是全机对接基准件。该组件有一些特点，比如定位精度要求高，协调部位多，工人操作困难，工装定位器多等，使得工艺设计过程更细致，也更复杂。如果按照传统工艺设计模式，不仅不能在规定时间内完成中央翼工艺准备，而且可能因为考虑不周、经验不足等原因造成试制过程停工，甚至返修等严重问题。
（二）工艺规划设计
我们采用DELMIA软件来进行设计，在DELMIA的数字化工艺设计模块支持下，将产品数据导入到数字化工艺设计环境，直接使用产品数字化数据进行工艺设计，能够有效提高设计效率，保证产品数据的准确性和唯一性。工艺规划设计方法有两种：
方法一：1在数字化工艺设计模块，以设计树为基础来构建工艺树；2在数字化工艺仿真模块浏览三维装配顺序；3根据三维模拟效果，在数字化工艺仿真模块下修改工艺组件定义及装配顺序；4根据三维显示，在数字化工艺设计模块直接修改工艺组件定义。重复123步骤，直到获得满意的规划设计并记录下装配工艺设计模型。
方法二：1在数字化工艺设计模块命名工艺装配件；2在数字化仿真模块，拆分设计装配模型获得装配顺序；3在数字化工艺仿真模块，浏览三维动态装配顺序，修改并完善工艺组件定义，直到获得满意的规划设计并记录下装配工艺设计模型。
（三） 装配过程仿真及结果输出
在数字化工艺设计模块对装配过程进行实时仿真与分析，然后优化飞机零部件的装配顺序以及装配路径、装配操作姿态、工具使用方案等，检验装配工具的可达性、装配操作空间的开敞性，为产品设计、工装设计、工艺设计提供可靠的依据。数字化的装配工艺设计输出结果十分丰富，可以实现我们想象的大部分形式。可输出AVI文件，比如详细装配操作AVI文件等。还可以输出各种形式的报表，比如输出包含零件三维信息的文件等。
三、数字化工艺装配技术特点
（一）工艺设计特点
首先，数字化装配工艺设计以产品设计数据为源，在工艺设计数据的基础上，通过增加和补充工艺设计内容的方式来建立符合要求的工艺装配模型，使得工艺效率得到大大的提高，同时也保证了产品数据的前后一致性。其次，数字化装配工艺设计的工艺人员很容易能够获得相关的制造资源的详细数据，这不仅为工艺设计提供了坚强有力的支持，在很大程度上使工艺设计更加标准，更加规范，而且使工艺设计的效率大大提高，质量也得到了保证，同时也降低了制造成本。然后，二维设计与三维设计相互结合，汲取各个的优势，使工艺人员可以以多种方式完成并完善工艺设计，工艺优化简单而且有效。此外，数字化装配工艺设计有各种各样的输出形式，工艺人员不需要接受培训就可以方便地使用相关的设计数据，这将在很大程度上提高产品数据利用率，保证工作效率。
（二）过程仿真特点
装配过程仿真是当前先进产品设计的验证、优化手段。DELMIA的数字化工艺仿真系统具有优秀的特性，可以使工艺人员更直观、定性、定量的分析每个工艺设计细节，可以将以前大量的再试制过程中验证、优化的设计结果提前在计算机网络环境中模拟，这种方式不但可以提前发现问题，而且可以通过科学测量和分析手段，设计比较合理的改进方案。
比如在装配仿真过程中发现的部分工艺设计问题：1中央翼下壁板距型架地板约1350mm，操作人员很难把工具钻进中央翼里进行相关工作，为此可以在工装对称两侧分别增加一个高约800mm的活动梯，方便操作人员的进出。2操作人员需要拿着工具进入中央翼里工作，我们在仿真分析中分析得到右腿与上部躯体夹角106.53度，接近极限113度，工作环境极其恶劣，可以根据仿真结构，更改连接方式，尽最大程度的改善操作人员的工作姿态。
四、结束语
数字化装配技术在制造业中起着举足轻重的作用，是产品制造过程中的关键工序。数字化装配仿真技术有着强大的优势，可以大大缩短产品的开发时间，提高产品的生产质量，还可以降低产品生产成本，可以检验装配顺序。
近年来，科学技术与信息技术迅猛发展，传统的设计方法逐渐地被现代的科学的设计方法所取代，国内投入大量的人力物力财力进行新的设计方法的探索与研究，在机械系统中，数字化装备仿真技术的得到了广泛的应用。产品数字化制造的基本前提是数字化的工艺设计，产品设计是制造业的灵魂，只有高质量的产品设计方案，才能进行高质量、高标准的数字化制造。在我国，大力推广仿真技术应用能力建设已经成为贯彻科学发展观、建设创新型国家的迫切需要。
参考文献：
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关键词：逆向工程；快速成型；模具制造；反求技术；三维扫描仪
中图分类号：TP202 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）05-0053-04
1 逆向工程
1.1 逆向工程及反求技术
逆向工程，又称反求工程（RE），是以先进产品设备实物、软件（图纸、程序、技术文件等）或影像（图片、照片等）作为研究对象，应用现代设计理论方法、生产工程学、材料学有关专业知识进行系统深入的分析和研究，探索掌握其关键技术，进而开发出同类的先进产品。
反求技术是利用电子仪器去收集物体表面的原始数据，之后再使用软件，计算出采集数据的空间坐标，并得到对应的颜色。扫描仪是对物体做全方位的扫描，然后整理数据、三维造型、格式转换、输出结果。整个操作过程，可以分为以下几个步骤：物体数据化：普遍采用三坐标测量机或光学三维扫描仪来采集物体表面的空间坐标值；从采集的数据中分析物体的几何特征：依据数据的属性，进行分割，再采用几何特征和识别方法来分析物体的设计及加工特征；物体三维模型重建：利用CAD软件，把分割后的三维数据做表面模型的拟合，得出实物的三维模型；检验、修正三维模型；加工、制造三维模型。
1.2 逆向工程流程
1.2.1 三维扫描：用三维扫描仪对实物进行高精度三维测量，得到三维点云数据，输出ASC及STL文件。
1.2.2 曲面重构：利用Geomagic、Imageware、Rapidform、Copycad等逆向软件和Catia、Pro/e、Ug等设计软件读入扫描数据，对其进行数据重构。
1.2.3 数控加工：用三维软件重构数据进行数控加工出成品。或快速成型加工：扫描仪得出STL数据直接进行快速成型加工。
1.3 三维反求设备发展现状
1.3.1 第一代反求设备：三坐标测量机。精度高、体积较大、采集速度慢、测量范围受机械行程限制、设备维护成本高。
1.3.2 第二代反求设备：激光扫描设备。投射线激光，采集速度慢、测量范围受机械行程限制、扫描死角多，测量数据无法编辑、无自动拼接测量数据。
1.3.3 第三代反求设备：白光光栅式三维扫描仪。具有便携、点距小、分辨率高、精度高、采集速度较快、对人体无害、标志点全自动拼接、硬件要求低等特点。
2 快速成型（Rapid Prototyping）
2.1 快速成形技术
快速成形技术（简称RP）是由CAD模型直接驱动的快速制造任意复杂形状三维物理实体的技术总称，是一种集CAD/CAM、CNC、激光、新材料等技术于一体的现代先进制造技术。该技术改变了传统的通过去除多余材料获得零件的方法，利用分层制造、逐层累加成型的原理，可自动、直接、精确、快速地将设计思想转变成具有一定功能的原形实物零件，制造速度、制造成本与零件的复杂程度基本无关，从而可对实物零件进行快速功能验证、市场评估、修改定型。用定型零件进行模具的快速制造，可以实现零件的批量生产。因此，采用该技术可大大地缩短新产品的研制开发周期，降低研制开发的成本。
快速成型的基本过程是：首先设计出所需零件的计算机三维模型（数字模型、CAD模型）；其次根据工艺要求，按照一定的规律将该模型离散为一系列有序的单元，通常在Z向将其按一定厚度进行离散（习惯称为分层），把原来的三维CAD模型变成一系列的层片；再次根据每个层片的轮廓信息，输入加工参数，自动生成数控代码；最后由成形系统成形一系列层片并自动将它们联接起来，得到一个三维物理实体，如图1所示：
2.2 快速成型技术的特点
2.2.1 快速性。通过STL格式文件，RPM系统几乎可以与所有的CAD造型系统无缝连接，从CAD模型到完成原型制作通常只需几小时到几十小时，大幅度缩短新产品的开发成本和周期。可减少产品开发成本30%～70%，减少开发时间50%，甚至更少。
2.2.2 高度柔性化。快速成型系统是真正的数字化制造系统，在整个制造过程，仅需改变CAD模型或反求数据结构模型，对成型设备进行适当的参数调整，即可在计算机的管理下制造出不同形状的零件或模型，特别适合新品开发或单件小批量
生产。
2.2.3 技术高度集成化。快速成型技术是计算机技术、数控技术、控制技术、激光技术、材料技术和机械工程等多项交叉学科的综合集成。它以离散/堆积为方法，在计算机和数控技术基础上，追求最大的柔性为目标。
2.2.4 设计制造一体化。一个显著特点是CAD/CAM一体化。由于采用了离散/堆积的分层制造工艺，能够很好地将CAD、CAM结合起来。
2.2.5 制造自由成型化。它可根据零件的形状，不受任何专用工具或模具的限制而自由成型，也不受零件任何复杂程度的限制，能够制造任何复杂形状与结构、不同材料复合的零件。RPM技术大大简化了工艺规程、工装设备、装配等过程，很容易实现由产品模型驱动的直接制造或称自由制造。
2.2.6 材料使用广泛性。金属、纸张、塑料、树脂、石蜡、陶瓷甚至纤维等材料在快速原型制造领域已有很好的应用。
2.3 快速成型主要工艺
RP技术结合了众多当代高新技术：计算机辅助设计、数控技术、激光技术、材料技术等，并将随着技术的更新而不断发展。自1986年出现至今，世界上已有大约20多种不同的成形方法和工艺，而且新方法和工艺不断地出现。目前已出现的RP技术的主要工艺有：SL工艺：光固化/立体光；FDM工艺：熔融沉积成形；SLS工艺：选择性激光烧结；LOM工艺：分层实体制造；3DP工艺：三维印刷；PCM工艺：无木模铸造。
3 逆向工程和快速成形在模具制造中的应用
RPM技术在模具制造方面的应用可分为RP原型间接快速制模和RP系统直接快速制模，主要用于制造注射类模具、冲压类模具和铸造类模具等，通过将精密铸造、中间软模过渡法以及金属喷涂、电火花加工、研磨等先进模具制造技术与快速成型制造相结合，就可以快速地制造出各种金属模具来。
3.1 间接快速制模技术
间接快速制模技术（IRT）是将快速成型技术与传统的成型技术有效地结合，实现模具的快速
制造。
间接快速制模技术通常以非金属材料为主（如纸、ABS工程塑料、蜡、尼龙、树脂等）。通常情况下，非金属成型无法直接作为模具使用，需要以RP原型作母模，通过各种工艺转换来制造金属模具。而间接制模一般可以使模具制造成本和周期下降一半，明显提高了生产效率。
间接制模工艺依据零件生产批量大小、模具材料和生产成本有下列几种：
3.1.1 硅胶模（SRM）。适用于单件或数十件以下的小批量零件的制造，硅胶模的寿命一般为10～80件。在制作时，将表面光整处理后的RP或其他产品原型置入成型用的框内，注入硅胶，等其固化后从原型分离即得到模具。其优点是成本低、周期短、形状限制小、复制精度高，具有良好的柔性和弹性，能够浇注出结构复杂、花纹精细、无拔模斜度以及具有深凹槽的塑料件。缺点是可供成型的树脂种类有限。
3.1.2 环氧树脂模具。环氧树脂模具采用环氧树脂作为模具基材，制作工艺与硅胶模类似。与传统注射模具相比，成本只有传统方法的几分之一，生产周期也大大减少，模具制造件数达到1000～5000件，可满足中小批量生产的需要。
3.1.3 金属冷喷涂模。以成型为母模，将低熔点金属充分雾化后以一定的速度喷射到样模表面，形成一层金属壳层（即模具型腔表面，其厚度可达2mm甚至更厚），然后用铝颗粒与树脂混合材料作为背衬物起支撑作用，将壳与成型分离，得到精密的金属模具和用快速成型直接加工模具。其特点是工艺简单、周期短、模具尺寸精度高、成
本低。
3.1.4 陶瓷型精密铸造法。以RP成型为母模，用特制的陶瓷浆料浇注成陶瓷铸型，制成模具。
（1）化学粘接陶瓷（CBC）浇注型腔。用快速成型系统制作纸质母模的成型，浇注硅胶模、环氧树脂、聚氨酯等软体材料，构成软模，移去成型，在软模中浇注化学粘接陶，在205℃下固化CBC型腔，并抛光型腔表面，加入浇注和冷却系统后便制成小批量（约300件）生产用模具。
（2）用陶瓷或石膏模浇注钢或铁型腔（型芯）。与上法相似，制作模具周期不超过4周，寿命较长，可生产250000个塑料制品。
3.2 直接快速制模技术（DRT）
对于单件小批量生产，模具的成本占有很大的比重，而修模占近1/3，因此小批量生产的成本较高。较好的解决方法就是采用快速成型直接制造模具，可在几天之内完成非常复杂的零部件模具的制造，而且越复杂越能显示其优越性。
基于LOM基础的金属板材堆积成型工艺。以LOM工艺为基础，直接采用金属片材为材料，通过激光切割、焊接或粘接金属片材成型金属零件。
基于SLS基础的金属粉末堆积成型工艺。该类工艺主要是采用激光烧结或粘接剂粘接金属粉末成型，典型代表是SLS工艺。
基于FDM基础的金属丝材熔融堆积工艺。首先将能用FDM成型的金属粉与粘接剂掺匀，然后挤压成具有足够弯曲度和粘接度的金属丝材供FDM设备成型使用。金属材料包括不锈钢、钨及碳化钨。
3.3 应用实例
3.3.1 模型验证：为减少模具投入风险，利用快速成形工艺，制作样板，通过实物功能验证，以保证产品设计的正确性。
3.3.2 翻模成型：利用快速成形制造样件，然后翻制模具，具有节省时间和费用的特点。
3.3.3 钻头模具制造：传统方式，制造钻头需要通过制作石墨模具加工，成本高；如果设计出错，就会完全报废；使用快速成形制作印模，浇注硅胶模，节省时间及成本。
4 结语
RE、RP、RT技术是产品快速设计与制造系统的核心技术，并行工程、虚拟技术、快速模具、反求工程、快速成型、网络相结合而组成的快速反应集成制造系统，将成为设计与制造新技术主要的发展方向。从以上论述可以看出，快速成型技术及以其为基础的快速模具技术在企业新产品的快速开发中有着重要的作用，它可以极大地缩短新产品的开发周期，降低开发成本，降低研发风险，对所有企业都是一个特别有效地研发平台，该项技术必将得到广阔的应用与发展。
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关键词：飞机；数据管理；集成管理
飞机是当今交通运输行业的主要交通工具之一，其汇集了当今各种高新技术，可以说是人类当今工作科技发展支柱，航空产业也因此成为当今各国经济与国力的体现依据。就我国而言，航空产业的兴起也带动着材料产业、通信产业及电子产业的蓬勃发展。在飞机装备综合保障的分析与设计工作中，可靠性维修性保障性分析已成为关注的焦点。文章通过分析飞机数字化装备数据集成管理的内涵，提出了具体的实施方案。
1 飞机综合保障数据集成管理
飞机是一个集机械、电子、通导、武器等多种装备及技术的综合体。在使用过程中如何保持飞机的最大系统效能，以最少的投入来保障各装备的安全可靠的运行一直是各级部门以及装备使用和维修管理人员追求的目标。为了实现该目标，要进行有效地综合保障，必须要有能描述装备状态的准确数据。也就是说，要有大量的有效信息用于分析与决策，这就涉及到数据的集成管理。即数据是各种保障方案得以执行的前提。
飞机数字化装备数据是飞机数字化装配工艺设计、制造中所使用的制造数据的总称，它包含了工程数据、装配工艺数据、资源数据及检验数据等多个领域。其中工程数据主要指的是工程设计部门所的有关产品结构、产品物理性能、功能及设计方面的数据。装配工艺数据指的是飞机是数字化装配中所生成的各项工艺信息流。资源数据则是飞机数字化装配工艺设计、生产当中所生成的基本信息，其中包含了材料信息、设备库信息、人员配置信息及工具库等。检验数据是一个动态的过程，它随着装配业务流程的开展而不断变化，其中包含了检验测验数据、现场装置数据、数字化测量设备得出的实验数据以及误差分析数据等。
2 以数字化为核心的装配技术
飞机装配的关键在于要协调和解决好系统件装配过程中的互换问题，只有这样才能实现装配的科学合理。数字化装配技术是一种能提高产品质量、适应快速研制和生产、降低制造成本的技术。数字化装配方法不仅包括了传统数字化装配概念中工装的设计、制造及装配的虚拟仿真等，还包括了如柔性装配、无型架装配等自动化装配方法。飞机数字化装配技术是数字化装配工艺技术、数字化柔性装配工装技术、光学检测与反馈技术、数字化钻铆技术及数字化的集成控制技术等多种先进技术的综合应用。数字化装配技术在飞机装配过程中实现装配的数字化、柔性化、信息化、模K化和自动化，是将传统的依靠手工或专用型架夹具的装配方式转变为数字化的装配方式，将传统装配模式下的模拟量传递模式改为数字量传递模式，因此要首先明确以下概念：
2.1 协调准确度。
协调准确度描述的是两个系统件相互配合的实际尺寸和几何形状的匹配程度，符合程度越高该值越大。由此可见，采用的先进装配技术必须能够提高不同系统件之间的协调准确度。
2.2 关键特性
关键特性是指那些能够影响飞机系统件之间协调准确度的过程特性、零部件特性以及材料特性。它是由具体的计量和计数数据来衡量的，并根据数据制定相应的特性树从而指导飞机装配。
2.3 基于数字化标工定义的互换协调方法
数字化协调方法是一种建立在数字化标准工装定义上的协调互换方法，也即是常说的数字化标准工装协调方法，它能够保证组件和产品部件、产品和生产工艺装备、工艺装备之间形状和尺寸的协调互换。数字标工协调法的实现依赖于测量系统、数字化制造以及数字化工装设计，利用数控成形加工出定位元素。在进行工装制造时，通过室内GPS、数字照相测量、电子经纬仪、激光跟踪仪等数字测量系统实时控制测量，建立相关的坐标系统从而直接比较3D模型定义数据和测量数据，达到验证产品是否合格的目的。
3 装配数据集成模型
飞机数据装配之中需要大量的数据信息，这些信息在各个应用系统之间要及时互通共享，此时集成数据则能有效的保证业务流和数据流的互转。在飞机装配中，数据集成模型的构建主要从以下方面入手。
3.1 系统集成框架的建立
集成框架指的是在分布式、异构的计算机环境中实现信息集成、功能集成及过程集成的软件系统，这一环节通常都是以PDM作为集成平台，将CAD、CAPP、ERP、MES作为数据传输平台，从而实现内外信息的共享与互通，使信息流处于有效、有序、可控的状态。这种集成框架是以现有的数据库技术、网络技术为支撑平台来完成文档管理、项目管理和配置管理等任务。
3.2 装配数据集成实现的关键技术
3.2.1 数字化装配工艺的设计
数字化装配工艺设计的基础是基于模型的定义（MBD）技术，即用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息，作为唯一的制造依据。MBD技术根据数字化定义规范，采用三维建模进行数字化产品定义，建立起满足协调要求的全机三维数字样机和三维工装模型。工艺人员可直接依据三维实体模型开展三维工艺设计，改变了以往同时依据二维工程图纸和三维实体模型来设计产品装配工艺和零件加工工艺的做法，依据数字化装配工艺流程，建立三维数字化装配工艺模型，通过数字化虚拟装配环境对装配工艺过程进行模拟仿真，在工艺工作进行的同时及飞机产品实物装配前进行制造工艺活动的虚拟装配验证，确认工艺操作过程准确无误后再将装配工艺授权发放，进行现场使用和实物装配。在工艺模拟仿真过程中还可生成装配操作的三维工艺图解和多媒体动画，为数字化装配工艺现场应用提供依据。
3.2.2 框架系统之间的集成
现阶段的装配数据是在数字化技术的基础上，以PDM作为集成平台，这一集成方式包含了封装模式、接口模式、内部函数调用模式、中间交火模式和中间数据库等，是根据数据类型、信息操作分类及存储方法再结合管理流程、开发成本形成的一套系统集成模式。
（1）CAD与PDM集成
CAD与PDM之间的信息集成利用接口连接的方式来实现，CAD系统将产品的结构。零件信息及时、准确的反映给PDM系统，确保了两个系统数据的一致性，另外通过PDM系统内部借口，将这些文件批量导出并存储到PDM系统中，读取零件相关信息，且生成BOM结构树，与三维模型、文件等信息一一对应。
（2）CAPP与PDM集成
CAPP与PDM系统之间的集成采用了接口与紧密集成混合的继承方式，是通过DELMIA作为系统核心，以PPR-HUB作为存储器，用来存储集成产品的相关信息和工艺资源，为产品装配各阶段工艺人员使用提供了最新、最真实的数据资料。
结束语
伴随科学技术的进一步发展，装配企业的信息集成势在必行，本文通过对飞机综合保障数据集成管理分析，旨在通过建立统一装配数据模型，达到信息共享与交换的目的，但由机系统的复杂性，这一方案还有待进一步的探讨与研究。
参考文献
[关键词]机械产品 三维CAD系统 建模及关键技术
[中图分类号] TH128 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-2-109-1
传统机械制造业要想提高企业竞争力，就必须提高产品的创新能力，利用先进的技术代替传统的制造技术。将先进的三维CAD系统应用到机械产品的设计当中，对于产品的开发、工艺流程的设计等都有了很大的改进，而且很容易的就可以设计出三维机械产品的模型。
1机械产品中三维CAD系统建模的探索
1.1三维CAD系统体系结构
目前国内外有许多关于三维CAD系统建模、设计及分析的方法，例如ARIS、PERA等，这些方法论从各个角度对系统进行分析和描述。
根据国内外三维CAD系统建模方法及理论的研究，针对我国目前建模方面在实图集成和系统实施模型等内容中存在的相关问题，我国的三维CAD软件专家提出了集成化建模的方法。集成化建模方法是根据相关项目的研究建立的建模体系结构，以产品的流程模型作为体系的核心，还包括了功能模型、组织模型、信息模型等，建立起了一套完整的企业模型。所有的模型构成了一个完成的生命周期，能够体现出企业产品不断的研发和更新的过程。
1.2构建三维CAD系统功能的内容
利用统一的三维CAD系统设计平台，能够帮助公司获得相关的工作流程及数据信息，及时将研究人员所需的资料传递过去，这样可以节约时间，提高工作效率，缩短了等待数据的时间。与此同时，三维CAD系统除了能够设计计算机模型、图纸外，还可以通过统一的系统平台进行仿真模拟实验、网络编程和流程管理，形成与企业相关的知识库数据，在有限的时间内，获取最合适的资料，提高研发的决策。统一的三维CAD系统设计平台的这种优势消除了非自动化、信息堵塞以及流程不足所造成的内在滞后。
1.3并行设计三维CAD支持系统功能模型
目前大多数实施CIMS的企业，采用的都是IDEFO方法来建立功能模型。IDEFO主要是通过结构化分析方法来建模，该功能模型由许多的图形构成，它将复杂的整体分成许多的小部分，按照大小层次分解，采用图形的方式对三维CAD系统进行描述，称作三维CAD系统的模型。三维CAD系统建模仅仅处于概念性的阶段，是结构化进程的前半部分，系统工作的的主要内容是实施阶段，我们可以利用功能模型模型分析系统的组成和结构，还能够实现从模型到现实的转变。与此同时，应用IDEFO的方法对并行设计三维CAD支持系统功能，能够在三维CAD系统平台上完成制造、装配、特征建模的功能设计。
2机械产品中三维CAD关键应用技术
近年来，随着机械产品开发过程中新技术的应用，三维造型技术、虚拟技术等新的理论已经逐渐代替了传统的结构设计方法，所以将三维CAD技术功能与机械产品的开发相结合，在机械产品研发中建立CAD系统软件平台，采用先进的CAD系统软件技术有利于推动机械设计技术的发展，提高产品的质量、降低研发成本。
2.1将三维CAD建模技术与机械产品模型相结合
机械产品的设计就是产品模型的改变，各种模型相互映射，且受到各种条件的限制。在对产品进行评估时，必须以大量的工程实例为依据对产品的结构、性能以及工艺进行审查。在产品设计的过程中，由于产品设计的目的、对象和约束条件的不同，得到的产品设计模型也大不相同。因此，根据产品设计模型的不同，对产品的设计人员进行分配，由产品的总设计师给出机械产品设计的概念和功能模型，再由其他的设计人员对产品进行模型设计。在产品进行模型构造的各个时期，主特征模型作为产品设计中最重要的模型，是连接上游和下游设计的一个纽带。产品设计过程中的构思、概念、结构设计、制造工艺等每一个环节都需要设计人员进行详细的计算、分析和评价。而产品模型就是将产品的概念设计转变成产品结构、组成、制造工艺的一个真实表达。
2.2将三维CAD装配建模技术与机械产品装配相结合
机械产品的装配模型就是产品由理论设计到零件设计，而且还能够准确的完成不同机械产品装配体设计的参数、层次以及信息的产品模型。产品模型包含了产品零部件之间的的层次和装配关系，还包含了不同机械产品装配设计参数之间的相互约束以及传递关系。产品模型是机械产品设计的核心，是产品在设计和开发过程中的最有用的工具。
机械产品装配模型的目的主要有两个方面。第一，能够使三维CAD系统为机械产品的设计过程提供全面的支持；第二，产品装配模型能够给新的三维CAD系统的装配自动化和工艺设计提供数据资料，并完成对设计的产品进行分析。
2.3将三维CAD系统软件设计技术与产品设计流程相结合
机械产品的结构设计中包含了概念设计、结构设计、工程图纸的绘制、性能参与以及产品制造工艺等。在进行零件设计时，首先要考虑零部件之间的约束关系，在对产品的整体设计完成后，再考虑每个零件的设计。目前在三维CAD系统中可以采用bottom-up设计过程和top-down设计过程来完成将设计好的零部件装配成产品的过程。
3结语
机械产品的开发过程十分复杂，采用三维CAD系统建模的方式建立产品模型，根据我国软件专家提出的集成系统建模的思想，将机械产品开发三维CAD系统软件相联系，建立起系统体系结构，并以流程模型为核心，其他模型为辅助模型，建立起了机械产品设计结构模型。
参考文献
[1]鹰胡钟.基于Gu的汽车纵梁模具cAD技术的研究[J].吉林工业大学，2009（12）.
机械制造工艺学课程设计是学完机械制造工艺学课程后进行的一项实践训练，目的是使学生运用所学基本理论和生产实践的基本知识去解决工艺及工艺装备设计的实际问题，要求学生结合先修课程的知识，如机械制图、工程力学、工程材料、互换性与技术测量、机械设计基础、机械制造工艺学等，能够综合运用所学的基础理论知识和专业技术知识，联系工程生产实际和零件的具体工作条件，设计合理的工艺工装，同时需要查阅大量的机械设计手册、国家标准等相关资料。因此，机械制造工艺学课程设计在培养学生的综合设计能力和创新能力所需的知识结构中，具有十分重要的地位，同时要求学生能独立编制一个中等复杂程度的机械零件加工工艺规程，设计其中一道工序的工艺装备(夹具)，以培养和锻炼学生的实际动手设计能力，提高学生在设计计算、绘制工程图、运用设计资料、进行经验估算、考虑技术决策等机械设计方面的基本技能以及机械CAD技术［1］。
对于机械制造工艺学课程设计的实践教学，需要进一步研究教学改革方法，以适应我校应用型本科人才培养目标的要求，应用型本科教育在培养模式上，以适应社会需要为目标，以培养技术应用能力的应用型人才为主线设计学生的知识、能力、素质结构和培养方案，以“应用型”为主旨和特征构建课程和教学内容体系，重视学生的技术应用能力的培养［2－3］。
1课程设计的内容要求及存在的不足
1．1课程设计的内容要求
我校开设机械制造工艺学课程设计的对象为机械类专业(包括机械设计制造及其自动化、机械电子工程、材料成型及控制工程)的学生，课时安排为两周(28学时)，具体内容是编制一个中等复杂程度的机器零件加工工艺规程，设计其中一道具体工序的工艺装备(夹具)，主要包括以下几个方面［4］:(1)确定生产类型，分析零件工艺性。(2)确定毛坯种类及制造方法，绘制零件毛坯图。(3)拟定零件的机械加工工艺规程，包括:选择各工序加工设备及工艺装备;确定工序尺寸及公差;计算各工序切削用量;计算时间定额;绘制工序简图等。(4)填写工艺文件。(5)设计某一道工序所使用的专用机床夹具，绘制夹具装配图。(6)撰写设计计算说明书。
1．2课程设计存在的不足
根据我校机械相关专业的机械制造工艺学课程设计的具体内容，大部分学生在进行课程设计过程中采用传统设计模式，即主要体现在绘制二维工程图环节里采用手工绘图。在课程设计教学过程中，发现学生的空间想象能力和工程实践经验缺乏，创新点更为欠缺，因此学生的设计结果质量不高，具体存在的不足从以下几个方面分析，主要体现在:
(1)从课程设计的内容分析
从上面分析我校机械类专业开设的机械制造工艺学课程设计的内容来看，与国内大多数高校机械类相关专业的一致，设计题目较成熟，与之配套的指导书、参考资料等也较完整，形成设计过程规范化的一种模式，因此，学生在进行课程设计过程中，根据课程设计指导书和参考资料上的步骤进行设计计算，并撰写设计说明书，也正是因为这种教科书式的模式下导致学生的设计理念单一，设计的产品缺乏创新性。
(2)从设计手段分析
设计手段主要是人工计算和手工绘图，人工计算不仅浪费了大部分时间，而且容易出错，发现错误返回修改等工作比较繁琐复杂，大大影响了设计效率。同样，手工绘图效率较低而且返回修改也很累赘，这与现代设计理念相违背，不能满足现代设计的要求。手工绘图导致学生出现局限于二维设计、空间想象能力无法拓展的情况，仅从二维空间去了解设计过程，无法提升到三维空间层面，对夹具体零部件之间的装配关系、运动关系等认识不充分，由此对夹具体的整体设计与装配过程缺乏全面的了解。
在这种设计手段模式下，学生与专业软件(如CAD、UG、Pro/E等)的应用脱节，同时对整个设计方案和结构创新设计的考虑较少，也不利于学生对专业软件知识的掌握及将专业软件应用于工程设计的能力培养，更加制约了学生创新能力的提高。
(3)从学生自身因素分析
课程设计要求学生能够综合运用所学的基础理论知识和专业技术知识去解决工艺及工艺装备设计的实际问题，并需要查阅大量的机械设计手册、国家标准等相关资料，而部分学生专业课程知识却不够扎实，如机械制图、工程力学、工程材料、互换性与技术测量、机械设计基础、机械制造工艺学等课程，对专业课程知识的综合应用能力更为薄弱，导致最后完成的课程设计质量不高。
2课程设计改革的具体措施
针对目前我校机械相关专业的机械制造工艺学课程设计存在的不足之处，结合我校应用型本科人才的培养目标，从实际出发，提出以下几个改革措施:
(1)改革课程设计内容
在保证工作任务要求、设计难易程度大致相同的情况下，扩大课程设计选题范围，增加学生自主选题，从以下两个方面考虑:第一，结合机械类专业的学科竞赛主题，如大学生创新创业训练计划项目、大学生工程训练综合能力竞赛、机械创新设计大赛等，以参赛作品的某些零部件作为课程设计内容对象;第二，结合校企合作项目，以广州圆大智能设备有限公司生产的工业机器人主要部件作为课程设计内容对象。由于设计内容对象来源于生产实际的工程项目，因此可以提高学生对课程设计的兴趣，更能挖掘学生对工程设计的创新能力。
(2)改变设计手段
充分利用专业软件工具，在绘制二维工程图环节要求学生利用CAD或UG，根据我校应用型本科人才培养目标，我校机械类专业的人才培养方案中，开设了CAD、UG两门课程，学生已经掌握CAD和UG操作的基本技能，为了能使二维工程图与三维实体的关联性，推荐使用UG软件建立三维模型和制作二维工程图。
UG是Unigraphics的缩写，是一个交互式的计算机辅助设计与计算机辅助制造系统，集CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CAE(计算机辅助工程分析)于一身［5］。UG具有强大的工程制图功模块，依据三维实体模型可制作出符合国家标准的二维工程图，此外通过UG的装配模块能实现对产品进行模拟装配和干涉检查，以检验零部件设计的合理性。将三维设计软件UG应用于课程设计，使三维建模与二维工程图紧密结合，大大提高学生使用三维软件进行自主设计的能力，并改善设计质量，最终促进教学效果的提高。
(3)加强学生专业课程知识的学习
由于课程设计综合运用多门专业课程的知识，如机械制图、工程力学、工程材料、互换性与技术测量、机械设计基础、机械制造工艺学等课程，因此，在开展各个课程的教学过程中，老师应当从理论教学和践教学上严格要求，同时多结合工程项目实际案例，以培养学生将专业理论知识应用于工程实践的能力，为后续进行课程设计打下坚实基础。
3UG在课程设计中的应用实例
以CA6140车床后托架为例，其三维模型，该零件安装于CA6140车床床身的尾部，起到支撑的作用，以防止丝杆和光杆下垂，保证在工作循环中，保持水平，托架的结构形式同活动钻模版相似，但其作用仅在于支撑丝杆和光杆，托架不起直接保证加工精度的作用，但它却直接影响机床能否正常的工作。在完成编制零件加工工艺规程、设计参数计算以及设计两道工序的夹具(镗φ40+0．02050孔、钻φ6和M6孔)之后，运用三维软件UG对两副夹具体进行三维设计。
摘要:当前，三维CAD技术被越来越多地应用到机械设计中去，开展新形势下CAD技术和机械制图的教学研究是必要之举。基于此，本文分析了CAD技术三维化的影响，介绍了三维建模的方式，并据此提出若干提升教学效果的措施。
关键词:CAD技术；机械制图；教学；三维CAD技术
随着信息技术的不断发展，三维CAD技术被越来越多地应用到机械设计中去，作为一种辅助设计技术，三维CAD改变了制造业的理论和技术，使人们的思维和工作方式都发生了很大的变化。为了适应现代化设计制造、培养出较高素质的机械设计人才，我们有必要对新形势下的CAD技术和机械制图的教学做出研究。
1 CAD技术出现了三维平台为设计制造提供了方便
传统的二维设计平台虽然设计者脑中已经形成了设计产品的三维图像，但是受到技术条件的制约，只能把脑中的三维图像以二维的形式表现在设计图纸上，只有根据多张产品设计的二维图纸才能想象出图纸中所表达的三维产品，有时在图纸翻译的过程中还会遗漏一些产品设计的信息，可见二维设计平台有其弊端。
现代CAD技术为设计制造提供了一个三维平台，设计者对脑中已经形成的设计产品的三维图像可以通过CAD软件表现于电脑屏幕上，三维平台不仅能表现出设计产品的三维图像，还能直观地看到产品各个零部件的材质以及不同零件之间装配关系，因此，CAD技术支持下的三维平台改变了传统的设计制造的概念。
计算机图形和CAD技术教学已经被引入到制图教学中，但是效果却不如预想的那么好，在实际的产品设计中，产品实体造型软件应用较少，学生们更多的还是使用传统的二维绘图软件。
2 三维建模的方式
三维CAD系统与二维CAD系统不同，三维CAD系统提供多种产品的实体造型和特征造型的功能，在产品的设计过程中，可以实现产品的拉伸、旋转、打孔、阵列等多种功能，也可以采取多种方式对产品进行三维建模。
2.1 满足设计要求和工艺要求的建模方式。一个完整的产品是有多个零部件构成的，从产品零部件的设计角度来看，零部件在产品中发挥的功能作用直接决定了零部件的整体结构，因此应该充分考虑到产品装配的相关性。从产品零部件的设计共计角度来看，零部件的工艺，如倒角、退刀槽等也直接影响着零部件的局部结构。
特征互相叠加、形成特征树是三维建模过程的主要要素。这些特征之间有着密切的关系。例如特征之间父子关系，子特征的体现必须依赖父特征的存在；父特征在发生修改等变化时，子特征也要随之变化。例如图1（a）所示的是一个轴，从设计的角度来看，要求轴必须有4个轴段；从加工工艺来看，要求轴必须经过倒角和退刀槽等工艺步骤；轴左侧的倒角和退刀槽是左侧轴段子特征。使用旋转和拉伸的方法对各个轴段进行建模，最后使用布尔
运算将设计出的4个轴段相连。
2.2 适应机内造型的建模方式。为了使产品的内部零部件的结构清晰、便于修改，可以使用多种方法对内部零部件进行建模。例如：
2.2.1 简化建模过程的结构，对零部件进行建模的过程中要尽量减少零部件的特征数量，减少各个零部件之间的布尔运算。例如，图1（a）表示的轴，可将图1（b）所示的面绕旋转轴旋转生成，各轴段与倒角和退刀槽一次同时形成。
2.2.2 将具有功能相同特征相同的设计特征组合在一起。
2.2.3 为了避免相同的操作多次使用，将多种不同的特征相组合，最后进行统一操作。
2.3 三维建模的教学安排。在教学的过程中，应该对建模方法的顺序做出合理的安排，为了更好的培养学生的工程意识，首先，在学生实际设计制造的前提下，让学生学会满足制造工艺要求和设计标准的建模形式。其次，学生应该学会机内造型的建模方式，并且学生要通过计算机内部建立数字化集合模型，并进行三维模型显示的原理、灵活多边的建模方法。这对于发散思维、创新思维大有益处。
针对机械设计专业知识举出比较薄弱的学生，应该淡化学生对产品工艺专业性的要求，并且把如何设计产品的三维形状作为重点。给学生留的二维环境下的机械制图方面的作业，可以更好的帮助学生消化所学的概念性内容，但是学生的创造性思维也将受到限制。三维环境下的机械制图方面的作业，可以让学生在设计产品的过程中，对产品的存在的内部缺陷进行修改，极大的激发的学生们的创造欲望，同时也很大程度开阔了同学们的视野。
3 改变教学方式
3.1 以“体”为中心。在实际的教学中应该以“体”为中心，因为学生对立体感的图形比孤立的图认知能力更好，所以我们应该从三维物体本身着手，将原来的点、线、面教学方法整改为抽点、抽线、抽面的教学方法。
将点、线、面、体组合成多种三维图像和二为图像，增强学生这图形组合能力的训练，可以增加学生对常见三维图形的记忆，从而增强空间思维能力。
3.2 适度地增减教学内容，适应现代设计制造技术。有些教学内容可以适当的降低其内容的难度，例如机械制图中相贯线的相关内容，这些内容对培养学生的空间三维能力不能起到很好的作用，而且在三维CAD中，输入关键数据后相贯线也能自动生成，因此对于这些内容，我们只需掌握其概念和基本画法就足够了。
因为CAD系统提供了全面的标准件库，因此对于螺纹等标准件的教学内容也可以适当的做出修改。
关键词：职业院校；CAD/CAM；软件应用；分析
中图分类号：G712 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2012）07-031-01
一、职业院校应用CAD/CAM软件必要性分析
现代企业机械产品的工艺设计方法及加工方法以从平面设计走向模型设计。这样便于实现智能化，实现信息的共享，并且易于向整个生产系统提供信息，共享特性；实现管理、设计、实施人员在同一模型上工作，减少不必要的条件传递与确认，可将项目过程中产生的所有信息及设计全过程利用现代制造手段有效地管理起来；确保和提高产品质量，将手工作坊式的作业方式变为流水线协作作业方式，大大提高工作效率。即为CAD/CAM软件应用模式。
随着中国向制造业强国迈进的步伐不断加大，使市场对机械尤其是掌CAD/CAM软件应用能力的工艺人员需求急剧增加。目前掌握数控加工工艺的机械加工工艺人员已出现青黄不接的局面，机械加工经验丰富的老工艺人员很多对数控加工了解有限，掌握数控加工技术的青年工艺人员的机械加工经验又相对匮乏，符合用人企业要求的中青年数控加工工艺人员供不应求。优秀的掌握数控加工工艺的机械工艺人员因此成为市场上的紧缺人才。作为技能教学型高校的职业院校的制造类专业，承担着学生与现代工业生产水平相对应的设计、制造、运行、实施、开发、管理能力和素质的训练任务；与现代科技发展水平相适应的生产技能开发能力和创新能力的训练任务；与现代工程相适应的质量意识、安全意识、环境意识、竞争意识和协作意识的培养任务。CAD/CAM软件是支撑学生从操作员岗位向车间技术和生产管理岗位迁移能力训练任务的适用工具。
二、职业院校CAD/CAM软件应用前景分析
CAD/CAM软件应用在CAD方面主要包括：二维绘图、三维造型、装配造型、有限元分析和优化设计等。在CAM方面,目前普遍应用的是数控程序编制。
CAD/CAM技术应易于采用多媒体教学，能突破视觉的限制，多角度地观察对象，便于突出重点，图文并茂，有利于突破教学难点；教、学、做一体有助于方法的掌握；行为导向，可以最大限度的调动学生的注意力和兴趣。人机交互界面，学生有更多的参与，学习更为主动，并通过创造反思的环境，有利于学生形成新的认知结构；重复再现，可以使针对不同层次学生开展分层教学。
CAD/CAM提供从设计、制造、测试到管理一体化的解决方案，建立起计算机三维造型、工艺分析、仿真模拟、加工处理的集成系统。这有助于专业课程体系的分析与系统设计，教学成本的降低，教学效果的提高。
CAD/CAM系统包括专家系统、经验储存、智能库、推理规则和自动学习功能。这将为学生利用信息、采集信息解决实际问题，提高了宝贵的知识和经验。
三、CAD/CAM软件在不同专业的应用方向分析
在职业院校机械类专业中CAD/CAM软件应用较为集中的专业包括：模具设计与制造专业、数控技术专业、专业机械制造专业等，一下就其应用方向进行分析。
模具设计与制造专业
由于模具属于单件小批量生产，产品质量要求高，加工时间长等特点，使得模具制造行业成为最早使用CAD/CAM软件的行业之一。CAD/CAM技术能使模具设计与制造借助于计算机对产品结构、成型工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。其中在教学设计中应侧重在铸造模领域重点关注铸件的温度场分布，应用CAD/CAE/CAM软件主要进行三维复杂形状铸件的充模过程模拟，并能将流动和传热过程相耦合，其次是铸造工艺及模具结构设计。在锻模领域，在锻造工艺过程设计、锻模结构设计和金属流动模拟等方面应用广泛。在级进冲模领域，主要钣金零件特征造型、基于特征的冲压工艺设计、模具结构设计、标准件及典型结构建库工具和线切割自动编程。在汽车覆盖件模具领域。在塑胶模具领域的应用基于特征的参数化实体/曲面造型技术。
数控技术专业
数控技术专业主要承担着培养数控加工的工艺设计与实施任务，软件一般具有建模功能。根据加工策略的不同分为二维、二维半和三维CAM软件，制造软件生成标准的G代码，通过传输代码指挥数控机床工作。主要包括模型构建、设置加工环境、设置加工工序、生成轨迹文件及后置处理等。其模型应具有精确性，能真实反映加工表面的形状和大小技巧精度要求。可以只针对加工表面和干涉表面进行模型构建，涉及线框、曲面和特征建模。
专机制造专业
由于专机具有设计周期短、产品改型多、设计流程相对固化的特点。注重直接建模技术、增强二维草图方案，形成自顶向下设计方式 ，系列化设计，大装配管理 ，二维工程图等。还要强调由三维模型自动生成的二维模型。
参考资料
