導讀：簡要闡述了MBD的概念及意義，指出三維模型標註出現及發展的必然性。基於NX8.0平臺，應用PMI功能的具體實例說明MBD技術在三維模型標註上的實施。以Visual Studio 2010為開發平臺在NX原有功能的基礎上。對基於MBD三維標註系統的粗糙度和幾何公差模塊輔助工具進行了開發。針對三維標註出現的“刺蝟”現象。提出了對信息分組、分視圖顯示的有效組織和管理方法。
基於NX8.0平臺，應用PMI功能的具體實例說明MBD技術在三維模型標註上的實施。以Visual Studio 2010為開發平臺在NX原有功能的基礎上。對基於MBD三維標註系統的粗糙度和幾何公差模塊輔助工具進行了開發。針對三維標註出現的“刺蝟”現象。提出了對信息分組、分視圖顯示的有效組織和管理方法。
引言
二維工程圖是產品設計製造信息傳遞的主要載體。也是現代設計製造企業中傳統的設計方式。大部分企業在進行產品設計時。設計人員在大腦中構思出三維的設計模型，再利用二維繪圖軟件建模並將其轉換為二維工程圖紙傳遞給工藝部門；工藝人員看到二維圖紙後根據圖紙的信息將其轉換為二維工藝規程傳遞給工裝設計部門；工裝設計人員進行工裝設計，最後傳遞給下游的製造部門；製造者根據前面提供的所有產品信息，最終將其加工出來。生產流程如圖1所示。在這個過程中，由於軟件之間的差異以及二維與三維模型之間的多次轉化可能導致信息不一致，違背設計意圖等情況，此過程中任何一個微小偏差都會導致最終產品不合格，在此過程中哪個環節出現問題可以直接反饋給相關部門，該部門進行審定後再進行下一步的生產流程。
圖1 傳統設計產品生產流程
隨著現代科學技術的快速發展，國內外摒棄了傳統的設計方式，三維設計模式的日益普及，逐漸引進了MBD技術．將三維產品設計幾何信息與非幾何信息完全集成到三維模型中。基於MBD的三維模型數據更能直觀地表達設計者的意圖，減少理解偏差導致出錯的機率，從而縮短產品的生產週期，降低生產成本，其次在表達信息上三維比二維模型所需圖樣更少，重要的是工程技術人員無需再進行二維與三維模型之間的轉換，從而實現了設計製造一體化。
1 基於MBD的三維模型信息標註
MBD即基於模型的數字化定義．其核心思想是用集成的三維實體模型來完整表達產品定義信息的方法，它詳細描述了三維實體模型中產品的尺寸、粗糙度、公差標註、基準、技術要求等非幾何信息，形成了一套完整的三維工程圖。它是三維模型作為生產製造過程中的唯一依據，改變了傳統以工程圖紙為主，以三維實體模型為輔的研製模式。MBD的模型結構如圖2所示。
圖2 MBD模型結構
2 基於MBD三維信息標註技術的開發
2.1 基於PMI的三維信息標註
(1)PMI的標註方法
NX提供了一個標註三維模型信息系統的功能PMI(產品製造信息)，它可以標註模型的尺寸、粗糙度、公差等多種信息。本文以NX8.0環境下建立的零件MBD模型為例，應用了NX的PMI功能。具體操作步驟：點擊開始選中PMI產品製造信息，單擊產品製造信息菜單欄會出現很多子菜單選項，包括尺寸、註釋、表面粗糙度和基準特徵符號等選項。根據用戶需求標註所需的信息，最終給出零件的整個註釋信息。
(2)三維信息的發佈
基於模型的數字化定義中，通過應用NX中的PMI功能，遵循DB／T24734—2009標準要求。對某零件進行了三維數字化模型的詳細標註，包括它的幾何信息與非幾何信息，它能夠在三維模型上直接創建、讀取和查詢設計及製造信息，同時也可以將這些信息傳遞給製造人員進行產品的生產。一般三維模型對三維圖樣的發佈有2種方法：
①屏幕硬拷貝方法；
②NX的製圖功能將三維圖形及所有PMI信息“所見即所得”的投影到製圖環境中的方法。本文應用第2種投影製圖法對零件進行了發佈如圖3所示。
圖3 投影製圖法
(3)PMI樹形結構
PMI的所有註釋信息都能在視圖上進行，並且視圖中的每一條PMI數據都能在該視圖上索引到，這樣就構成一個樹形結構，利於工藝信息的特徵識別，從而更有利於實現機加工三維設計與三維CAPP的無縫對接，為CAD、CAPP、CAM無縫、高效集成創造了條件。在一定程度上方便了後續標註信息分類管理與查詢，能夠從中提取信息再分解，建立工藝信息與幾何對象的關聯關係，並建立特徵的空間位置關係。上述零件的PMI屬性結構如圖4所示。
圖4 PMI數據的管理
2.2 基於MBD三維標註輔助工具的開發
基於MBD技術下PMI功能目前還不太完善，許多三維標註還沒有得到及時地更新，現有的功能也不能完全滿足企業的需求，所以本文針對PMI功能的不足。以NX為開發平臺，對粗糙度和形位公差功能進行了開發。
(1)三維標註菜單的開發
NX軟件提供了二次開發接口，通過應用Visual Studio 2010為開發環境，以NX為開發平臺。在NX原有功能的基礎上，進行了三維標註系統上的開發，構建了符合國家標準的粗糙度、形位公差模塊的輔助工具。在確定零件註釋的方向後，可以直接調用開發的標註模塊對零件進行標註。具體開發流程如圖5所示。
圖5 開發流程框圖
(2)粗糙度及形位公差界面
本文在NX本身標註的基礎上開發了粗糙度及形位公差輔助工具。圖6為開發的粗糙度及形位公差標註模塊的界面。
圖6 粗糙度及形位公差界面
3 基於MBD的三維模型標註信息的管理
對複雜的零部件，三維標註的信息量較大。會在三維模型上形成三維標註信息的“刺蝟”現象，使製造信息表達不清楚，造成機加過程中信息難以識別等問題，所以要對標註信息進行有效的組織和管理。本文利用Visual Studio對NX開發了標註信息管理界面，提出了對信息分組、分視圖顯示管理的有效方法。具體步驟：
STEP1：創建所需的三維零件模型；
STEP2：標註該零件模型所需的信息；
STEP3：打開開發的三維標註管理界面，將看到上述所標註的所有信息全部顯示在界面的左欄中：
STEP4：對標註的信息按分組管理，將界面的左欄信息按類添加到右界面中的組中，把所有信息添加完成後．在部件導航器中組的一欄看到對信息分別按尺寸標註、粗糙度標註等類別進行不同的管理．用戶需要哪些信息直接在“組”的下拉菜單中點此類標註．所有的此類信息將會在模型中高亮顯示；
STEP5：對標註的信息按視圖管理，將界面的左欄信息遵循方便存儲或用戶需求的原則添加到右欄的視圖中。在部件導航器中的模型視圖中，分別有俯視圖、前視圖、右視圖等8種視圖。打開上述所存放信息的視圖．將在此視圖中顯示上述所添加的信息，並將其他視圖隱藏與保存。
該方法的有效性：
(1)按類型或視圖根據需要顯示或隱藏標註信息：
(2)方便顯示或隱藏所有標註信息；
(3)根據用戶選擇顯示或隱藏標註信息。
圖7 是上述功能對軸承蓋標註信息進行管理前的界面顯示．圖8是對軸承蓋的標註信息按組和視圖分類後分別所選取組和視圖中的尺寸標註和俯視圖2種標註信息管理來說明此方法的有效性。
圖7 軸承蓋標註信息管理前界面
圖8 軸承蓋標註管理部分界面信息
4 結語
本文應用NX8.0自帶的PMI功能實現了三維模型的幾何信息與非幾何信息的標註以及三維圖樣的發佈。由於PMI技術的侷限性．本文對三維模型標註系統的粗糙度及形位公差模塊的輔助工具進行了開發，開發了三維標註信息的管理系統。能夠對信息進行有效的組織和管理。基於MBD技術在三維模型標註上的應用在國外得到了很好的貫徹，也得到了國際上的認可。儘管我國在三維標註上存在標準化不統一、PMI技術不完善等阻礙，但是在不久的將來，這項技術將會越來越成熟，在設計製造領域得到更廣泛的應用。
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