PDM主要技术的研究现状及发展

PDM主要技术的研究现状及发展

1. 2. 1三维CAD技术应用现状及趋势
    继传统CAD设计技术之后，为了适应市场的需要，计算机辅助技术也迅速发展，三维CAD技术应运而生，这一出现给各个行业带来了前所未有的变革，尤其是对实际生产的制造业。现代三维CAD技术的最终目的是使用户第一时间投产而抢先占领市场，保持竞争力。这一技术包括三维建模技术、模型装配分析、优化设计、系统集成、产品信息管理、虚拟现实技术等，其功能覆盖面大，几乎涵盖了一个产品从设计理念到成品管理的各个关键环节。
 
    对于产品而言，它不仅关心产品的设计合理性，还可以评估产品的质量，除产品方面之外，还参与提高企业的管理效率。基于这些优势，目前三维CA.D技术的使用率在制造业占到了80%，几乎每个产品的设计都有该项技术的参与。未来的三维CAD技术将会更加无可替代，因为数字化设计与制造是未来的发展趋势及现代设计的核心，而三维CAD技术是数字化技术的关键。
 
    随着国家大力发展制造业及国内外工程市场的不断扩大，将对数字化技术提出更高的要求，未来的三维CAD技术将向着产品开发与生产全过程的数字化、并行化、智能化和集成化的方向发展。在生产全过程参与设计、加工、成品管理;设计过程中实现并行工程;加工过程实现数字控制，智能加工;在各种CAD平台之间实现集成化平台，使得各种数据兼容从而易于共享;设计方案中及时优化设计，减少重复设计。总之，三维CAD技术从本质上能减轻工作量，提高生产效率，取代传统的二维CAD技术将随着时间的推移，成为历史的必然。
 
1.2.2虚拟装配技术
    虚拟装配技术涉及的技术还在不断的发展中，需要进一步的研究和探索，未来将会向以下几个方向发展:
    1) CAD接口的标准化。主流CAD与虚拟装配系统应能无缝对接，获取CAD的全部信息。
    2)基于网络的虚拟装配。装配是实现产品功能最重要的一个环节，它的工艺设计、拼装规划、校验需要相关人员共同参与，虚拟装配与网络结合会为设计人员提供这样的协同参与的平台和环境。
 
    3)开放性的系统框架。与虚拟系统密不可分的虚拟现实、用户界面、数据库等技术需要与之相配的虚拟装配框架，例如功能实现、系统集成接口等，通过信息、技术共享、快速开发工程运用系统。
 
    4)装配质量分析。虚拟装配过程中，可以检验零件的形状和尺寸、定位误差等是否合理，通过装配路径及序列的仿真评估装配工艺合理性，更全面地为产品设计和生产提供反馈及改进意见。
 
1.2.3 PDM技术研究现状
    PDM技术是产品管理技术的简称，在科学技术快速发展、市场竞争愈发激烈，企业迫切需要降低管理成本的背景下应运而生。它的发展经历了四个阶段，第一阶段是在上世纪80年代，管理对象上仅仅只包含电子化的图纸文档，在各方面能力上还很不足;第二期阶段开始于80年代末，在管理对象上有了很大的提高，比初期阶段增加了工程更改单管理和材料清单管理，这一发展阶段是一个承上启下的阶段，是PDM技术开始发挥潜在价值的开始;第三个阶段是在90年代末，PDM开始以系统的方式对功能和互操作等方面提出了标准化建议并被各大PDM开发商采纳，这一标准化的改变是其发展史上的一大跨越。第四个阶段始于21实际初期，PDM搭载互联网的发展的机遇，致力于Web技术、分布式等技术的研究，开始实现产品全生命周期的数据管理。现代PDM管理功能如图1.1所示。

    西门子公司推出的PDM类软件Tearncenter是目前业界使用最为广泛的管理系列软件。Teamcenter作为市场领先的产品全生命周期管理的协同应用系统，它具有两个关键的卓越功能:1)统一管理整个产品生命周期;2)针对行业提供即开即用的解决方案。Teamcenter的绝对优势及卓越功能加快了产品的上市缩短上市时间，从而可以获得额外利润，谋求更大的市场份额，赢得市场主导地位。使得对于后来的竞争者，要超越这些优势是很困难的，也要付出很大的代价。同时促进了企业的设计重用，有利于企业降低产品开发成本。
 
1.3论文主要研究内容及方法
1.3.1研究的主要内容
    针对具体工程实际中的加工中心类夹具进行三维建模，夹具元件装配仿真。对这一类夹具及元件实现基于PDM软件的计算机数据管理。从而在航空类零件的数控夹具设计及调用过程中，使得检索夹具及夹具元件，评价现有夹具元件的可工装性提供有利的平台。
 
    具体研究工作分为四个方面
    1)对工程实际中的加工中心一类夹具进行NX三维建模;
    2)对夹具的进行三维装配和干涉检验、可视化装配、装夹运动仿真。
    3)基于Ansys软件对部分夹具在对工件夹紧时做变形分析;
    4)实施加工中心类夹具的NX的集成管理。
 
1.3.2研究方案
研究路线如图1.2所示。
    1)加工中心夹具的NX建模
    NX是Unigraphics Solutions CA公司推出的集CAD/CAM/CAE于一体的三维参数化设计软件，在汽车、交通、航空航天、日用消费品、机械及电子工业等多领域被大规模应用。
 
    加工中心夹具元件没有复杂的曲面造型，但对装配及设计尺寸及定位要求较高，NX的建模模块与其他软件不同，在草图生成阶段就设置了严格的全约束功能，保证了夹具体结构建模参数的稳定，避免建模过程中参数关联造成的结构错误。此外NX的分类图层功能使加工中心夹具的建模草图参数及装配过程的有效化管理得以实现。
 
    2)三维可视化装配
考虑到三维模型装配的方便性及不产生大量的计算机数据，此环节依然采用NX软件。在装配之前，需要对加工中心夹具的各个夹具元件进行准确性建模，将各个夹具分类放置于特定的文件夹中以便装配检索。导入模型，装配顺序根据各个夹具的不同特点进行装配，主
要的装配方法有自顶向下装配、自底向上装配、混合装配。
 
    3)装配动画及装夹仿真
    夹具的装夹为夹具在实际运用中的主要目的，其装夹的质量取决于夹具的装配体结构、加紧元件的夹紧力，工件与夹具之间的结构等。
    利用NX装配模块对所建夹具三维模型进行装配仿真，在进行运动仿真之前，需要给各个元件施加不同的约束，之后进行运动仿真，以此验证三维模型的正确性及所设计夹具的可装配性。
 
    4)装夹工件变形分析
    工序集中是加工中心工艺方案的一大特点，这一特点使得生产效率不断提高，同时也产生新的问题。通常工件在机床上一次安装后要完成被加工表面从粗加工到精加工的全部过程。因此这就要求夹具的加紧力足够保证在加工过程中的切削力，保证装夹稳定性，从而保证加工精度。其次加工中心机时昂贵，加工中心上都有压力气源，为尽量减少夹紧时间，因此应首先考虑采用动力夹紧。相对于手动传统的手动夹紧而言，气动或液压夹紧的夹紧力更容易得到计算机控制。
 
    在气动或者液压夹紧情况下，对装夹工件进行变形分析。计算出在保证完成所有工序的前提下，保证工件变形微小的力大小。为保证装夹质量提供数据支持。
    5)PDM数据管理
PDM以软件为手段管理数据，管理范围十分宽泛。任何数据只要是以计算机数据表示、存储，便都可以运用PDM软件进行有效管理。
 
PDM类的软件近年来也是层出不穷，其中西门子公司开发的Teamcenter在功能与应用操作性及广度上颇受欢迎。在NX集成管理模块中，涵盖了从NX文件的转配体导入，导出、重用库、DCS/Cheat Mate检查、高级搜索等计算机管理模式。