三维工艺设计精选(九篇)

第1篇：三维工艺设计范文

关键词：三维数字化技术；传统工艺；美术设计

引言：

作为数字时代特有的技术类型，三维数字化技术能够借助先进的设备软件，利用模拟操作功能创造出直观的产品模型，这对企业产品的艺术设计无疑起到了巨大推动作用.对于传统工艺美术产业而言，三维数字化技术是实现设计创新的基础，本文阐述了三维数字化技术应用于传统工艺美术产品设计中的优势，并讨论了三维数字化技术的设计方法，最后通过陶瓷等工艺美术产品的设计实践分析三维数字化技术应用.

1三维数字化技术应用于传统工艺美术产品设计中的意义

传统工艺美术是我国传统文化中的一部分，随着社会与时代的发展，很多人已经不再对传统工艺美术产品感兴趣，这就导致我国传统工艺美术产品设计行业出现人才断层现象.而将三维数字化技术引入传统工艺美术产品设计后，可以借助现代化的科学技术吸引学子目光，激发人们对传统工艺美术产品的热爱，可以说三维数字化技术是促进文化传承与传播的沟通桥梁.此外，三维数字化技术能够弥补传统工艺美术设计手法的不足，科学利用三维数字化技术可以促进传统工艺美术产品的繁荣与发展.

2三维数字化技术的设计方法分析

三维数字化技术的应用需要利用设计软件，对设计对象进行建模和调整，通常这些步骤都会分为四个阶段，下面具体进行分析.

2.1前期准备阶段

在前期准备阶段过程中，需要将传统工艺产品设计需要用到的资料和素材准备好，确定基本的设计思路，例如，对于一项工艺产品而言，它的产品图色、装饰图案、产品材料都是需要提前确定的[1].尤其是工艺产品的美术造型需要利用标准色卡进行颜色比对设计人员可综合搜集到的资料，对工艺产品进行大概的方案策划，绘制初步的产品三视图.准备阶段的产品设计图各个数据的精准性可能会存在误差，但是在这一期间不不会差生过多的影响，事实上这一阶段设计出的模型只是为后期阶段深入研发做准备.

2.2设计制作阶段

在这一阶段中，设计人员需要详细的了解产品设计要求，根据产品的设计要求进行各项数据的细分，并且制作精确的设计方案.我国传统工艺产品类型多种多样，所涉及到的设计内容也样式繁多，因而在设计制作阶段需要设计师选用最佳的设计方案进行工作，例如，选用相应的设计软件，在制作传统工艺产品模型期间，需要设计人员掌握不同产品的特点，对于产品的应用材料、模型结构，都要做好充分准备.

2.3方案优化阶段

方案优化阶段属于对设计制作出的产品模型进行设计评价，从已经制作出的产品模型中分析产品的各项数据和表现，寻找在模型中存在的瑕疵，并且根据可优化方向做进一步的设计修改.

2.4深入设计阶段

深入设计阶段基本上就是传统工艺产品模型定型阶段，在这一阶段中需要设计人员最终确定设计方案，并且校对好三维模型的各项数据.得出最终的设计结果后，利用模型数据计算制造成品所需的产品材料数量，以及制作成品的各项收缩比值，这样可以促使生产产品过程中的成功率的提升.值得注意的是，三维数字化技术在设计中可以忽视一些实践工艺设计中难以克服的困难，因此在设计方案敲定后还要考虑实际加工艺术产品时的限制，结合当前的实际生产水平适当更改设计方案.

3三维数字化技术融入传统工艺美术产品设计的分析

传统的产品模型设计大多是通过手工组成，或者是利用图纸绘制出模型，或者是利用轻便材料制作实物模型，但是这两种方式都存在一定弊端.相比这两种传统的模型方法，利用三维数字化技术制作模拟模型，既可以节约大量时间，又可以轻松得到模型的数据，继而换算与实际产品的数据比值[2].当前，我国陶瓷、琉璃灯利用传统材料进行设计的工艺美术产品，已经引入了三维数字化技术的设计方法，完善了传统美术工艺产品的设计，提高了陶瓷产品与琉璃产品的造型水平，其已经成为现代化装饰艺术发展的手段.

3.1利用三维数字化技术设计陶瓷产品

陶瓷产品的造型与设计注重产品曲面的弧度，因此在设计之中需要有严格的曲线率控制，传统的陶瓷产品，例如茶壶（图2）、茶杯等艺术工艺品在设计创造中多依赖手工艺人的技术和经验，通过肉眼观察来塑造陶瓷工艺品的曲面曲线，尽管茶壶等工艺产品的曲面设计难度不大，但是为了展现出陶瓷茶壶工艺品的艺术性就必须创造出具有最优化曲面和舒适度的艺术工艺品.利用三位数字化技术对陶瓷茶壶工艺品进行设计，能够有效的减少茶壶曲面率差错，在计算曲面率数据中得到更准确数值，这比单纯依靠肉眼进行判断要准确很多.要想实现茶壶曲面精准设计，可以选择具有曲面计算功能的绘制工具，在实践中设计人员常用Rhino软件来进行茶壶的造型设计工作.借助Rhino软件可以先进行简单的框架设计，绘制出简单的茶壶模型，然后利用软件功能进行造型的分析和评价，再进一步优化茶壶造型设计.茶壶分为两个部分，即由壶盖、壶身组成，壶身上又从左到右依次分为壶嘴、壶肚、壶把，所以总体来看茶壶在设计时要着重从四个节点入手.在使用Rhino软件时，应当先从整体着眼，把握这四个部件的具体规格，在设计过程中更加注重每两个相连部件之间的数据，利用曲线工具、圆弧工具琢磨连接处，保证茶壶的四个部分能够组成协调的一体模型.

3.2利用三维数字化技术设计琉璃产品

在三维数字化技术中，3D打印技术成为各方设计人员重点关注的内容，国际上已经有人开始利用这种3D打印技术制成工艺产品.3D打印技术将三维数字化设计功能和工艺制造功能结合，能够在设计图纸定型后直接“打印”出立体产品.尽管3D打印技术刚刚兴起，但是已经引发了几轮热潮，目前在服饰行业、首饰行业、工艺产品行业中已经有设计人员利用这种技术制作出成品，当然由于3D打印技术还只是出于初级阶段，对于一些产品并不能直接利用相应的材料进行“打印”，只能以替代性材料来提前“打印”产品[3].对于琉璃艺术产品而言，当前的3D技术已经可以实现脱蜡铸造玻璃，因而在利用三维数字化技术设计琉璃工艺产品时，能够借助3D打印技术完成琉璃工艺产品.传统的脱蜡铸造玻璃过程，需要经过一系列复杂的处理环节，而使用三维数字化技术进行玻璃的设计与“打印”，可以节省许多步骤，

3.3利用三维数字化技术设计湘绣产品

我国刺绣艺术产品可以说是传统艺术产品的突出代表，刺绣的种类有许多，本文主要讨论的是湘绣艺术.传统湘绣需要绣工手工制作，手工湘绣在制作前也会绘制出效果图，但是由于手工绘制图与实际的刺绣图案存在较大不同，实际上也会影响湘绣的设计和制作效果.对此，运用三维数字化技术，采用具有多项功能的设计软件，可以在屏幕上设计出湘绣艺术产品模型，利用三维数字化技术创造的湘绣模型与人们最终制作出的艺术成品具有极高的相似性，若要提前观察湘绣艺术产品的制作效果就可以通过设计模型进行预览.并且在预览中对模型进行纠错和改进，当湘绣产品的规格尺寸出现问题时，可以直接利用修改软件进行改正[4].例如，在设计湘绣作品《牡丹》时，共需要绘制4朵牡丹花，每朵牡丹花的标准色都有细微差别，利用三维数字化软件Rhino先将牡丹花的造型设计出来，然后利用分类功能绘制牡丹花的用色图表.牡丹花花色偏艳丽，多为粉红色，所以选取的主色调为粉色，在设计期间可以在模型上标明每朵花的主色型号，这样可以避免在成品制作过程中出现混淆.一幅湘绣绣稿，除了图案设计以外，最重要的就是绣线颜色和绣线类型，湘绣绣线有许多不同分类，如果在设计之中没有精准把握好绣线的分类，容易在绣制过程中引发失误.所以现代湘绣艺术产品在设计上会借助三维数字化技术提前做好效果图，标明重要组成部分的基础数据，可以提高湘绣工艺产品的制作水平.结论：综上，三维数字化技术在传统工艺美术中的应用具有重要的意义和作用.在新的时代背景下，传统工艺美术行业应当加快引入三维数字化技术，促进传统工艺设计手段与现代化的设计技术相结合.相信未来三维数字化技术会更加成熟，3D打印技术也可以在传统工艺美术行业中大放异彩，提高产品的制造效率和质量.

参考文献：

〔1〕高原,丁剑.三维数字化传统工艺产品美术设计技术研究———评《产品造型设计材料与工艺》[J].宏观经济管理,2017(01):97-98.

〔2〕董春波.三维数字化造型在雕塑艺术中的运用研究[D].武汉纺织大学,2016.

〔3〕侯可新.论三位数字化技术在传统工艺美术传承与创新中的优势———以湖南传统工艺美术为例[J].艺术科技,2014(11):36-39.

第2篇：三维工艺设计范文

MBD技术是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法体，通过一个完整的三维实体模型表达产品信息中的几何形状信息、尺寸、公差和工艺等信息。国内航空企业逐步开展基于MBD技术的产品设计制造，将MBD模型作为制造的唯一依据并取得一定进展，但仍然存在许多技术瓶颈。目前工艺部门仍以基于图样的二维工艺设计方法为主，以二维图样为主要的信息传递媒介，具体体现在基于二维视图的工艺设计知识的表达、获取、组织与管理比较困难，不能有效地总结设计经验和设计方法；复杂产品以及零部件的关键特征属性难以在二维视图中表现，这使得工艺性评价以及审查流于形式；三维CAD/CAM系统往往建立在统一信息平台上，而基于二维CAPP平台的工艺设计无法共享统一的三维产品模型，无法在统一的数据管理平台下进行数据管理。可以说，传统的工艺设计逐渐与上游的全三维数字化设计和下游的先进制造工艺及装备不相适应，存在着无法有效利用设计模型信息、数据共享困难、设计知识获取和管理混乱等问题，成为数字化制造瓶颈问题。

实现工艺信息的表达及管理是三维工艺设计的关键目标之一。目前国内的研究主要集中在三维工序模型构建、工艺信息表达方法和CAD/CAPP系统集成等方面，这些研究为三维工艺设计过程中工艺信息的表达和管理奠定了基础。

一、机加工零件工艺模型逻辑结构

传统的二维工艺设计过程中，三维模型仅表达零件的几何形状信息，而面向制造过程的尺寸、公差、几何精度和表面粗糙度等非几何信息则通过图样传递，不能与三维模型特征直接关联，制造人员需要花费大量时间去消化图样和工艺卡片。

MBD模式下，面向制造过程的零件工艺模型是生产制造的唯一依据，尺寸、公差、表面粗糙度以及工艺设计信息等与三维模型紧密关联，制造人员可以直接在模型上获得对应特征的工艺信息用于加工制造，取代图样和工艺卡片，实现无纸化制造。基于模型的工艺信息规范表达是其中的关键技术之一，如图1所示。

零件工艺模型作为工艺信息载体，是以零件工序模型为基础，工艺规程为主线，附加零件的属性信息而构成。

一个工序模型由工序、标注和模型三部分构成。工序对应着零件本道工序的编号、名称、加工特征的名称及编号、单/多工步、工装及工时定额等信息（若工序仅包含一个工步，工序信息等同于工步信息）。工序节点下，工步包图1 机加工零件工艺模型逻辑结构含本道工步名称、工装、工艺符号及工时定额等工步信息；工艺符号表达了本道工步需要加工特征的数量及区域、采用的加工设备、加工方法类型、刀具类型、刀具几何参数、加工参数、切削液以及工步序列号，并通过三维标注实现工艺信息与特征、工步节点的关联；将工步名称、工艺符号等工步信息与模型关联特征封装成工步模型，并在此基础上聚合成工序节点。

工序模型的标注信息包括设计信息和工艺信息两大类。设计信息指本道工序的加工尺寸、公差、几何精度和基准等信息；工艺信息包括工艺符号和工序技术要求等信息，标注信息与模型的特征紧密关联。

在工序模型的基础上，以工艺规程为主线串联各个工序模型，同时附加零件的属性信息形成工艺模型。工艺规程描述了零件加工过程中各道工序/工步之间的先后顺序关系，根节点代表零件的工艺规程，一级子节点和二级子节点分别表示工艺规程中的工序和工步，层次结构关系代表了工艺设计的具体过程。通过工艺规程可以很方便地查看工艺模型各节点信息，对相应的信息进行分析审核。

二、工艺信息集成管理

在传统研发模式下，结构设计师在三维CAD环境下开展结构设计，设计信息以三维CAD模型和图样形式表达，并检入到PDM系统进行管理；而工艺设计活动集中在二维环境，工艺信息的表达及管理均在二维CAPP系统中完成，以二维工艺卡片和工艺简图为主要介质。常用的工艺知识如典型工艺、制造资源、标准件库等也存储于二维CAPP系统。由于采用不同的表达形式和介质，导致设计数据与工艺数据的关联性差、工艺更改难以快速响应设计更改，同时数据管理系统的异构性也给数据交流、数据的统一管理造成很大的困难。

在MBD环境下，工艺设计和结构设计统一在CAD平台下进行，工艺信息也应集成在统一平台下进行管理。工艺设计以三维设计模型为输入，主要完成工艺参考模型构建、工艺规程规划、工序模型构建、工艺信息表达、工艺信息与特征关联等工作。工艺参考模型指面向数控工艺设计，基于设计模型变型设计后得到的模型，其尺寸取设计模型中对应尺寸公称中值、最小值或最大值，是三维工艺设计的依据。

目前的主流CAD商业软件中大多内置了一些工艺信息数据库，如加工数据库或制造资源

库等，同时也内置了一些经过二次开发的工艺信息库。这些为在三维环境下开展工艺设计的应用实施奠定了基础。工艺设计过程中，可以借用软件中的工艺信息数据库中已有的典型工艺、制造资源等，快速实现产品的工艺设计。

然而此种方式依然是保留有两个数据库，因此存在两个系统数据同步和一致性的问题。如图

2所示。

工艺信息的传递和管理主要通过PDM系统和三维CAD软件的集成接口进行。

平台层采用成熟CAD平台作为三维工艺设计环境，通过二次开发提供三维工艺设计工具。

工具层基于CAD平台开发工艺规程划分、工序模型构建、工艺符号构建和三维工艺卡等工具，辅助工艺人员进行工艺设计，建立结构化的工艺信息和工艺模型。

数据层基于PDM系统建立工艺信息库，工艺设计过程中涉及的信息全部通过CAD平台从PDM系统中的相关数据库中读取，并将工艺设计结果关联存储到PDM系统中进行管理。

支撑层基于PDM系统标准数据管理功能，完成工艺数据管理、工艺流程审签、流程触发、权限管理和版本管理等基本工作。

在这种模式下，设计数据和工艺数据统一在PDM系统中进行管理，基于PDM系统进行工艺数据检入/检出、工艺流程审签、工装申请、工艺任务的下发和接收，在CAD平台进行工艺规划和编制，生成工艺模型和可视化模型，提交结构化工艺数据审签，并保存到PDM系统中，取消了二维CAPP系统数据库，保证数据的唯一性，可有效解决采用两个数据管理系统中人工干预多、自动更新困难等问题，实现结构化的工艺设计和信息管理。

三、基于PDM的工艺模型管理

MBD模式下，设计信息和工艺信息统一采用三维工艺模型为载体进行表达。工艺设计师在三维环境下完成工艺规划和工艺模型构建等设计活动，将工艺模型和设计模型关联存储，与PDM系统进行统一管理，同时借助PDM系统的数据管理功能完成工艺审签等工作，如图3所示。

（1）结构设计阶段，结构设计师在三维CAD平台构建设计MBD模型，并检入到PDM系统。

（2）工艺设计阶段，工艺设计师登陆PDM系统，根据设计任务下载设计MBD模型到本地，进入三维工艺设计环境，在CAD平台下依据设计MBD模型开展工艺设计。从工艺信息库中读取工艺信息，通过工艺路线划分、工序模型构建、工艺符号构建、工装夹具设计和附加工艺定额等工艺设计环节创建生成工艺模型，并进行可视化，生成*pvz可视化模型，通过检入操作与设计模型检入到PDM中的对应位置，完成工艺设计。

（3）工艺审核阶段，工艺审核员登陆PDM系统，在ProductView中查看工艺设计师提交的部件的可视化模型，审核工艺规程、工装夹具和工时定额等信息是否合理，若合理则通过审签，完成工艺模型设计归档；若工艺设计需更改，则触发设计更改，录入对工艺改进的建议，并通过截图更直观地反映工艺更改信息。工艺更改信息归入工艺规程修改节点。工艺设计师根据工艺更改信息，返回到三维工艺设计环境进行设计更改，并将新的工艺模型和可石化模型检入到PDM系统，提交工艺审核。

（4）生产制造阶段，通过车间终端下载查看归档后的可视化模型，用于指导生产。

四、系统实例

38所以Pro/ENGINEER Wildfire5.0为平台，ProductView为可视化工具开发了机加工三维工艺设计系统，提供了工序模型构建、工艺符号构建和工艺规程组织等工具，辅助工艺设计师在三维环境下开展工艺设计。

系统利用XML结构化语言存储工艺规程信息，并基于机加工零件工艺模型逻辑结构在Windchill9.1系统中建立了工艺信息库，同时将生成的工艺模型、可视化模型与设计模型关联存储到Windchill9.1系统中。

具体为：工艺设计师启动Pro/ENGINEER，完成服务器注册和系统设置，从Windchill中下载三维设计模型作为工艺设计输入，在CAD平台下选中三维工艺系统菜单，通过开发的工具进行工艺规程编辑、工序模型构建和特征关联存储等活动。工艺设计过程中，工艺信息的获取和管理全部从Windchill中建立的工艺信息库中读取，如图4所示。工艺设计完成后，将生成的工艺模型与设计模型关联检入到Winchill系统中对应的CAPP文件夹下，实现工艺信息的结构化存储和管理，工艺审核员基于Windchill系统完成根据工艺规程相应节点审核工艺设计，完成工艺审核工作。

第3篇：三维工艺设计范文

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。

第4篇：三维工艺设计范文

MBD（Model Based Definition）即基于模型的工程定义，是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法，它详细规定了三维实体模型中产品尺寸、公差的标注规则和工艺信息的表达方法。MBD技术改变了传统由二维工程图样来定义尺寸、公差和工艺信息，而用三维实体模型来描述几何形状信息的分步产品数字化定义方法。同时，MBD技术使三维实体模型成为生产制造过程中的唯一依据，改变了传统以工程图样为主，以三维实体模型为辅的制造方法。

MBD模型通过图形和文字表达的方式，直接地或通过引用间接地揭示了一个物料项的物理和功能需求，其模型结构如图1所示。

MBD模型分为装配与零件模型。MBD零件模型由以简单几何元素构成的、用图形方式表达的设计模型和以文字表达的注释和属性数据组成。MBD装配模型则由一系列MBD零件模型组成的装配零件列表加上以文字表达的注释和属性数据组成。零件设计模型以三维方式描述了产品几何形状信息，属性数据表达了产品的原材料规范、分析数据和测试需求等产品内置信息；而注释数据包含了产品尺寸与公差范围、制造工艺和精度要求等生产必需的工艺约束信息。

一、企业的现状与问题

过去在设计和制造时大多采用手工二维图的方式。按照画法几何原理用二维图表达三维实体的定义方法，这样会使数据的定义存在歧义，到达制造环节还要求工艺人员具有良好的空间想象能力。这都造成图样的利用率大大降低。

随着计算机技术的发展和广泛应用，计算机辅助绘图逐渐被设计和工艺人员使用。但是简单二维图的计算机化仍不能解决数据源不统一、定义不规范的问题。

MBD技术的出现将产品的所有相关设计定义、工艺描述、属性和管理等信息都附着在产品三维模型中。随着MBD技术的深入应用，在企业产品设计中，已经完全做到了模型级的设计，即设计数据不再通过纸质文件进行分发，取而代之的方式是在PDM（Teamcenter）系统中的统一管理。

但是产品从设计阶段到制造阶段时，在模型的使用上仍存在很多的问题。

生产工艺的编制虽然可以在PDM系统中进行，但在完成工艺规程编制、工艺审核、工艺批准和工艺规程发放后，仍需要进行图样的打印以用于指导现场生产。这种方式可以保证现场生产的顺利进行，但实际上完成的是从三维模型到二维工艺的转换，从企业应用的长远出发，这种方式存在着以下几点不足。

（1）与MBD技术应用环节脱钩。MBD技术将设计、制造各个环节所需要的信息都放在模型上。依据三维模型进行二维工艺设计、用二维图样完成现场生产指导的现象，是一种技术倒退的现象，违背MBD技术的先进设计和制造理念，未达到三维工艺“无纸化生产”的要求。

（2）查询不方便。生产现场提供的纸质文档具有笨重、携带不便等缺点，在获取生产过程所需要资料时，从厚重的纸质文档中找到相关文档的过程显得尤为困难，同时纸质文件在生产现场，增加了保管量和保管难度。

（3）交互性差。对于新产品或新员工，复杂图样不易看懂，产品的加工过程掌握比较慢，易出现加工操作失误导致的产品缺陷，严重影响产品质量和生产进度。

（4）一致性难以保证。设计的工艺规程在生产现场，根据实际的生产情况，部分内容需要进行微调，若采用纸质文档，可能存在修改后的纸质文档未能及时反馈至PDM系统的情况，造成数据的不一致；即使进行了图样修改，其可追溯性也很差。

二、制造企业应用MBD技术的思路

1.MBD技术应用的前提

要基于MBD技术的设计数据进行工艺设计和制造，首先应该按照结构化方式组织和管理工艺数据及关联产品，还要有效支持系统集成3D可视化表述，直观简洁，如图2所示。

2.MBD技术的应用

在制造企业应用MBD技术，主要是基于三维模型进行工艺的编制。工艺编制工作将在三维数字化环境下，直接依据三维实体模型展开，完成工艺方案制定及详细工艺设计，并将产生的三维数字化工艺，作为生产现场的操作依据。三维数字化工艺的显著特点是在三维数字化环境下，工艺人员利用各类三维数字化实体模型建立起数字化工艺模型，通过模拟仿真，确定出合理的、可行的制造工艺。同时生成工艺图解和操作动画等多媒体工艺数据，编制成三维数字化制造工艺。

同时，基于三维模型进行数控编程：针对具体工程特征，包含有装配信息、工艺信息和制造信息，在产品加工模式下，可以将这些信息直接抽取出来，实现该工程特征的数控编程。

三维数字化产品、工装和工艺数据可以完全替代二维工程图样和纸质工艺规程，成为对工人进行技术培训的多媒体资料，以及在生产现场指导工人工作的技术依据。因此，需要建立面向三维产品数据的生产现场可视化应用系统，以工艺为中心，将三维产品工程数据、三维工装资源数据、操作过程工艺图解和操作动画组织起来，通过网络将三维数据传递到生产现场的数字化应用终端，实现无纸化生产现场的目标。

在三维工艺到达现场后，可创建一个制造现场数据中心，对工艺规程的归档审批完成时，自动（或手动）将该工艺信息及附带的设计模型、工装设备和工艺资源等传送至该中心，并进行结构化存储。制造现场开发制造工艺浏览工具，可全面查看工艺规程、设计数据和生产资源等信息。基于应用资源层数据对工艺结构树进行展示，对选定工序的工艺规程信息进行查看。利用与JT浏览器的集成，查看该JT模型，并可对该模型进行旋转、缩放和PMI浏览等操作。

目前，我公司收到的设计数据已为三维模型，因此只需在加工制造时采用MBD技术进行工艺规程的编制。首先，通过在NX软件中开发客户化的菜单，将设计的三维模型复制后与工艺规程相关联。然后，创建结构化工艺，通过复制的功能，可以创建每道工序的工序间模型（图3）。

由于利用三维模型在制造现场指导生产还属于试验阶段，因此，在创建工序间三维模型的同时，我们还生成了便于打印、用于现场的二维工艺规程。

在三维和二维工艺规程编制完毕后，通过PDM系统二次开发，将用户选定的临时工艺规程（未审批归档）发送至现场工艺资源库。对进入审批流程的工艺规程，通过ITK开发，添加流程的处理程序。在审批完成后，自动将流程包含的工艺等所有信息发送至工艺资源库。

第5篇：三维工艺设计范文

关键词：装配 可视化 三维模型

中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0102-02

传统的发动机装配工艺设计可以分为发动机装配工艺规划、装配工装的设计和装配工艺规程编制，主要依赖工艺人员的技术水平、经验以及对发动机二维图纸等资料的理解来完成。二维工程图纸的不直观性，给复杂结构的发动机装配工艺设计带来了很大难度。随着三维设计软件的引入，各型号发动机三维模型和型号装配所需的工装模型均已基本齐全，发展可视化装配技术的时机已经成熟，可以应用可视化装配技术解决传统发动机装配工艺设计中存在的问题。

1 传统装配工艺设计中存在的问题

传统装配工艺设计是指在二维图纸基础上的发动机装配工艺设计方式。其特点在于通过二维图纸传递发动机结构和装配关系信息；实物装配检验作为唯一的装配性检验手段；复杂装配过程设计一次成功率不高。总结传统装配工艺设计中存在的问题如下。

1.1 工艺规划周期长，优化程度低

传统的工艺规划为二维规划，工艺人员需要查阅大量图纸和文件，消化吸收，这需要一个长期过程，因此在工艺规化阶段很难形成多套工艺方案加以比较寻优。此外由于二维图纸不够直观，工艺人员在规划时很难统筹思考各方面、各层次的工艺问题，很难对最终规划进行全局优化。

1.2 工装设计一次性成功率低

二维设计环境不具备三维检测能力，对工装中一些干涉或不合理处缺少有效的检测手段是导致工装设计一次性成功率的根本原因。工装是发动机装配的重要保证，工装设计一次性成功率低直接增加了装配成本，影响了发动机装配进度。

1.3 装配工艺规程可理解性差

传统装配工艺规程以二维图纸和说明文件为主要内容，这种方式需要经过一定装配技术培训的操作者才能顺利理解。工艺规程可理解性差，主要原因有：（1）二维工程图表达装配信息，直观性差，不得不借助大量文字表达装配信息，导致了规程生涩难懂。（2）装配操作者整体技能及专业知识储备不足，难以直接从二维图中获取装配所需信息。装配工艺规程是指导发动机装配的重要文件，其可理解性直接影响着发动机装配质量与效率。

1.4 缺乏有效的培训手段

目前的培训手段主要是工艺人员依据二维图纸、装配工艺规程反复讲解。这种培训方式周期长，见效低。发动机结构复杂，装配操作者需要一定的经验和技能，熟练掌握经验和技能是个长期过程。缺少生动直观动态示教手段缩短这个过程，直接导致了人工成本的上升。

2 基于可视化技术的装配工艺设计

装配工艺可视化设计是在产品三维实体模型的基础上，利用计算机技术，信息技术和人工智能技术，来规划装配工艺与仿真实际装配过程。其通过建立一个虚拟的装配环境，可视化地分析各种可行装配方案，最终得到一个合理、经济、符合人机工程的装配方案，达到优化工艺设计、避免或减少实物制造、缩短研制周期、降低成本、提高装配操作人员培训速度、提高装配质量和效率的目的。它克服了传统发动机装配工艺设计中主要依赖于人的装配经验和知识以及设计难度大、效率低、优化程度低等问题。

针对目前发动机装配工艺中存在的问题可以利用三维规划技术、干涉分析技术、三维图解技术、仿真动画技术等可视化装配关键技术予以解决。

3 可视化装配关键技术的应用

3.1 三维规划技术

三维规划技术利用发动机三维数模与设计BOM在计算机中直接进行发动机装配工艺规划，制定零部件模型装配顺序及装配路径，并通过仿真，验证装配序列及装配路径规划的可行性与合理性。

目前主要采取“可拆即可装”的装配序列规划方法，通过拆卸装配体模型来确定产品的拆卸顺序，以拆卸顺序的逆序为产品的装配顺序。

中央传动齿轮箱装配序列规划时，将中央传动齿轮箱总成模型，依次拆分成图1所示的八个零组件（2～9），其中组件6（主动齿轮组件）依次拆分为四个零件（10～13），组件8（从动齿轮组件）拆分为九个零组件（14～22），逆序后求得各零组件装配序列。依照拆卸结果，将整个装配划分为从动齿轮组件装配（装配顺序如蓝色线路显示）、主动齿轮组件装配（装配顺序如绿色线路显示）、中央传动最终装配（装配顺序如红色线路显示）三大工序，二十一个工步。（如图1）

通过三维规划技术，可大大提高装配规划的效率，并且能够快速得出多种方案，逐一对比实现装配规划的优化设计。

3.2 干涉分析技术

干涉碰撞分析是判定工装设计是否合理的重要手段。现实表明装配工装设计失败，大都因为存在干涉，干涉直接影响着工装设计的合理性，工装设计定型前必须消除。

干涉可分为静态干涉和动态干涉两类。静态干涉主要由于设计失误，零件几何形状及尺寸存在缺陷，导致装配体内部零件与零件之间存在干涉。动态干涉是指机件运动过程与装配体其余部件发生的碰撞。

干涉分析技术可直接用于判断工装设计是否合理。工装模型与发动机模型组装后，通过间隙检查可以直观检测工装与发动机模型间是否存在静态干涉；通过工装功能的动态仿真，利用交互式冲突碰撞检查可以直观检测工装使用过程中是否与发动机模型发生动态干涉。

图2为高涡转子叶片外撑工装的间隙检查结果，干涉处以带颜色线条显示。分析表明由于压块设计不合理，压块与转子叶片存在相交干涉，需对压块进行切角处理。（如图2）

干涉碰撞分析可以帮助工艺人员在设计阶段就能发现工装设计中存在的缺陷或错误，这对于提高工装设计一次性成功率有着极大的意义，节约了工装设计成本的同时保证了型号装配周期。

3.3 三维图解技术

三维图解是利用可视化装配仿真软件输出的具有立体感的高清图片。采用三维图解技术，可以形象表达发动机结构信息及装配工装使用方法。

三维图解中，轴向爆炸图可以大致说明装配体各大小零件先后装配次序；三维立体剖切图用于表达装配体内部结构及大小零件相对位置关系，三维标注可以精确表达各零件相互安装位置及外形大小；局部放大可以表达装配体细节特征，透视或透明化处理可以看清装配体内部结构。这些手段的综合运用可以直观描述发动机装配信息。

装配工艺规程中采用三维图解（如图3所示），替换原来的二维图解将大幅度提高工艺规程的可理解性，避免了因理解偏差导致错装、漏装现象的发生。

3.4 仿真动画技术

三维仿真动画可以直观演示发动机装配真实过程。

发动机机件繁多，其装配动作基本都是平动、旋转、变形三种动作及其复合。时序上，装配序列、装配动作配合视角的调整（方便观察）、必要的渲染及装配要点提示，形成相应的装配动画演示发动机机件装配过程，指导现场装配。

4 结论

综上所述，可视化装配四种关键技术可以解决目前发动机装配工艺中存在的问题：（1）通过三维模型进行装配规划，减少了大量图纸查阅时间，规划结果可以通过模型直观验证，大幅度地提高了装配工艺设计效率与质量。（2）二维设计环境中难以发现的结构干涉可以通过三维模型直观显示出来，提高了工装设计的一次性成功率。（3）发动机复杂的装配信息可以通过三维图解直观传递，大幅度提高了工艺规程的可理解性。（4）采用三维动画对装配操作者进行培训，直观、形象、高效，节约了大量培训成本。

参考文献

第6篇：三维工艺设计范文

关键词：平面设计；实体三维空间；拓展

在中国，“平面设计”是翻译于“graphicdesign”，“graphicdesign”是不带有维度概念的词，但中译后的“平面”一词，使我们对其的理解局限在二维上，使其平面设计概念也变得模糊化，含义变得狭隘。在一定程度上限制了我们对于“graphicdesign”的拓展[1]。加勒特•埃克伯说：“人们生活在一个三维的空间中……人生最伟大的体验之一，就是置身在这个完美的三维体量之中”将“平面设计”融入三维，观者能更好地体验、感受、理解设计师所要表达的“平面设计”作品。所以平面设计的概念应该包括基于二维空间的平面设计、基于虚拟三维空间的平面设计和基于实体三维空间的平面设计。将平面设计向实体三维空间效果拓展，不仅可以提升作品的感官体验效果，同时还能增加与观者的互动性、融入性，增强观者的想象空间，拓展观者的思维。因此，本文结合三维空间的理论，以及应用于平面设计的“三维空间”实体案例进行分析，得出平面设计向三维设计拓展的必要。由此，研究二维、三维空间与平面设计的关系，能够更好地激发设计者创作的多样性，表达设计者所想表达的设计内容，也能够使观者能动地，带入性地了解作品，理解设计者的设计主题。

1平面设计中的“三维空间”与实体三维空间

在“平面设计”中，三维空间可以简单地分为虚拟三维空间和实体三维空间。虚拟三维空间是指依旧在二维的平面设计范畴内，利用错视觉的引导，所产生具有明确的轮廓的虚幻空间。换句话说，就是二维的平面设计里的“视觉”三维。

1.1二维设计里的“视觉”三维

“视觉”三维指的是视觉感官上平面内的“立体”空间。点线面、明暗、色彩作为平面设计的基本要素，它的变化往往能使平面设计具有律动感和空间感，使画面具有“立体”空间效果。图1是由KurtWenner（美国）通过透视原理在同个水平面内利用人的视错觉关系描绘了这幅立体街头绘画（3-DStreetPainting）——三维立体画《Reections》。它是利用人眼立体视觉的特点产生描绘的作品，利用人眼视觉空间的延续性，将二维作品以伪三维的形式展现，使作品的表现力丰富，意境深远。但是依旧没有脱离二维空间的局限，以一种平面的、单一的面的空间形式存在，并不是真正意义上的，真实的三维空间，“立体”的平面设计。平面设计师乔尔森泰说过“设计师在不断通过明暗手法、矛盾空间、色彩色调、叙事结合的手段来强化三维效果时，其实都被手法欺骗了眼睛”。也就是说，在“平面”二维空间内的制造出来的“视觉”感官的三维效果，是基于虚拟三维空间的平面设计。

1.2实体三维空间与平面设计

三维空间的概念是：日常生活中可指由长、宽、高三个维度所构成的空间[2]。三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础，它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更立体化，更形象化的一种新兴设计方法[3]。平面设计向三维空间拓展既需要设计者突破“平面设计”的字面含义，更需要设计者不拘于既定思维，突破球星。与印刷形式的平面设计相比较，包括实体三维化的平面设计给我们带来更多的拓展空间，以书籍为例，书籍即是二维也是三维。就页面来说，每一页都是两个二维面的贴合，但翻阅的过程则是一个三维过程。1.2.1立体书籍封面单以页面来说，通常可见的书籍设计属于印刷作品，惯性在于无法摆脱传统的二维平面的束缚，通过印刷文字、图形对视觉感官的刺激来传达信息。而将二维的设计作品与实体三维空间中的真实元素相融合，如图2是来自拉脱维亚设计师艺术家MandarinDuck的书籍封面设计，除了增强视觉效果，也可以更全方位，多角度传递设计信息。图2设计师通过增加二维平面设计中没有的触觉体验，来增加作品的真实感与吸引力。1.2.2书籍内容立体化强化阅读的三维空间感，使阅读过程中的思维想象转变为一个观感过程，则在书籍中融入三维设计元素，例如图3Sabuda,Robert创作的立体书《绿野仙踪》的表现手法，给故事书建造了一个可看，可触碰的具体空间，使静态的书，具有动态的“趣味”效果。不管是表现形式，还是传达功能上也拓展了平面设计的领域。实体三维化的平面设计能够打破传统束缚，增强感官体验；融入观者参与，更好传达信息；增强趣味性，吸引观者目光。实体三维设计能够更好地将以人为本的设计思想进行贯彻，通过与观者的互动过程中，使作品更好地被了解，也更好地了解观者的需求[4]。传统的二维平面设计对观者来说只是以“局外人”的视角，看设计作品，因此不能很好地融入设计作品，甚至去影响设计作品。但是在遵循互动行为时，利用现代新型媒体手段或者融入观者的行为动作使平面设计完整等，来实现必要的互动性设计。总之，突破传统的印刷形式，空间束缚，使平面设计形成多方位可见，互动性强的实体三维化的平面设计。

2平面设计向实体三维设计拓展的方式

本身存在的空间（平面）＋媒介＝实体空间（三维）。本身存在的空间指的是通过印刷形式的二维平面设计作品。二维平面只是平面设计中的形式之一，对细致刻画作品的内在含义，是难以做到“完美”的。因此，设计者必须通过对引入媒介来探索平面设计的“实体三维”空间建设。通过“实体三维”建设的研究手法打破印刷形式的品面局限，从二维走向三维，从平面走向立体，从立体空间的多角度重新认识印刷形式的二维设计和实体媒介相结合的多样性表现，从真正意义上突破二维空间的传达设计，达到实体三维化设计[4]。陈逸飞先生在创立逸飞集团时说过：“我们致力于打破视觉局限，颠覆视觉惯性，创造一种全新的、“大视觉”的视觉文化。这是一个颠覆的时代，视觉艺术已经突破了传统平面美术的束缚，它的外延正在无限地扩展。”由此看来，平面设计突破印刷形式需要引入媒介[5]。对于媒介的映入我们可以通过以下的手法：运用材料本身的特性、手工艺的技法技巧，光与影与人的关系，突破二维平面设计的限制，真正实现三维视觉空间的立体设计。简单地将“媒介”分为以下3种：

2.1材料的运用

利用材料本身所属的三维空间在平面上设计，突破了传统、二维的印刷设计的范畴，平面设计师利用各种材料、工艺形成新的平面设计，即实体三维化的平面设计，在保留材料、工艺自身属性的基础上，改变了印刷形式的平面设计的视觉观感，创造出实体三维效果。图4原研哉设计的梅田医院视觉指示系统，巧妙地将印刷作品和实物进行结合，将作品中的印刷主体物或重点表达处用实物代替，能更直接、更有效地表达设计作品所要表达的重点、主题，也更具创意。将印刷与实物结合，拓宽平面设计领域。

2.2工艺技术

工，巧饰；艺，艺术。工艺可以理解为“巧饰的艺术”，那么工艺技术就是将原材料或半成品加工成产品、艺术品的方法、技术。用“工艺”的方式，结合材料的特性，来寻求生活和艺术相结合，使平面设计脱离全印刷的平面形式。在技术发展的今天，工艺技术不再那么复杂，图5是爱沙尼亚设计师EikoOjala的剪纸作品，就是依靠剪纸这种工艺技术完成的作品，使平面的山水画破纸而出，光影效果强烈的三维视觉感官，使作品的既视感更为强烈。

2.3媒体运用

“技术启发艺术，艺术挑战技术”当平面设计遇见光时，通过光艺术，使平面设计的表现形式丰富，视觉效果新颖，光的可变性也是平面设计变为具有动态效果的独创性设计，媒介也从实体材料扩展到了光学。开启了平面设计创作的新“空间”。图6是EMart的3DQRCode创意，利用正午时光的照射与长短不一的code的阴影形成一个完整的二维码。正是这种三维的效果使EMart中午时段的销售额大大提升，而且也带来了更大的曝光率。实体三维化的平面设计拓展方向在于打破印刷形式的二维束缚，但是印刷形式的二维设计也是推动平面设计由二维向实体三维设计拓展的有利因素，传统设计中在乎运用明暗颜色、虚实对比等并非是落后的手段，如果将其与真实效果结合，就能够完整地凸显三维效果[6]。

3结束语

设计无定式[7]。纸和印刷相结合的“平面”设计确实在平面设计领域中取得了很好的成绩，但是技术的发展，对平面设计师的要求在发生着变化。用空间的眼光看待“平面设计”，打破平面设计“平面”化的既定思维，将平面设计从二维空间向实体三维化空间拓展。实体三维化平面设计讲的是二、三维，虚实的结合。将实体材料放置于印刷作品中，形成一种新的视觉感官的平面设计。平面设计突破空间限制，突破单一的印刷形式，赋予更多的真实效果，实体视觉刺激，如此才能为其拓展更广泛的领域。

参考文献

[1]牛玉慧,刘方林.平面设计的空间性研究[J].包装工程.2007.11.192-194

[2]百度百科

[3]百度百科

[4]孙斐.二维平面设计中的三维视觉空间表现[J].美术大观.2010.11.206

[5]黄婷.平面设计向三维空间拓展研究[J].包装工程.2011.05.18-21

[6]姜昕.平面设计向三维空间拓展研究[J].艺术科技.2014.12.172

第7篇：三维工艺设计范文

一、引言

当前, 国内外大型装备制造企业的数字化技术发展迅速, 三维数字化设计技术得到了广泛的应用。基于模型定义（Model-Based Definition，MBD）的数字化设计与制造技术已经成为制造业信息化的发展趋势。

企业为什么要推广MBD 技术进行三维工程化设计呢？

以二维工程图作为交付物，向工艺、制造、生产和检查等环节传递产品的几何结构及技术要求的传统研制模式存在如下问题。

（1）设计环节：由于以二维图作为交付物，三维模型不作为交付物，二维图更改后三维模型不及时更新，导致数据不一致。

（2）工艺、制造和检测环节：工艺、制造以二维图为准，增加了从图纸到形状的还原过程，容易出现理解歧义，并增加了出错概率。同时，工艺模型或图纸重建，增加了无价值劳动。管路、电缆以二维图为主，造成制造、装配误差较大，且不能形象地指导装配过程，导致现场更改较多。检测以二维图为准，数据手工录入效率低，准确性无法保证。

（3）检查机制：由于设计以二维图作为交付物，因此没有建立三维模型的检查机制，导致工艺、制造和检测等后续环节得不到准确的三维模型。

（4）标准规范：当前产品研发过程中遵循的标准规范是基于二维模式，缺乏三维工程化应用的标准体系规范，导致三维设计模型质量较差。

MBD 技术采用包含了三维几何模型、尺寸和尺寸工差、形位公差、基准、符号、表面粗糙度、属性、注释等产品制造信息的单一主模型来完整表达产品定义信息，并将其作为产品制造过程中的唯一依据，从而实现设计、工艺、制造和检测等环节的高度集成。采用MBD 技术实现了单一数据源，彻底改变产品数据定义、生成、授权与传递的模式，消除了传统研发模式中的三维模型与二维图纸之间的信息冲突，减少了创建、存储和追踪的数据量，实现三维数字化产品定义、三维数字化工艺开发和三维数字化数据应用，保证了产品制造信息的正确和快速传递，从而有效地缩短了产品研制周期，减少了重复工作，提高了产品质量和生产效率。

那么，MBD 技术如何落地？ 如何在三维设计模型上将后续工艺、制造、检测和质量检查等环节需要的信息完整的表达？是值得认真思考和研究的课题。笔者结合企业三维工程化应用项目的实施认为, 制造企业基于MBD 的三维工程化设计应用应从以下几个方面着手: 三维模型与二维工程图表达差异分析；确定三维标注的内容；制定三维标注标准规范；开发三维标注工具；管理MBD 模型数据。

二、三维模型与二维工程图表达差异分析

传统的二维工程图，从设计向下传递的信息，不仅包含了产品的几何投影信息，更为重要的是表达了完整的最终外形及尺寸、工艺和制造信息。在全三维设计过程中，如何对工艺、制造生产等过程中的技术要求等信息在三维模型中进行表达成为关键。

三维工程化设计的关键在于如何结合制造企业的产品特点和工艺制造特点，在传统的三维模型中，将原有二维图中产品的视图、剖面定向定位表达，以及尺寸、公差、粗糙度、注释、符号和技术要求等工艺信息，还有标题栏、球标和明细栏等零部件信息以工艺、制造、检测等部门能够接受的方式，进行规范表达、标注和显示，形成适合产品和企业设计特点的三维标注规范，纳入企业PDM/PLM系统进行有效管理。

三、确定三维标注的内容

结合企业所使用的三维CAD 软件和企业产品特点，通过开发必要的三维标注工具，在设计阶段由设计师将二维图中的主要信息较完整地表达到三维模型上，在设计源头进行零部件信息的完整表述，同时能满足后续工艺、制造、生产、检测、检查和维修维护等产品生命周期各环节利用。笔者不建议在设计阶段只对三维模型信息进行部分标注，显示重要的或者体现设计意图的信息，其余信息由制造、生产、检测等部门自行获取，这样可能造成各环节人员理解不一致，影响产品质量，由于各环节人员需通过三维测量等方式获取需要的信息，这必然会影响各个环节的工作效率。三维标注的内容应主要包括以下几点。

（1）视图：三维标注引入类似二维图视图的概念，以方便进行尺寸、公差等标注时对零部件进行定位和定向，帮助读三维模型的工程人员能快速定向，提高三维模型的读取工作效率。一般零部件的视图定义如图1 所示。

（2）尺寸及尺寸公差，基准及形位公差，粗糙度、焊接符号、方向等符号，以及注释等，可以直接标注在三维模型上。

（3）技术要求: 直接标注在三维模型主视图。

（4）标题栏：标题栏中的信息主要是通过三维模型的属性来描述。

（5）明细栏与球标：在三维环境下直接将图形界面中的零件与明细建立关联。

四、制定三维标注标准规范

三维标注涉及设计、工艺、制造和检测等业务环节，现有的标准规范都是针对二维图的，企业缺乏三维模型和三维标注的标准规范，无法对三维建模和三维标注进行约束。因此，企业需要针对产品特点，结合所适用的CAD 工具，按照零部件制造特点分类研究三维标注的标准规范，统一企业三维设计环境和设计标准，规范三维标注，让三维模型及三维标注成为企业设计的交流语言，使设计、工艺、制造和检测等业务环节的工程技术人员在统一的设计环境中工作，为企业三维工程化设计的应用奠定基础。笔者所在企业在三维工程化设计过程中建立的标准规范如表2 所示。

五、开发三维标注工具

目前，主流三维CAD 软件都具有三维标注的功能，但不同的企业、不同的产品和不同的生产制造方式对三维标注提出了不同的要求，很难统一为一种模式。同时，主流三维CAD 软件都只提供了三维标注的基本功能，三维标注的效率较低，很难满足企业三维标注的需要。因此，要推广应用三维工程化设计，就需要根据企业制订的三维标注标准规范对三维CAD 软件进行二次开发，以提高三维标注的方便性和工作效率，更好地表达设计意图，并传递给工艺、制造、检测和维修维护等环节。定制开发的基于三维CAD 软件的三维标注工具采用图形化的操作界面，从视图管理、创建注释、整理注释和汇总输出四个方面，对三维标注进行了流程优化，操作简化，以提高标注效率，如图2 所示。

六、管理MBD 模型数据

经过三维标注的MBD 模型必须纳入PDM/PLM 系统才能进行有效的管理和利用。因此，应通过三维CAD 软件与PDM/PLM 系统的集成对MBD 模型进行动态、有效管理。三维CAD 软件与PDM/PLM 系统的集成示意图3 所示。

通过模型检查工具的应用，对所有入库（检入PDM系统）零件、组件和二维图的规范性进行控制，对于不符合要求的零件、组件和二维图则无法入库，从而保证入库模型的规范性。

七、结语

三维工程化设计是一种全新的技术，更是一种全新的管理，必然会受到传统二维设计思维和设计习惯的阻碍与限制，其影响最大的应该是工艺和制造部门。这是整个企业产品研制模型的变革，将彻底改变原有的二维工作流程。

总结企业推广三维设计、推进三维工程化应用的过程，主要有以下几点体会。

（1）在三维工程化设计技术应用过程中，不可能依赖技术手段解决所有问题，有些困难和问题必须通过企业管理手段来解决，要从二维思维中跳出来，逐步向三维思维转变，需要从决策和管理层进行推进。

（2）有效的产品数据管理平台是成功应用MBD 的基础。产品数据管理平台是产品研发的基础平台，支持产品研发的核心业务流程。三维设计软件（如Creo 软件）只有存在于与之高度集成的产品数据管理平台系统中，才是实现MBD 的唯一途径。

（3）MBD 模型建立应与MBD 标准和规范的建立紧密关联。需要针对各种不同的典型零部件，应详细定义每种零件标准的建模的过程和方法，形成规范，贯彻执行，确保三维模型的一致性以及三维建模的质量。

第8篇：三维工艺设计范文

关键词：三维艺术设计；教学方法；教学培养体系

中图分类号：TP391.41-4文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2012) 04-0000-02

作为高校教师艺术设计类教师，由于三维艺术设计教学需要丰富的想象力、独特的思维方式以及具体的实践性等，决定着其有特殊的地位，这在培养学生创造性思维及能力方而，是其他任何学科教学不可替代的，起着举足轻垂的作用.那么，如何在三维艺术设计教学中，有效的培养学生的创造性思维及能力呢?本文认为可以从以下几个方面入手考虑。

一、建立三维立体概念

三维既是在平面二维系中再加一个方向向量，由此构成一个空间体系，用这个三维坐标，可以把整个世界任意一点的位置确定下来。我们在教学中，往往存在以下问题：教师认为很简单的问题，但是对于学生来说，有可能就不太好理解。习惯了二维思维的学生对实际的三维形体或者图像感觉生疏，没有形成一定的概念。看过立体电影的人都知道，所谓三维，就是它不但可显示平面的画面，同时可以辨别远近、前后，使读者或者看者有一种身临其境的感觉。

二、针对不同学生使用不同方法

在高等院校中，三维艺术设计类的学生一般分有几个层次，教师可以根据他们的特点进行具体分析，并采用相应的教学策略。

（一）没有经过系统的美术教育的学生

对于以前没有经过系统的美术教育的学生，他们对艺术的概念基本上知之甚少，基础处于比较模糊的状态.对于这样的学生，首先从基础入手，循序渐进，先指导他们学习一些辅助知识，比如素描基础知识、设计透视原理等，让他们对三维立体的概念有个初级的了解，有利于后续教学的开展。

（二）有一定的美术教育基础的学生

在他们的教育经历中，已经有过了对初级美术基础的认识与能力的可能会有些美术撰础知识，有可能手绘水平较好、有可能动手能力比较强，但是他们对三维立体的概念还没有上升到一定层次，不能站在理论的高度_!二思考、解决问题。对于这样的同学，从教师的角度说，应该一方面加深这类学生对三维立体概念及理论的认知，另一方面继续加强学生的实践动手能力，也就是说，从理论和实践上双管齐下，这样才能对三维艺术设计的学习更进一步深化，才能在以后的实际工作中运用自如。

三、学生三维感知欠缺导致的教学问题分析

在三维艺术教学过程中，如果学生没有很好的三维立体概念，就会导致后期专业课程的开展无法顺利进行，或者进行后，教学效果不理想的情况.这种情况下，学生的思维还是停留在平面设计及构型阶段，自然不会设计出富有思想及深度的三维造型，更谈不上建筑装饰、景观规划等等实际产品的设计了。

学生的三维立体感不强，教师在教学过程中，展示设计、产品设计、动画设计、装饰设计、环境设计等等方面的设计课程都无法很好的开展，这往往也是教学效果事倍功半的原因所在。在实际教学过程中，往往会存在这样的情况:教师已经讲述到较深层次的知识及理论构型了，而学生对空间位置关系还不是完全明白和掌握。下文中，结合我近些年的艺术设计教学经验，就对学生三维立体概念的具体培养方法，做以下探讨：

四、学生学习过程中三维立体概念的培养方法

在三维艺术教学的实际中，我根据学生自身素质及学习程度的高低，采用由浅入深的方法，循序渐进地把三维立体概念灌输到了专业课程的教学环节中，根据学生的表现情况，收到了良好的教学效果。

（一）让学生学习设计纸手工作品

让学生学习设计纸手工作品是其中的一项训练项目，可以放置在课堂上举行。让学生通过使用比较常见的纸材料，培养其三维立体概念的形成与深化。进行手工训练，可以让学生充分了解纸材料的特性和造型方法.其体可以对纸材料进行折、粘、画、插等方法设计制作立体作品。在这个初级阶段，教师可以先鼓励学生随心所欲、根据自己的意愿进行设计，此过程不涉及过多的理论知识，以免对学生的创造性思维起到反而的引导效果。

（二）让学生学习立体构成理论

立体构成理论的整个立体构成过程是一个分割到组合，或者由组合到分割的过程，它主要研究在三维空间中，按照一定的原则，如何将立体造型要素组合成赋予个性美的立体形态的学科。任何三维模型及形态，可以安排重新排列组合的形式，将其还原到点、线、面，对点、线、面重新组合成任何模型或形态。对学生进行立体构成理论的培养，相信经过一段时间的训练，学生对三维立体概念会有很大的改善和提高。

（三）让学生对泥塑造型艺术进行设计

为了让学生充分感受三维造型的乐趣，可以让学生接触设计泥塑造型，由油泥等材料，制作出各种具有实在体积的形象，此也即“空间艺术”。泥塑可采用方块雕塑泥或者彩色橡皮泥为造型材料，引导学生先进行比较常见的具象人物进行塑造，再由浅入深进行抽象夸张的造型塑造.最后进行创意塑造。通过这种潜移默化的泥塑造型艺术，可对学生的三维立体概念达到意想不到的效果。

（四）鼓励学生进行电脑模型制作

由于实际模型制作具有一定的复杂性，可以鼓励学生采用电脑设计的方法弥补这个缺陷。当然，电脑设计也要遵循一定的法则，并不能天马行空，随心所欲。电脑设计需要遵循的法则包括自然法则及加工工艺法则等等。具体的模型制作也需要忠于材料本身的特征。只有这样，电脑模型才有可能转变成实际的产品，也只有这样，才能从社会需求的层面上对学生的三维艺术创造能力得到真正的提升。

五、结束语

面临现代社会知识经济的挑战，随着教育体制改革的深入，需要培养新时代所需的有创新意识、具有创造力的高索质的创造型人才。作为每一位教育工作者，一定要善于发掘学生们的创新潜能弘扬人的主体精神，以促进学生个性和谐的发展，为民族的振兴和社会的进步奉献我们的力量。

参考文献

[1]降通.设计程序:工业设计流程与方法[M].天津:天津大学出版社,2007

[2]朱敬一.电脑美术设计课程的教学方法探讨[J].泰州职业技术学院学报,2004

第9篇：三维工艺设计范文

本文介绍了工艺制造信息（工艺孔、角度线、余量线）相关数据标准设计过程和模块操作方法，达到对制造数据快速设计。

【关键词】销钉孔 耳片 角度 余量

引言

由于零件设计还没有完全建立面向制造的设计理念，没有应用面向制造与装配的设计技术，设计模型到生产车间后，必须由生产车间的相应部门进行大量的工艺转化，形成制造数据集，才能开展工装的设计、制造等工艺工作。为了适应现代航空制造技术的快速发展，推广数字化技术的应用，以及加速新型号研制的生产准备进程，通过对CATIA V5二次开发，使制造数据设计过程可实现标准化和模块化设计，达到了对制造数据快速设计的要求。在此基础上，将工艺数模的快速标准设计方法进行整理推广，期望推动工艺数模的设计手段快速发展。

1.现状分析

零件加工过程中需要在制造数据集上增加一些成形的工艺孔、定位孔、装配孔、及加工工艺余量、化铣工艺余量等，对于这部分工作，目前的设计方法主要通过CATIA自身携带的基本功能来完成，该过程需要生成大量的中间参考信息以及进行繁琐的中间操作，效率及其低下，不利于完成快速设计，延长了飞机生产准备周期。在CATIA二次开发中，增加了快速设计功能，应用快速设计功能进行工艺数模设计，不仅缩短了数模设计时间，同时规范了各项工艺数据的添加，方便了后期的更改与维护。3.设计过程简介

3.1 销钉孔设计

3.1.1 不带轮廓线的销钉孔

拾取零件内型面和将要添加销钉孔的边界，参数设置完后点击“生成预览”。如果销钉孔在零件体上可以通过点击“另一侧”按钮使点回到体外，同时“生成预览” 按钮变为“另一端” 可以点击它使销钉孔定位在边界另一端起的30%处，调整好位置后点确定，在结构树上可生成的工艺信息。

3.3.1 三维余量工艺设计

点击“ ”弹出对话框，可生成均匀余量及不均匀余量。生成均匀余量线时拾取相关信息。生成非均匀余量线时，余量类型选择“单方添加非均匀余量”并拾取相关零件信息。

3.3.2 下料工艺余量

下料工艺余量操作是为了保证生成钣金件二维展开视图时，在二维图上自动将三维余量信息转化到二维图的相应位置，并在二维图上添加余量标注。将钣金件展开，点击“ ”弹出对话框，添加均匀余量拾取元素。拾取边界两端顶点，自动生成方向参考点，生成单向余量线，点击“预览”并确定。4.结论

工艺数模的设计是数字化生产过程中生产手段进步的象征，它将零件加工过程中的工艺需求体现在三维数模中。标准模块化设计的直接好处就是数据源的规范性，可读性强，便于数据的更改及技术跟踪，同时大幅度缩短制造数据的设计周期，进而可大幅度缩短生产准备周期，节约生产成本，提高效率，创造更高的效益。

参考文献

[1]范玉青.现代飞机制造技术[M].北京：航空航天大学出版社，2001.