一种基于MBD的焊接工艺建模及工艺设计方法与系统

摘要

本发明属于数字化工艺技术领域，提供了一种基于MBD的焊接工艺建模及工艺设计方法与系统，包括基于MBD的焊接工艺模型和基于MBD的焊接工艺建模系统两部分；基于MBD的焊接工艺模型实现对焊接业务的一致化表达、存储和管理，基于MBD的焊接工艺建模系统实现具体的PBOM建立、焊接模型定义、可视化交互和输出；本发明可以实现三维焊接工艺模型的快速增删改查和可视化交互，实现MBD模型从设计到工艺的继承和应用拓展，在焊接工艺设计应用领域提出基于轻量化模型的焊接特征构建和表达方法。

说明书

技术领域

本发明属于数字化工艺技术领域，尤其涉及一种基于MBD的焊接工艺建模及工艺设计方法与系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前焊接工艺设计采用二维模式，主要依靠纸质焊接工艺以及设计图纸标注的工艺设计方法。

现有技术的缺陷是：目前焊接工艺设计采用二维模式，工艺设计完全依赖于唯一表达设计意图的纸质二维图，受制于其表现力的限制，在从实体形象与抽象的二维视图表达方式相互转换中浪费了工艺人员大量的精力，不可避免地出现歧义和偏差。所形成的工艺缺乏验证，将工艺设计过程中无法暴露的问题，后移至生产制造环节，该种工艺设计方式存在以下问题：

1)目前国内焊接三维工艺设计的仍在摸索阶段。

2)工艺设计过程中无法直接利用设计部门下发的三维模型开展工艺设计。

3)一致性差。工艺设计时需要将三维模型转化为二维图，导致数据源不唯一，与产品设计模型无法保持关联。且同一个产品由不同的工艺人员编制工艺时，将会得到不同的方案，缺乏一致性，而且在产品设计初级阶段难以全面、正确地考虑焊接工艺性，焊接工艺方面存在问题的反馈和修改缓慢且难以实现。

4)工艺设计与工艺仿真脱节，仿真参数与工艺设计参数不能自动传递，重复劳动工作量大。

5)无法实现工艺的可视化表达，对焊接的可操作性、易实现程度无法评估，为生产带来不便。

6)工艺的合理性只能通过实际焊接操作验证，然而工艺是否已达最优无评估手段。

发明内容

为了解决上述背景技术中存在的技术问题，本发明提供一种基于MBD的焊接工艺建模及工艺设计方法与系统，其可以实现三维焊接工艺模型的快速增删改查和可视化交互，实现快速高效的构成合理的焊接工艺方案，避免出现歧义和偏差，保证了一致性，实现焊接工艺设计全流程的可视化，提高产品质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的第一个方面提供一种基于MBD的焊接工艺建模及工艺设计方法，包括：

从制图软件中抽取设计物料清单BOM形成初始工艺BOM结构、轻量化模型及其模型对应关系；

判断原始模型中是否具备焊点/焊缝信息，

若是具备焊点/焊缝信息，则从制图软件中导出焊点焊缝特殊特征数据文件，并通过数据转换重构焊点焊缝信息以及焊点焊缝模型；

若是不具备焊点/焊缝信息，则针对焊接焊合/拆分需求，进行BOM节点及轻量化模型层次结构一致性调整。

本发明的第二个方面提供一种基于MBD的焊接工艺建模及工艺设计系统，包括：

MBD设计模型定义模块，被配置为从制图软件中抽取设计BOM形成初始工艺BOM结构；

三维焊接工艺建模模块，被配置为建立焊点/焊缝结构，通过工艺BOM结构节点与焊点/焊缝模型的紧密关联逻辑，基于结构工艺组件分配同步构建上述焊接工艺模型；

三维焊接BOM结构调整模块，被配置为针对焊合和焊接拆分需求，进行BOM节点及轻量化模型层次结构的一致性调整；

基于三维模型的焊接特征构建模块，被配置为在焊接工艺模型基础上，识别焊接件焊合边界，基于模型创建具备坡口特征和焊接工艺参数的焊缝、焊点模型；

三维焊接技术要求表达模块，被配置为在转换继承的MBD设计模型PMI及视图基础上，添加焊接工艺符号以及技术要求数值；

输出模块，被配置为基于焊接工艺模型，支持全过程、单工序、单工步的可配置发布。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明除了三维焊接工艺参数和被焊零部件的数据外，还包含设备、耗材资源、工艺知识资源等，以及焊接仿真动画、仿真分析报告，在工艺构成过程中，通过数字化手段实现焊接仿真，包含焊点定义、焊接顺序、干涉等工艺仿真；

本发明能够直接在系统内编辑设计部门发放的三维模型，并进行轻量化模型转换；能够利用产品模型在系统内直接进行焊接工艺转化和定义；

本发明的方法提供开放接口，可以与焊接工艺仿真分析模块或者其它焊接机器人工艺规划模块集成，在工艺构成完成后，可以根据需求进一步进行工艺的仿真优化；

本发明方法内建立焊接知识库，存储大量耗材资源、工艺装备，以及凝练后的焊接工艺知识，工艺设计效率大幅提升，工艺知识大量积累；

本发明可提供示教型、交互式的可视化的焊接三维工艺现场发布；

本发明实现了焊接工艺设计全流程的可视化，既提高了工艺规划设计的效率，又保证工艺的质量，缩短了工艺开发的周期，对产品的合格率有极大提高，同时实现企业的工艺知识沉淀机制。

本发明附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明一种基于MBD的焊接工艺模型结构示意图；

图2是本发明三维焊接工艺建模模块焊点导入的流程示意图；

图3是本发明三维焊接BOM结构调整模块焊点分配的流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要注意的是，附图中的流程图和框图示出了根据本发明的各种实施例的方法和系统的可能实现的体系架构、功能和操作。应当注意，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，所述模块、程序段、或代码的一部分可以包括一个或多个用于实现各个实施例中所规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以按照不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，或者它们有时也可以按照相反的顺序执行，这取决于所涉及的功能。同样应当注意的是，流程图和/或框图中的每个方框、以及流程图和/或框图中的方框的组合，可以使用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以使用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

实施例1

如图1所示，本实施例提供了一种基于MBD的焊接工艺建模及工艺设计方法，本实施例以该方法应用于服务器进行举例说明，可以理解的是，该方法也可以应用于终端，还可以应用于包括终端和服务器和系统，并通过终端和服务器的交互实现。服务器可以是独立的物理服务器，也可以是多个物理服务器构成的服务器集群或者分布式系统，还可以是提供云服务、云数据库、云计算、云函数、云存储、网络服务器、云通信、中间件服务、域名服务、安全服务CDN、以及大数据和人工智能平台等基础云计算服务的云服务器。终端可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑、台式计算机、智能音箱、智能手表等，但并不局限于此。终端以及服务器可以通过有线或无线通信方式进行直接或间接地连接，本申请在此不做限制。

名词解释：

PMI，Product Manufacturing information(产品制造信息)；

MBD，model based definition(基于模型定义)。

本实施例中，该方法包括以下步骤：

步骤S1：从制图软件中抽取设计物料清单BOM形成初始工艺BOM结构、轻量化模型及其模型对应关系；

步骤S2：判断原始模型中是否具备焊点/焊缝信息，

步骤S3：若是具备焊点/焊缝信息，则从制图软件中导出焊点/焊缝特殊特征数据文件，并通过数据转换重构焊点焊缝信息以及焊点/焊缝模型；

步骤S4：若是不具备焊点/焊缝信息，则针对焊接焊合拆分需求，进行BOM节点及轻量化模型层次结构一致性调整。

其中，在步骤S3中，具体过程为：

步骤S31：从制图软件中导出焊点焊缝特殊特征数据文件，并通过数据转换重构焊点焊缝信息以及焊点/焊缝模型；

步骤S32：在初始模型与零组件结构属性对应的3D可视化BOM中，通过焊缝焊点信息中焊点对象与零组件的焊合关系同步创建含焊点/焊缝信息的3D可视化BOM；

步骤S33：针对焊接焊合拆分要求，进行BOM节点及轻量化模型层次结构一致性调整；

步骤S34：根据焊接工艺规划，构建焊接工艺过程结构数据BOP，分配焊接结构工艺件到焊接工艺过程结构节点，构建焊接工艺模型；

步骤S35：根据焊点与零组件的关联创建关系，自动分配焊点/焊缝到焊接工艺模型中；

步骤S36：添加焊接工艺符号或焊接工艺技术要求到焊接工艺模型或焊点/焊缝模型中；

步骤S37：基于焊接工艺模型，支持全过程、单工序、单工步的可配置发布。

具体地，在步骤S31中，通过数据转换重构焊点/焊缝信息以及焊点/焊缝模型，具体为：

通过抽取制图软件中定义焊点/焊缝导入；

或，在三维模型的焊接特征构建模块内进行焊点/焊缝指定。

如图2所示，在步骤S31中，通过抽取制图软件中定义焊点/焊缝导入，具体过程为：

步骤S311：选择导入对象，弹出导入界面；

步骤S312：对导入对象进行判定是否为工艺过程对象，如果是，则转入步骤S313，如果不是，则弹出提示“当前位置不允许导入焊点模型”；

步骤S313：对步骤S312确定的工艺过程对象进行判定是否与焊点关联的总组成组件信息一致，如果是，则转入步骤S314；如果不是，则弹出提示“焊点信息与当前产品不匹配”；

步骤S314：判断步骤S313中与焊点关联的总组成组件信息一致的工艺过程对象是否导入成功，如果是，则转入步骤S315；如果不是，则弹出错误日志；

步骤S315：根据导入数据创建焊点结构数据；

步骤S316：根据步骤S315中的焊点结构数据，记录焊点与焊合件关联关系，加载导入列表；

步骤S317：根据步骤S315中的焊点结构数据，创建焊点焊缝模型，展示焊点模型；

步骤S318：将导入焊点列表与焊点模型可视化交互对应关系。

如图3所示，在步骤S33中，针对焊合和焊接拆分需求，进行BOM节点及轻量化模型层次结构的一致性调整，具体过程为：

步骤S331：触发“焊点分配”，并判断是否选择特定焊点；如果是，则转入步骤S332；如果不是，则转入步骤S333；

步骤S332：基于当前选择焊点进行分配分析；

步骤S333：基于整个焊点视图中的列表进行分配分析；

步骤S334：基于步骤S333或者步骤S334的分配分析结果，依次根据焊点与组件关联规则进行自动分配分析；

步骤S335：遍历工艺过程节点，是否包含焊点关联全部零组件信息，如果是，则转入步骤S336；如果不是，则返回步骤S334继续分析下一个焊点；

步骤S336：将当前焊点分配到组件所在工艺过程节点，创建关联；

步骤S337：判断是否完成所有过程节点分配，如果是则返回焊点分析结果；如果不是，则继续步骤S331～步骤S336；

步骤S338：通过颜色标识对焊点分配结果进行标注，根据列表中焊点的分配状态选择对应的颜色标识；

步骤S339：结束分配。

其中，在步骤S4中，具体过程为：

步骤S41：针对焊接焊合拆分需求，进行BOM节点及轻量化模型层次结构一致性调整；

步骤S42：根据焊接工艺规划，构建焊接工艺过程结构数据BOP，分配焊接结构工艺件到焊接工艺过程结构节点，构建焊接工艺模型；

步骤S43：在焊接工艺模型的基础上，识别焊接焊合边界，基于模型创建具备坡口特征、焊接工艺符号和焊接工艺参数的焊缝、焊点特征模型；

步骤S44：基于焊接工艺模型，支持全过程、单工序、单工步的可配置发布。

其中，在步骤S41中，针对焊接焊合拆分需求，进行BOM节点及轻量化模型层次结构一致性调整的具体过程与步骤S33过程一致，仅仅是处理的数据对象不同而已，步骤S41是在原始模型中不具备焊点/焊缝信息的情况下进行调整；而步骤S33是在原始模型中具备焊点/焊缝信息的情况下，且创建了含焊点焊缝信息的3D可视化BOM的前提下进行调整的。

具体地，技术要求包括焊接符号、文本标注、测量尺寸、精度要求、序号、磁力线、分组信息。

其中，焊接工艺模型主要包括：焊接工艺业务模型、焊接材料模型、被焊零件模型、焊接工具模型、焊点/焊缝三维对象模型五个部分。

焊接工艺业务模型存储了焊接工艺中涉及的所有属性值，利用该模型可以实现对具体焊接工艺业务的增删改查，具体内容包括：焊接工艺ID、焊接类型(电弧焊；气焊；埋弧焊；摩擦焊；电阻焊；固相焊；硬钎焊；软钎焊；电子束焊；激光焊；热剂焊；感应焊；冲击电阻焊；电渣焊)、焊层、接口样式、坡口属性、电流强度、电弧电压、电流种类、焊接入读、热输入、焊接操作说明以及焊点焊缝ID。

焊接材料模型存储了焊接工艺所匹配的焊接材料属性，便于建立焊接材料台账，具体内容包括：焊接材料ID、材料规格和材料数量/属性，通过焊接材料ID与焊接工艺ID链接。

被焊零件模型存储了被焊接结构件的信息，信息来自于BOM，基于MBD定义可以实现对被焊零件的可视化交互，具体包括：结构件ID、结构件名称、结构件材料属性和结构件关键尺寸，通过结构件ID与焊接工艺ID链接。

焊接工具模型存储了焊接用工具信息，便于建立焊接工具台账，具体包括：工具ID、工具名称(包括焊枪、烙铁、锡炉等)、工具规格、模型路径，通过工具ID与焊接工艺ID链接。

焊点/焊缝三维对象模型存储了焊点焊缝具体信息，该模型基于MBD定义，可以实现焊点焊缝的增删改查和可视化交互，具体包括焊点焊缝模型ID、焊点焊缝属性和属性名称，通过焊缝模型ID与焊接工艺ID链接。

焊接工艺业务模型通过调用其他四个模型的ID实现链接、调用和管理，从而达到三维焊接工艺模型的快速增删改查和可视化交互的目的，实现快速高效的构成合理的焊接工艺方案。

实施例2

本实施例提供了一种基于MBD的焊接工艺建模及工艺设计系统，主要包括：MBD设计模型定义模块、三维焊接BOM结构调整模块、三维焊接工艺建模模块、基于三维模型的焊接特征构建模块、三维焊接技术要求表达模块和输出模块六个模块。

MBD设计模型定义模块，负责从CAD软件中抽取设计BOM形成初始工艺BOM结构，提取MBD模型中视图、PMI、属性必要信息，并完成模型的轻量化，支持在工艺BOM上进行增删改查操作。

三维焊接工艺建模模块，采用两种方式建立焊点/焊缝结构：一、通过抽取CAD软件中定义焊点/焊缝导入(如图2所示)；二、在三维模型的焊接特征构建模块内进行焊点/焊缝指定，通过工艺BOM结构节点与焊点/焊缝模型的紧密关联逻辑，基于结构工艺组件分配同步构建上述焊接工艺模型，支持在工艺BOM上进行增删改查操作。

三维焊接BOM结构调整模块，针对焊合和焊接的工艺拆分需求，进行对PBOM节点及轻量化模型层次结构进行一致性调整，业务过程如图3所示。

基于三维模型的焊接特征构建模块，在焊接工艺模型基础上，识别焊接件焊合边界，基于模型创建具备坡口特征和焊接工艺参数的焊缝、焊点模型，焊接工艺特征能够为焊接设备和资源的选择提供数据支持；

三维焊接技术要求表达模块，实现在转换继承的MBD设计几何模型、视图、产品制造信息PMI以及三维焊点/焊缝特征基础上，添加焊接工艺符号以及技术要求数值；

输出模块基于MBD的三维焊接工艺模型，支持全过程、单工序、单工步的可配置发布。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(RandomAccessMemory，RAM)等。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。