开目基于MBD的三维机加工艺规划系统（3DMPS）提供专业的加工工艺辅助，能够辅助零件分析、辅助机加工艺设计、辅助工序模型自动建模以及辅助加工。3DMPS获取零件工艺信息、全三维模型文件后，通过对三维模型中制造特征的识别，采用基于知识的参数化设计思想，智能化推理得到各制造特征的加工方法，再通过人机交互，生成面向零件的机加工工艺过程。系统根据零部件模型和工艺过程，自动生成毛坯模型及各工序的中间模型以及完成加工过程仿真。完成后的工艺信息能够按照企业指定的格式进行输出，或者进行三维工艺信息在车间的电子化发布。

3DMPS以三维CAD技术、可视化技术为基础，充分考虑了产品全生命周期的各个环节，利用产品的三维模型，由工艺规划人员在计算机环境中对产品的加工过程进行交互式的定义和分析，实现了基于三维模型的工艺可视化规划、工艺仿真与优化、动态工艺呈现，从而使制造人员能更加准确、高效地完成加工工作，从而加速企业技术创新，提高产品的质量和可靠性，降低产品开发成本，缩短开发周期和提高市场竞争力。

随着制造业能力的提升，产品复杂度和精度也在不断提高，信息技术对制造业发展的促进作用也日益明显。在设计技环节，设计工具逐渐从二维CAD向三维CAD转化，围绕三维模型的设计、分析、仿真技术逐渐成熟和完善，二维工艺因为缺少对三维CAD模型的有效利用与支持，缺少本质上(专业上)对加工工艺规划的辅助能力，同时静态的图形和文字形式的工艺描述也难以直观地表达动态的加工过程，无法对生产现场进行真实的指导，从而逐渐落后于企业的发展要求。

1.三维模型信息提取

零件模型作为三维CAPP系统的唯一数据源，包含了丰富的管理信息、几何信息和非几何信息。管理信息要准确无误的转换到三维CAPP系统中，几何信息和非几何信息要被提取后并重构成为CAPP的重要输入。在三维工艺规划阶段，重点关注零件基本信息、建模特征信息、BRep信息、标注信息等。

2.零件分析

从零件模型的各种信息中分析出工艺能理解的信息，将设计意图转换为工艺要求。此模块以最小加工对象（加工特征）为关联对象，主要对零件的加工特征及其属性、尺寸进行分析。针对标注的尺寸（设计要求），通过分析将标注转化为特征的工艺属性。

3.工艺规划

根据加工特征及特征属性（工艺要求），从知识库中推理出特征的加工方法（路线）以及加工余量。根据工艺编制的基本原则和工艺资源，对特征的加工方法进行重新组合编排，形成零件的加工工序（路线）。根据机床、特征、余量等从知识库中推理出每道工步的刀具和加工参数。通过上述的特征加工工步推理、零件工艺编排、工步推理三个过程形成零件的加工工艺。

4.毛坯及工序模型生成

中间过程图（工艺附图或者三维过程模型）使工序的描述更为直观和精准，是工艺中重要的辅助表达。在三维工艺中，过程模型不仅作为表达的一种形式，更是工艺数据的重要组成部分。过程模型还可以用于加工过程动态仿真、加工过程性能分析、虚拟加工场景、数字化检验等具更具有参考性的模拟设计。在三维工艺设计中，最耗时的是三维过程模型的建模，如果过程模型不能快速生成，将大大降低三维工艺设计的效率。此模块的主要目标是根据工艺过程快速生成相应的三维过程模型（毛坯模型和工序模型），模型的生成包含中间尺寸的设计。

5.与CAM集成

三维工艺设计系统中，根据加工工艺对加工策略、加工刀具和加工位置进行集成，将这些工艺数据自动传递给CAM，利用CAM本身的加工仿真能力和后处理器生成刀位文件和NC代码，并将CAM中完成的加工工艺（机床、刀具、加工参数、加工策略、NC代码）回传到三维CAPP系统中。系统利用CAM的后处理器生成NC代码，并支持将代码文件关联工艺存储。

6.工艺输出

将工艺设计器中的结构化工艺和模型按照一定的组织形式输出为下游系统或车间所能接受的格式文件。相比传统工艺输出，三维工艺的输出最大的难点是三维过程模型的输出，3DMPS提供多种工艺输出方式，以标准的XML格式、3DPDF格式、三维工艺浏览器工艺卡片格式输出，以满足下游的各种应用。

开目三维机加工艺规划系统运行流程说明如下：

（1）从设计部门获得零件的设计模型，审查零件模型。

（2）提取模型信息。一般情况下，全三维模型中的信息是完整的。信息包括几何形状信息、标注信息、零件属性信息等。

（3）从零件模型中识别出需要加工的制造特征及其属性。对于有明显制造意义的模型特征（如倒角、倒圆、螺纹孔等），可以直接通过映射关系识别为制造特征。对于其他特征（如外圆柱、圆锥、键槽、退刀槽、砂轮越程槽、中心孔、阶梯孔、凹槽等），通过特征识别规则组合几何体素将面及面组合识别为制造特征。通过标注的关联体转换和匹配，得到特征的加工属性。

（4）制造特征识别出来后通过特征工艺知识库推理出各个制造特征的加工步骤。系统输出的加工步骤中，工艺参数包括切削余量、加工精度、机床、主轴转速、进给量、切削深度等。

（5）根据特征的加工步骤进行零件加工工艺排序，即将各个制造特征的加工步骤排到零件加工工序中。系统提供零件工艺规划平台，工艺员以交互的方式完成零件加工工艺编排。系统会帮助工艺员特征的加工步骤不漏排、不倒排。

（6）系统根据零件的类型及加工工序（工步）自动产生零件的毛坯模型及各工序的工序模型图。系统支持工程标注，允许用户在工序模型图中指定每道工序的加工基准面、被加工面的粗糙度，并标注工序尺寸。

（7）通过CAM集成模块产生某道工序的刀位文件，并仿真加工过程、生成数控加工代码。

（8）工艺规划完成后产生工艺文件，工艺文件中嵌入三维工序模型并关联仿真录像，直观的在车间进行呈现。

1.技术特色

（1）工艺设计的专业化

3DMPS在建立通用开放的应用平台基础上，面向不同行业，不同企业的需求，总结行业的工艺设计的经验和特点，包括产品特点、工艺装备特点、工艺设计过程特点、工艺知识累积特点等，形成具有行业特点和企业特色的专业化的工艺设计与仿真系统。

（2）工艺设计的可视化

3DMPS以MBD为基础，实现工艺设计模式从二维向三维转变，为设计人员提供了一个接近真实的可视化工艺设计环境。3DMPS以三维模型方式对产品进行准确描述，完整地反映出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，同时保证产品设计过程中的协调性。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、加工资源规划等高层次的工艺设计工作，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。

（3）工艺设计的智能化

3DMPS不再停留在以解决事务性、管理性工作为主的阶段。除了作为工艺设计辅助工具外，3DMPS还能够将工艺专家的经验和知识进行表达、积累和应用。3DMPS面对国内以通用机加为主、数控机加为辅，机加工艺编制工作量大，具有较强的行业和企业个性，同时又有典型的加工特征等特点和现状，以成熟的二维CAPP、参数化CAPP等产品为基础，一方面基于逆向工艺的思想开展三维工艺规划技术的研究，另一方面从工艺的深层次应用考虑，基于智能化设计思想和创成式设计的模式，采用三维模型特征识别技术、基于知识的智能化特征工艺自动生成技术、人机交互工序编排技术、自动生成工序模型和毛坯等技术，实现智能化工艺设计。

（4）工艺设计的集成化、协同化

3DMPS一方面通过采用全三维基于特征的产品表述方法，能够建立一个具有完整信息（三维尺寸标注及各种产品结构信息等）的三维数字模型，从而取消二维工程图，保证设计数据的一致性。另一方面，3DMPS弥合了三维模型直接用于制造的间隙。基于MBD的3DMPS使得三维模型从设计延伸到下游的工艺、制造环节，形成了面向产品全生命周期的工艺规划系统，并使得系统进一步朝着集成化、协同化的方向发展。实现基于MBD的3DMPS与CAD、PLM、MES、ERP等系统的紧密集成，使CAPP有机融入到现代集成制造系统之中。实现各企业间、企业与客户间、设计人员间的协同工艺设计。

（5）工艺设计的先进性和实用性

本系统实现三维模型上的加工特征定义与信息提取，打通了几何特征模型和加工特征模型之间的联系，通过和CAM软件的集成，打通了加工过程模型和数控程序的关联。对于系统暂时不支持的特征，或者推理结果加工结果不匹配实际工艺的情况，允许用户手工输入或修改推理结果进行干预，确保用户对系统的控制。

系统支持WAVE技术，工艺人员可以手工修改某步骤生成的工序模型，后续的工序模型都能相应更新，由于本系统采取正向生成工序模型（和加工顺序一致）的策略，使用WAVE技术更加合理。工艺人员也可以直接使用CAD系统，利用同步建模和WAVE技术生成一步或多步工序模型，挂接在系统中。

（6）知识库和资源库的开放性

机加工艺知识库包含零件工艺性知识库、加工方法库、工艺资源库等。其中加工方法库包含工艺路线库、特征加工方法库等，工艺资源库包含材料库、机床库、夹具库、刀具库、量具、切削用量等，开目提供工艺资源管理器可以对资源库进行管理。

2.系统优势

（1）平台性

开目三维机加工艺规划系统尽量考虑了平台的开放性和可重构问题，采用了面向对象和组件式的开发方法，通过对系统功能构件建模、封装与部署，实现系统的快速扩展与重构。软件体系结构上，开目三维机加工艺规划系统完全采用面向对象的思想和方法进行需求分析、设计和开发；严格定义各模块和功能层次的接口定义，利用成熟的数据表示和交换技术（如XML、STEP、SOAP等）作为异构系统之间的交换协议，保证系统的可扩展性和灵活性，能够提供多种应用开发接口的实现。

（2）方便性

3DAST系统设计以实用为主，以用户需求为出发点，以方便用户为使用原则；同时，系统采用符合实际需求，并满足国际标准的技术标准。系统是基于WINDOWS风格完全中文化应用程序，易学易用，界面友好，操作简便；客户端提供全中文的可视化操作界面，在线中文帮助系统。

系统在发布和实施时可提供完整、准确、详细的产品说明书，以及项目需求分析报告、项目实施规划书、系统测试报告、系统维护手册、面向操作者的作业指导书等，可按照企业实际需要提供必要的程序源代码（二次开发部分）和软件接口说明文档。

（3）共享性和继承性

系统具有良好的共享性和继承性，系统建设能够充分利用现有设备和系统，同时采用分布实施、分阶段投入的方式，以保护企业投资，提高系统的性能价格比。

（4）扩展性和集成性

3DMPS扩展性和集成性主要体现在：

a.与三维CAD集成：3DMPS能够接收主流三维CAD三维数据模型数据,将三维模型进行转换和轻量化，在此基础上开展三维装配工艺设计,同时模型的属性信息、PMI信息等均能够继承。

b.输出的开放性：3DMPS除提供自有格式输出外，还提供标准的XML格式输出、3DPDF格式输出、AVI输出等多种标准数据输出格式，同时3DMPS可以输出国际标准格式的工艺模型供下游系统集成使用，还提供标准的ActiveX控件，第三方应用可以直接嵌入控件进行3D工艺的浏览、操作。

c.资源的开放性：一方面，3DMPS提供自带的工艺资源管理器进行资源使用和管理。开目工艺资源库具有开放的数据接口，用户能够进行资源库的创建、扩充、维护和管理。另一方面，3DMPS还能够使用其它系统或者数据库中的资源。

d.知识积累的开放性：3DMPS蕴含了丰富的基于知识的工艺创新设计思想，在系统中已有的典型工艺知识库基础上，利用系统提供的工艺知识定义和管理工具，用户能够将企业自身的工艺知识进行不断的积累和完善,最大限度地实现基于知识的工艺设计，提升企业的整体工艺水平。

e.应用接口的开放性：3DMPS具备完善的二次开发接口，用户可以在此基础上在3DMPS系统中增加插件，通过插件可以定制专属功能或访问3DMPS的文档数据。

f.管理的开放性：3DMPS作为企业工艺设计的工具，能够与企业的其它系统（例如PDM/工艺管理系统等）进行良好的集成，以实现工艺管理。通过与企业研发管理平台的集成，用户能够完成工艺路线定义、工艺任务分派、工艺编制、工艺签审、工艺变更、工艺输出、工艺版本管理等多种管理功能。

g.集成的开放性：3DMPS提供标准的系统集成接口，能够实现与企业多种软件系统的集成，例如与MES/ERP/OA/数据中心/基础资源库等。

（5）可维护性

3DMPS系统采用合理的体系架构规划，易理解、易修改，提高了系统的可维护性。软件功能采用模块化的设计思想，易于扩展。系统还提供开放的配置和开发接口，使得系统能够较好的完成个性化应用所需要的适应性维护。系统提供完备的在线帮助文档、学习教程、安装和使用手册等，便于用户和系统管理员理解、使用和维护系统。