MBD技術(shù)的定義與運(yùn)用分析

祝光旭

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.005

摘 要：三維模型的定義正在引領(lǐng)全球制造業(yè)的一場(chǎng)技術(shù)革新。其影響力不亞于從手工繪圖到計(jì)算機(jī)繪圖的變革。基于模型的定義（MBD）全三維設(shè)計(jì)技術(shù)，是將產(chǎn)品所有相關(guān)設(shè)計(jì)定義、設(shè)計(jì)屬性和加工制造信息等都在產(chǎn)品三維模型中進(jìn)行數(shù)字化三維定義，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)到加工無紙化操作。該技術(shù)源于波音公司，目前在中國(guó)航空領(lǐng)域得到廣泛運(yùn)用。為了讓廣大制造業(yè)企業(yè)更加深入了解MBD技術(shù)，文章針對(duì)MBD技術(shù)如何在制造業(yè)企業(yè)運(yùn)用進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞：三維模型定義 MBD技術(shù) 數(shù)字化樣機(jī) 無紙化

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（a）-0005-02

隨著國(guó)產(chǎn)商用大飛機(jī)C919試飛成功，中國(guó)制造得到了世界認(rèn)可。伴隨著國(guó)內(nèi)外媒體的深入報(bào)道，在C919研制過程中，先進(jìn)的技術(shù)手段和系統(tǒng)被人們所熟知。MBD技術(shù)是目前大家廣泛關(guān)注的技術(shù)之一。

MBD（Model Based Definition）技術(shù)作為數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)制造技術(shù)的技術(shù)信息載體是數(shù)字化協(xié)同設(shè)計(jì)制造技術(shù)中的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)，是設(shè)計(jì)與制造部門必須緊密協(xié)同，實(shí)現(xiàn)無紙化制造的必要手段。

1 產(chǎn)品設(shè)計(jì)定義演變過程

產(chǎn)品設(shè)計(jì)定義需要明白、清晰的表達(dá)。在古代，中國(guó)就有物理實(shí)體模型和二維繪圖法表達(dá)工程設(shè)計(jì)思想。從1795年法國(guó)科學(xué)家蒙日系統(tǒng)的提出畫法幾何原理，以及1840年發(fā)明藍(lán)圖以來，工程師們一直使用標(biāo)準(zhǔn)手繪二維平面工程視圖來表達(dá)產(chǎn)品設(shè)計(jì)，手繪二維工程圖代表了第一代工程語(yǔ)言。在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的近百年間，工程技術(shù)發(fā)生了巨大變化，特別是隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，工程設(shè)計(jì)手段和工具也產(chǎn)生了顛覆式的演變。

縱觀發(fā)展演變過程，可以分為三個(gè)階段。

第一階段。手工二維圖?；诋嫹◣缀卧碛脴?biāo)準(zhǔn)化的手繪二維圖表達(dá)三維實(shí)體的定義方法。但是表達(dá)的方式對(duì)傳遞設(shè)計(jì)信息可能存在歧義，手工繪制過程需要設(shè)計(jì)人員具備較高的繪圖能力和三維空間思維能力，設(shè)計(jì)圖紙質(zhì)量和標(biāo)準(zhǔn)化很難保證。繪制圖紙效率很低，且很難實(shí)現(xiàn)二維圖紙重復(fù)利用。注：手工二維圖現(xiàn)已被淘汰。

第二階段。計(jì)算機(jī)輔助繪圖。隨著計(jì)算機(jī)的普及和發(fā)展，以計(jì)算機(jī)為設(shè)計(jì)工具來代替手工繪制的設(shè)計(jì)手段，即手工二維圖的計(jì)算機(jī)化。20世紀(jì)80年代三維建模設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn)和軟件的升級(jí)，極大地改善了產(chǎn)品設(shè)計(jì)的表達(dá)，但仍存在定義不規(guī)范、表達(dá)不清楚、不準(zhǔn)確的問題。注：計(jì)算機(jī)輔助繪圖是現(xiàn)在企業(yè)主要的設(shè)計(jì)手段和產(chǎn)品設(shè)計(jì)定義方式。

第三階段。基于MBD技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)。基于特征的標(biāo)準(zhǔn)化三維數(shù)據(jù)定義，可方便、清晰地為設(shè)計(jì)和加工制造進(jìn)行信息傳遞，使得數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造一體化成為可能。同時(shí)很好地解決了單源數(shù)據(jù)問題，提高了設(shè)計(jì)效率和圖紙更新利用率。特別是數(shù)據(jù)傳遞過程中可以實(shí)現(xiàn)無紙化，極大地減少了設(shè)計(jì)和溝通成本，為企業(yè)信息化建設(shè)打下基礎(chǔ)。

2 MBD技術(shù)概念

MBD作為最新的產(chǎn)品定義技術(shù)，最早源于波音公司在航空工業(yè)的運(yùn)用。其核心思想是：所有產(chǎn)品相關(guān)的設(shè)計(jì)信息、設(shè)計(jì)屬性、加工工藝信息、裝配信息以及管理信息通過三維模型進(jìn)行表達(dá)的產(chǎn)品數(shù)字化定義方法，所有信息按照三維模型的方式進(jìn)行組織管理、顯示、傳遞和重用。三維設(shè)計(jì)模型可完整、清晰地表達(dá)產(chǎn)品定義信息（即使用三維尺寸標(biāo)注和附加的各種制造信息和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息注釋）定義到產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型中，可以二維工程圖的替代工作，保證了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的唯一性。

MBD并不是僅僅是簡(jiǎn)單的三維模型標(biāo)注和注釋，它包含了三維產(chǎn)品制造信息和非幾何的管理信息（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、PMI、BOM等），通過一系列規(guī)范的方法能夠更好地表達(dá)設(shè)計(jì)意圖和思想。加工制造人員僅需一個(gè)三維模型即可獲取全部信息，使設(shè)計(jì)與制造廠之間的信息交換變得更加高效、直接、準(zhǔn)確。徹底打破了設(shè)計(jì)與加工制造間的壁壘，真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造一體化。

MBD有效的利用了三維設(shè)計(jì)模型，改變了二維工程圖的制造加工信息的表達(dá)方式，最大限度地發(fā)揮了三維實(shí)體模型的表達(dá)優(yōu)勢(shì)，完成產(chǎn)品數(shù)字化定義。同時(shí)，MBD技術(shù)使三維設(shè)計(jì)模型作為生產(chǎn)制造過程中唯一的數(shù)據(jù)依據(jù)，徹底改變了以二維工程圖紙為主，三維設(shè)計(jì)模型為輔的制造方法。注：MBD技術(shù)在2003年被ASME（美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)）批準(zhǔn)為機(jī)械產(chǎn)品工程模型的定義標(biāo)準(zhǔn)，三維設(shè)計(jì)模型作為唯一制造依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)體。

3 MBD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)及意義

隨著三維CAD技術(shù)的發(fā)展和日趨成熟，產(chǎn)品定義日益向數(shù)字化發(fā)展，并將成為未來產(chǎn)品設(shè)計(jì)定義支撐技術(shù)。

目前，大多數(shù)制造業(yè)仍以二維圖為主，三維模型為輔的設(shè)計(jì)管理方式，這種模式的會(huì)造成設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)傳遞過程中易出錯(cuò)、效率低下、管理復(fù)雜混亂、成本高昂等問題。而MBD技術(shù)的出現(xiàn)，徹底改變了產(chǎn)品研發(fā)模式。其主要變化有以下幾種：（1）信息傳遞從圖紙模式改變?yōu)槟Ｐ蛡鬟f；（2）制造模式從模擬量傳遞改變?yōu)槿珨?shù)字化傳遞；（3）研發(fā)模式從串行模式改變?yōu)椴⑿心Ｊ?；?）基于模型的供應(yīng)商管理，技術(shù)響應(yīng)變得更加快速。

基于三維的設(shè)計(jì)、工藝、制造過程的產(chǎn)品研發(fā)和精益制造體系，已成為制造業(yè)信息化的又一趨勢(shì)。建立起基于三維設(shè)計(jì)模型的數(shù)字化產(chǎn)品研發(fā)平臺(tái)，徹底打通了從設(shè)計(jì)到制造的信息化之路，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、工藝到制造的全周期管理，并有效集成企業(yè)現(xiàn)有的PDM、ERP、MES等系統(tǒng)。

4 MBD運(yùn)用案例

在中國(guó)，航空企業(yè)最早使用MBD技術(shù)，并且在航空工業(yè)行業(yè)中得到了深入廣泛的運(yùn)用。此外，中國(guó)的通用汽車，北汽、長(zhǎng)安汽車、奇瑞等企業(yè)行業(yè)也在采用MBD技術(shù)，一旦MBD技術(shù)在汽車行業(yè)得到廣泛傳播，那么它必將波及和滲透到制造業(yè)各個(gè)行業(yè)。

某設(shè)計(jì)研發(fā)企業(yè)，在三維軟件（SolidWorks）環(huán)境中創(chuàng)建的MBD模型，輸出相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳遞格式（如PDF格式），通過通用的瀏覽軟件對(duì)三維模型、相關(guān)標(biāo)注進(jìn)行快速的查詢，實(shí)現(xiàn)了三維模型的平民化。使得企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)，市場(chǎng)人員、客戶等非專業(yè)的技術(shù)人員能夠充分利用三維模型中的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行溝通、交流。MBD模型裝換為3D PDF后，加工只在部門或供應(yīng)商只需要有一個(gè)PDF瀏覽器，就可以在三維環(huán)境下快速查詢MBD模型的數(shù)據(jù)。

基于MBD技術(shù)所帶來的潛力巨大的市場(chǎng)，各大主流的軟件商業(yè)相應(yīng)的根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)更新了自己的軟件來適應(yīng)市場(chǎng)的需求，比如達(dá)索的SolidWorks和Catia、西門子的UG、PTC的CREO軟件都增加了相應(yīng)的MBD模塊。

5 結(jié)語(yǔ)

MBD技術(shù)引領(lǐng)技術(shù)變革，但它也是的實(shí)施是一項(xiàng)長(zhǎng)期、復(fù)雜的工作。不僅僅需要解決技術(shù)上的問題，更需要有效解決設(shè)計(jì)模式的改變由此帶來的對(duì)企業(yè)文化、管理體制、生產(chǎn)方式的沖突。需要企業(yè)采用科學(xué)的方式，循序漸進(jìn)而堅(jiān)定不移的推行MBD技術(shù)。

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