MBD關(guān)鍵技術(shù)研究與應用

趙鋼　徐本曄　袁宜友　徐美應

摘 要：通過MBD技術(shù)，利用三維標注模型來完整表達產(chǎn)品定義信息，實現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務過程的無圖紙化和全三維體現(xiàn)，無需制作二維圖紙，同時保證數(shù)據(jù)狀態(tài)一致性，為推動協(xié)同設計在公司各部門間的發(fā)展提供基礎。

關(guān)鍵詞：三維標注;協(xié)同設計;用戶特征

1 前言

目前，基于產(chǎn)品三維模型定義（Model Based Definition ，MBD，）的設計，國外已有完整的應用體系，且國外某知名飛機制造商已實現(xiàn)無紙化生產(chǎn)[1]。

國內(nèi)，合資品牌如某美系主機廠已全面實施三維標注，某合資國內(nèi)車身自制件也已全面實施[2]。筆者公司三維數(shù)據(jù)和圖紙是兩個信息載體，信息一致性及變更維護難以保證。通過對圖紙的分析，制定及發(fā)布了三維標注規(guī)范，在某車型項目進行三維標注，實現(xiàn)無圖紙化生產(chǎn)。

2 總體概述

產(chǎn)品CAD數(shù)據(jù)的數(shù)字化定義的發(fā)展階段，當前我們屬于MBD技術(shù)應用探索階段[3]。

2.1 規(guī)劃路徑

MBD技術(shù)，其實質(zhì)是關(guān)鍵業(yè)務過程的無圖紙化和全三維實現(xiàn)。通過與行業(yè)對比分析，筆者公司初步制定研究路徑，尚處在二維圖紙信息承接轉(zhuǎn)換應用階段[4][5]。

2.2 基本元素

如圖1，主要包含核心元素、相關(guān)元素、管理元素，以及摒棄元素[6]。

2.3 標準定義

結(jié)合國家標準，內(nèi)部實際制定標準，將相關(guān)標注元素封裝進XML文件中，并嵌入內(nèi)部三維設計軟件中，確保標注時符合要求。

3 關(guān)鍵技術(shù)

通過定制三維標注業(yè)務規(guī)范，對整體協(xié)同設計流程進行梳理，如圖2。

3.1 圖層定義

為確保三維標注信息及分類正確，對發(fā)布的特征元素均按表1規(guī)定存放，下游使用圖層選擇即可顯示[7]。

3.2 幾何特征處理

設計中各種不同用途的結(jié)構(gòu)功能幾何單元應發(fā)布并按功能命名。

若標注的信息對應一組特征或特征的某個部分，對該特征應進行接合和剪裁，并且在數(shù)據(jù)中發(fā)布。

3.3 視圖管理

三維標注要求在視圖下進行標注：①三維基本視圖按二維圖基本視圖名稱進行命名，如主視圖、俯視圖、左視圖等;②剖視圖或截面分割視圖采用A-A，B-B，C-C……依次命名;③向視圖命名采用A向，B向，C向……依次命名。

3.4 標注重用

為提升工程師標注效率及正確性，部分標注信息可以在不同設計上重復利用[8]。

3.5 技術(shù)要求管理

原始二維圖紙中，技術(shù)要求是其中重要內(nèi)容。在三維環(huán)境下，如圖3中，技術(shù)要求應寫在單獨的視圖內(nèi)，視圖方向與主視圖平行，中英文對照且不能遮擋零部件數(shù)模及標注信息。

4 工具開發(fā)

結(jié)合實際應用，實現(xiàn)部分定制化開發(fā)，提升工作效率[9] [10]。

4.1 形位公差模板定制

以位置度公差標注模板為例：①通過點擊“GD&T”工具欄中位置度命令。②選中待標注孔邊線，如圖4。

③按圖5中彈出用戶定義對象選擇對話框，按對話框中提示選擇匹配對象特征。

④點擊確定后彈出圖6預定義的位置度公差信息。

4.2 表格的制作

當零部件主模型發(fā)生變更時，對模型更改部位須標識更改標記。繪制成功的表格如圖7：

5 應用實例

MBD技術(shù)，已在公司內(nèi)車型開發(fā)中推廣應用。

5.1 總體應用說明

如圖8，某車型新開發(fā)的板料成型件不需制作二維圖，明確了標注的方式，建立了數(shù)據(jù)上、下游各部門應用協(xié)同機制。

5.2 總成信息標注

在總成上有形位公差標注需求時，標注所鏈接的幾何特征在單件中抽取，并存放在規(guī)定的幾何圖形集中;若總成形位公差要求相同，應以單件為單位進行搭接區(qū)域面接合后隔離，再發(fā)布，再基于發(fā)布后的接合面標注。

6 結(jié)論

通過MBD技術(shù)，實現(xiàn)關(guān)鍵業(yè)務無圖紙化和全三維體現(xiàn)，無需制作二維圖紙，同時保證數(shù)據(jù)狀態(tài)一致。

試點運行中，研發(fā)設計約節(jié)約20人天工作量（無需出二維圖紙），下游數(shù)據(jù)應用部門或相應設備可直接讀取標注信息，無需人工轉(zhuǎn)換。

未來，研發(fā)內(nèi)部的深度應用、兼容制造、檢測及分析設備、自動化檢查等，將是研究的方向。

參考文獻：

[1]張文祥，張寶，劉志學. MBD技術(shù)在設計與制造協(xié)同中的應用[J].機械工程師，2018（6）：54～59.

[2]胡權(quán)威，李金旭，劉文鋒等.三維工藝MBD 模型協(xié)同管理及應用[J]. 航天制造技術(shù)，2019（4）：67～70.

[3]胡權(quán)威，胡光龍，李瀟，等. 基于全三維的數(shù)字化工藝信息集成與智能工藝設計[J]. 航天制造技術(shù)，2017（2）：53～57.

[4]余志強，陳嵩，孫煒，等. 基于MBD 的三維數(shù)模在飛機制造過程中的應用[J]. 航空制造技術(shù)，2009（25）：82～85.

[5]萬能，常智勇，莫蓉. 機加工藝設計的三維新模式研究[J]. 計算機集成制造系統(tǒng)，2011，17（9）：1874～1879.

[6]盧一帆，葉福田，柳偉. 基于MBD 技術(shù)的三維標注方法研究與系統(tǒng)實現(xiàn)[J]. 模具工業(yè)，2019（45）：6～11.

[7]李秋玲，侯濤，李竹可，等. 基于MBD 的三維模型智能標注技術(shù)研究[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化，2018（2）：24～29.

[8]王隆娟，王義林，李建軍.知識工程（KBE）技術(shù)應用于電鉆產(chǎn)品設計[J].機械制造，2003（10）：14-16.

[9]鄒偉，廖宏誼.零件參數(shù)化圖庫研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].機械制造，2009，47（03）：51-53.

[10]基于KBE的智能CAD方法研究[J]. 于德江，杜平安，岳萍.機械設計與制造. 2007（09）.