基于模型定义技术（MBD技术）的分析研究

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机械加工工艺是指采用用机械加工方法改变零件毛坯的形状、尺寸、位置、性质，使其成为合格零件的全过程，加工工艺是工人进行加工的依据。第-代工程语言(二维图纸模式)和第二代工程语言(CAD技术的标准方式)已落后于现代社会发展的需要。随着计算机和信息技术的普及运用，产品开发过程(产品设计、工艺设计、工装设计、产品制造、检验检测)不再像以往的各拈分立(首先产品设计 ，然后工艺设计，接着工装设计，进行产品制造，最后检验检测，各拈之间只负责自己的工作，很少协同工作，产品开发过程不仅周期长，而且质量得不到保证)。现代产品开发更强调的是-种协同，实现产品设计(含工艺设计)、工装设计、零件加工、部件装配、零部件检测检验的高度集成、协同、融合，建立三维数字化设计制造- 体化集成体系。因此，很多国家已经开始运用第三代工程语言--MBD技术(基于模型的工程定义 )，例如波音公司推行的新-代产品定义方法。

1 MBD技术概述图1 基于MBD技术的零件模型基于模型定义的技术MBD(Model Based Defini。

tion)是指：零部件的三维模型中，集成尺寸、公差等注释性标注，同时辅以零件表面制造文件等对产品进行全面描述的-种方式，见图1和图2。MBD技术是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，它通过图形和文字表达方式，详细描述实体模型中产品尺寸、公差、制造技术要求等产品制造工艺信息的三维表达方法，改变了传统由三维实体模型来描述几何形状信息，而用二维工程图来定义尺寸、公差、工艺信息的分步产品数字化定义方法n～。

基准 I l坐标系ll实体模型I I尺寸公差ll注释 l I其他l I耋J lMDF] I三竺堡兰I I I图2 MBD的零件模型需要标注的信息2 MBD技术分析2.1 MBD技术的提出基于模型定义技术在波音787型飞机上的成功应用，使得设计制造-体化技术得到空前发展。民用飞机上的钣金材、复材件、大型件的三维数字化检测，对于提高飞机制造装配的质量和效率发挥了重要作用。

我国对于基于MBD的三维产品数字化检测技术的研究处于起步阶段，尚未形成规范的技术体系。但是由于这种技术的先进性与广泛适用性，很有必要推广到更多的制造业中[31。

MBD技术的核心思想是全三维基于特征的表述方法、基于文档的过程驱动；融人知识工程、过程模拟、产品标准规范等。它用-个集成的三维实体模型可完整地表达产品的定义信息，可将制造信息和设计信息(三维尺寸标注、各种制造信息、产品结构信息等)共同定义到产品的三维数字化模型中，从而取消二维工程图，保证设计数据的唯-性。但MBD不是简单的三维标注三维模型，它不仅描述设计几何信息，并且定义了三维产品制造信息和非几何的管理信息(产品结构、PMI、BOM等1，使用人员仅需- 个数模即可获取全部信息，减少了对其他信息系统的过度依赖，使设计和制造之间的信息交换可不收稿 日期：2012-12-10作者简介：石秀芬(1972-)，女，山西天镇人，工程师，本科，主要从事工程技术与管理工作。

· 45 ·第3期(总第133期) 机 械 管 理 开 发 2013年6月完全依赖信息系统的集成而保持有效连接。它通过- 系列规范的方法能够更好地表达设计思想，具有更强的表现力，打破了设计与制造间的壁垒，其设计和制造特征能够方便地被计算机和工程人员解读，而不像传统的定义方法只能被工程人员解读，有效解决了设计，制造-体化的问题。但是MBD模型的建立，不仅是设计部门的任务，工艺、工装、检验都要参与到设计的过程中，最后形成的MBD模型才能用于指导工艺制造与检验。 MBD可以融人知识工程、过程模拟、产品标准规范等，将抽象和分散的知识变得更加形象和集中，使得设计和制造过程演变为知识积累和技术创新的过程，成为企业知识的最佳载体。

2.2 MBD技术的特征1)于特征的建模方法。MBD不是只关注几何定义，而是完全基于特征定义；MBD的实质不是三维实体三维标注，而是特征的定义和控制；这是与其他工程定义方法的本质区别。因此要使它有更强表现力，能更真实地表现工程特征，更好、更准确、更容易地表达设计意图，并使工程信息的抽韧知识的挖掘变得更为容易。2)字化信息集成。MBD中的数据集以三维模型为核心，集成了完整的产品数字化定义信息。

MBD数据集的内容包含搬 计、工艺、制造、检验等各部门的信息，形成单数据源，避免多源数据的信息不-致，打破长期存在的设计/制造/HE务的信息壁垒。3)知识工程的融合。长期以来知识工程仅停留在理论和研究阶段，未能有效地在企业实际应用并体现其价值，重要的原因之-是缺乏有效的知识表述工具，不能将其融人到设计和生产环节中。基于标准的特征表述的MBD技术可有效地描述设计、制造等工程特征，并将蕴涵与其中的知识通过标准的数字化的方式表达。

MBD可融人工程知识、过程模拟、产品标准规范等，将抽象和分散的知识更加形象和集中，使得设计和制造的过程演变为知识积累和技术创新的过程，成为企业工程知识的最佳载体。

2.3 MBD技术的应用1)MBD技术在产品生命周期管t!(PLM)中的应用。当今，计算机辅助设计，计算机辅助工程、计算机辅助制造都使用了3D人机互动和模拟，在它们的帮助下，产品在虚拟环境选中可被设计、仿真、确认，见图3。这种新方法在传统的数据管理系统上要增加新的功能，使其能清晰地管理产品、过程、实物资料，还应按布局和预期效果去建立他们之间的关系。这个新的集成和信息驱动方法被命名为产品生命周期· 46 ·- 图3 MBD模型的产品生命周期样例管理，它是-种控制方法，允许制造企业去管理他们的产品贯穿于整个生命周期(从-个产品的设想到它的整个生产过程结束)。PLM是PDM的-种延伸，并在CAD、数字化制造和仿真之间传递必要环节 。

PDM系统是集成并管理与产品有关的人员、数据 、流程的软件系统；该系统自身具有强大的功能，并且能与其他应用软件集成。不同的应用系统可从PDM系统提取各自所需的数据，再将结果返回PDM系统中，从而实现基于PDM系统的集成应用。基于PDM系统的应用方案，见图4。其中，由于零件设计系统的数据管理也是PDM系统，因而可以实现与制造模型管理的紧密集成，确保设计与制造模型数据的-致性。

图4 基于PDM系统的集成方案3)MBD制造模式下，产品工艺数据、检验检测数据的形式与类型，发生了很大变化。采用MBD技术后，设计部门不再向制造部门发放二维工程图纸，因此减少了设计工作量，简化了管理流程。工艺部门通过三维数字化工艺设计与仿真，依据基于MBD的三维产品设计数抹立三维工艺模型，生成零件加工、部件装配动画等多媒体工艺数据。检验部门通过三维数字化检验，依据基于MBD的三维产品设计数模、三维工艺模型，建立三维检验模型和检验计划。与此同时，设计数模的版本变化将直接引发工艺数模、检验数模的版本变化。因此，需要以零部件为对象，建立产品设计数据、工艺数据、检验数据与BOM结构树的关联关系，-起纳入PDM系统进行管理，通过检人与检出，确保产品设计数据、工艺数据、检验数据版本信息的- 致。

3 MBD的现状及其前景1)MBD技术对现行飞机研制的业务流程、管理方法、技术基础等产生较大影响。主要体现如下：(1)对传统的工程管理制度带来较大冲击。传统模式已形成了基于二维图纸的管理制度，采用三维的MBD技术，要对传统的图纸发放、技术单、更改单、细目单等的管理制度进行进-步的研究和探索。(2)应用MBD对基础资源、标准化等提出了全新的支持模式：MBD技术推动了数字化技术在航空制造业的深度应用，同时也对基础资源、标准化等工作提出了全新的要求。波音公司建立了集成化产品标准管理系统(integrated Prod。

uct Standards Management，iPSM)，它使波音所有的设计、工艺、制造、检验过程具有统-编码的数字化标准第3期(总第133期) 石秀芬：基于模型定义技术(MBD技术)的分析研究 2013年6月系统，并实现了与三维设计工具(CATIA)的集成。任何授权的供应商都能检索到相关的标准，这保证了所有供应商执行统-标准，从而达到统-的质量要求。

(3)对产品的设计工作提出更高的要求：为了提供准确、完整、规范的MBD数据集，设计人员需要投入更多精力和时间来完成，甚至包括以前由制造方完成的工作。

2)尽管数字化检测技术在航空领域应用较早，但是由于数字化应用环境不完善，基础理论研究、设备和系统研发等方面的滞后和不协调等诸方面的原因，国内数字化检测技术研究与国外 同领域还有较大差距。尤其是对于-些普通常用零件的制造，国内还是采用传统的制造加工方式，这种新型的技术尚未普及应用。若将这种新型技术应用到更多的制造领域中，必将会有意外的收获 ]。