MBD技術的定義與運用分析

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全球制造業的一場技術革新。其影響力不亞于從手工繪圖到計算機繪圖的變革。基于模型的定義（MBD）全三維設計技術，是將產品所有相關設計定義、設計屬性和加工制造信息等都在產品三維模型中進行數字化三維定義，實現設計到加工無紙化操作。該技術源于波音公司，目前在中國航空領域得到廣泛運用。為了讓廣大制造業企業更加深入了解MBD技術，文章針對MBD技術如何在制造業企業運用進行闡述。

關鍵詞：三維模型定義 MBD技術 數字化樣機 無紙化

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（a）-0005-02

隨著國產商用大飛機C919試飛成功，中國制造得到了世界認可。伴隨著國內外媒體的深入報道，在C919研制過程中，先進的技術手段和系統被人們所熟知。MBD技術是目前大家廣泛關注的技術之一。

MBD（Model Based Definition）技術作為數字化協同設計制造技術的技術信息載體是數字化協同設計制造技術中的關鍵應用技術，是設計與制造部門必須緊密協同，實現無紙化制造的必要手段。

1 產品設計定義演變過程

產品設計定義需要明白、清晰的表達。在古代，中國就有物理實體模型和二維繪圖法表達工程設計思想。從1795年法國科學家蒙日系統的提出畫法幾何原理，以及1840年發明藍圖以來，工程師們一直使用標準手繪二維平面工程視圖來表達產品設計，手繪二維工程圖代表了第一代工程語言。在科學技術飛速發展的近百年間，工程技術發生了巨大變化，特別是隨著計算機的飛速發展，工程設計手段和工具也產生了顛覆式的演變。

縱觀發展演變過程，可以分為三個階段。

第一階段。手工二維圖。基于畫法幾何原理用標準化的手繪二維圖表達三維實體的定義方法。但是表達的方式對傳遞設計信息可能存在歧義，手工繪制過程需要設計人員具備較高的繪圖能力和三維空間思維能力，設計圖紙質量和標準化很難保證。繪制圖紙效率很低，且很難實現二維圖紙重復利用。注：手工二維圖現已被淘汰。

第二階段。計算機輔助繪圖。隨著計算機的普及和發展，以計算機為設計工具來代替手工繪制的設計手段，即手工二維圖的計算機化。20世紀80年代三維建模設計軟件的出現和軟件的升級，極大地改善了產品設計的表達，但仍存在定義不規范、表達不清楚、不準確的問題。注：計算機輔助繪圖是現在企業主要的設計手段和產品設計定義方式。

第三階段。基于MBD技術的產品設計。基于特征的標準化三維數據定義，可方便、清晰地為設計和加工制造進行信息傳遞，使得數字化設計與制造一體化成為可能。同時很好地解決了單源數據問題，提高了設計效率和圖紙更新利用率。特別是數據傳遞過程中可以實現無紙化，極大地減少了設計和溝通成本，為企業信息化建設打下基礎。

2 MBD技術概念

MBD作為最新的產品定義技術，最早源于波音公司在航空工業的運用。其核心思想是：所有產品相關的設計信息、設計屬性、加工工藝信息、裝配信息以及管理信息通過三維模型進行表達的產品數字化定義方法，所有信息按照三維模型的方式進行組織管理、顯示、傳遞和重用。三維設計模型可完整、清晰地表達產品定義信息（即使用三維尺寸標注和附加的各種制造信息和產品結構信息注釋）定義到產品的三維數字化模型中，可以二維工程圖的替代工作，保證了設計數據的唯一性。

MBD并不是僅僅是簡單的三維模型標注和注釋，它包含了三維產品制造信息和非幾何的管理信息（產品結構、PMI、BOM等），通過一系列規范的方法能夠更好地表達設計意圖和思想。加工制造人員僅需一個三維模型即可獲取全部信息，使設計與制造廠之間的信息交換變得更加高效、直接、準確。徹底打破了設計與加工制造間的壁壘，真正實現了設計制造一體化。

MBD有效的利用了三維設計模型，改變了二維工程圖的制造加工信息的表達方式，最大限度地發揮了三維實體模型的表達優勢，完成產品數字化定義。同時，MBD技術使三維設計模型作為生產制造過程中唯一的數據依據，徹底改變了以二維工程圖紙為主，三維設計模型為輔的制造方法。注：MBD技術在2003年被ASME（美國機械工程師協會）批準為機械產品工程模型的定義標準，三維設計模型作為唯一制造依據的標準體。

3 MBD技術的發展趨勢及意義

隨著三維CAD技術的發展和日趨成熟，產品定義日益向數字化發展，并將成為未來產品設計定義支撐技術。

目前，大多數制造業仍以二維圖為主，三維模型為輔的設計管理方式，這種模式的會造成設計數據傳遞過程中易出錯、效率低下、管理復雜混亂、成本高昂等問題。而MBD技術的出現，徹底改變了產品研發模式。其主要變化有以下幾種：（1）信息傳遞從圖紙模式改變為模型傳遞；（2）制造模式從模擬量傳遞改變為全數字化傳遞；（3）研發模式從串行模式改變為并行模式；（4）基于模型的供應商管理，技術響應變得更加快速。

基于三維的設計、工藝、制造過程的產品研發和精益制造體系，已成為制造業信息化的又一趨勢。建立起基于三維設計模型的數字化產品研發平臺，徹底打通了從設計到制造的信息化之路，實現了產品從設計、工藝到制造的全周期管理，并有效集成企業現有的PDM、ERP、MES等系統。

4 MBD運用案例

在中國，航空企業最早使用MBD技術，并且在航空工業行業中得到了深入廣泛的運用。此外，中國的通用汽車，北汽、長安汽車、奇瑞等企業行業也在采用MBD技術，一旦MBD技術在汽車行業得到廣泛傳播，那么它必將波及和滲透到制造業各個行業。

某設計研發企業，在三維軟件（SolidWorks）環境中創建的MBD模型，輸出相應的數據傳遞格式（如PDF格式），通過通用的瀏覽軟件對三維模型、相關標注進行快速的查詢，實現了三維模型的平民化。使得企業領導，市場人員、客戶等非專業的技術人員能夠充分利用三維模型中的相關數據進行溝通、交流。MBD模型裝換為3D PDF后，加工只在部門或供應商只需要有一個PDF瀏覽器，就可以在三維環境下快速查詢MBD模型的數據。

基于MBD技術所帶來的潛力巨大的市場，各大主流的軟件商業相應的根據相關標準更新了自己的軟件來適應市場的需求，比如達索的SolidWorks和Catia、西門子的UG、PTC的CREO軟件都增加了相應的MBD模塊。

5 結語

MBD技術引領技術變革，但它也是的實施是一項長期、復雜的工作。不僅僅需要解決技術上的問題，更需要有效解決設計模式的改變由此帶來的對企業文化、管理體制、生產方式的沖突。需要企業采用科學的方式，循序漸進而堅定不移的推行MBD技術。

參考文獻

[1] 簡建幫，洪建勝，李迎光.基于MBD和特征的飛機結構件數控加工方法[J].機械科學與技術，2011，30（5）：756-760.

[2] 萬能，茍園捷，莫蓉.機械加工MBD毛坯模型的特征識別設計方法[J].計算機輔助設計與圖形學學報，2012，24（8）：1099-1107.

[3] 周秋忠，查浩宇.基于三維標注技術的數字化產品定義方法[J].機械設計，2011，28（1）：33-36.endprint