MBD關鍵技術研究與應用

趙鋼　徐本曄　袁宜友　徐美應

摘 要：通過MBD技術，利用三維標注模型來完整表達產品定義信息，實現關鍵業務過程的無圖紙化和全三維體現，無需制作二維圖紙，同時保證數據狀態一致性，為推動協同設計在公司各部門間的發展提供基礎。

關鍵詞：三維標注;協同設計;用戶特征

1 前言

目前，基于產品三維模型定義（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無紙化生產[1]。

國內，合資品牌如某美系主機廠已全面實施三維標注，某合資國內車身自制件也已全面實施[2]。筆者公司三維數據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，制定及發布了三維標注規范，在某車型項目進行三維標注，實現無圖紙化生產。

2 總體概述

產品CAD數據的數字化定義的發展階段，當前我們屬于MBD技術應用探索階段[3]。

2.1 規劃路徑

MBD技術，其實質是關鍵業務過程的無圖紙化和全三維實現。通過與行業對比分析，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、相關元素、管理元素，以及摒棄元素[6]。

2.3 標準定義

結合國家標準，內部實際制定標準，將相關標注元素封裝進XML文件中，并嵌入內部三維設計軟件中，確保標注時符合要求。

3 關鍵技術

通過定制三維標注業務規范，對整體協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，對發布的特征元素均按表1規定存放，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構功能幾何單元應發布并按功能命名。

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，并且在數據中發布。

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 技術要求管理

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

4 工具開發

結合實際應用，實現部分定制化開發，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，已在公司內車型開發中推廣應用。

5.1 總體應用說明

如圖8，某車型新開發的板料成型件不需制作二維圖，明確了標注的方式，建立了數據上、下游各部門應用協同機制。

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域面接合后隔離，再發布，再基于發布后的接合面標注。

6 結論

通過MBD技術，實現關鍵業務無圖紙化和全三維體現，無需制作二維圖紙，同時保證數據狀態一致。

試點運行中，研發設計約節約20人天工作量（無需出二維圖紙），下游數據應用部門或相應設備可直接讀取標注信息，無需人工轉換。

未來，研發內部的深度應用、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技術在設計與制造協同中的應用[J].機械工程師，2018（6）：54～59.

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

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

[4]余志強，陳嵩，孫煒，等. 基于MBD 的三維數模在飛機制造過程中的應用[J]. 航空制造技術，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，2011，17（9）：1874～1879.

[6]盧一帆，葉福田，柳偉. 基于MBD 技術的三維標注方法研究與系統實現[J]. 模具工業，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研究[J].現代工業經濟和信息化，2018（2）：24～29.

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

[9]鄒偉，廖宏誼.零件參數化圖庫研究現狀及發展趨勢[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）.