基于MBD的三維設計規范體系研究

李聰 孫權智

中車長春軌道客車股份有限公司 吉林長春 130000

目前裝配置制造業已經全部使用三維軟件開展產品研發工作。但對于MBD模型的建立常常存在設計環境混亂，軟件不統一，數據交流困難，模型無法修改等問題。為保證公司產品研發推廣Creo三維設計軟件，提高軌道車輛產品三維設計水平，保證MBD模型的規范性，為PDM系統的數據入庫做好標準準備。公司需要根據高速動車及地鐵等產品的特點和設計方法，結合Creo軟件的規范操作方法及全新PDM上線建設要求，定制適合自身產品研制要求的三維設計規范。在公司研發信息化平臺的基礎上，建立一套符合本公司產品研發特點的三維設計規范體系，通過一系列的設計標準和具體的設計規范使產品設計嚴格按照標準規化和流程進行，從而提升設計效率和質量[1]。

1 MBD建模理論與應用研究

1.1 自頂向下的MBD三維設計基本理論

自頂向下設計是一種MBD設計思想，一種從總體到細節的設計過程。即： 總體布局→總體結構→部件結構→零件結構。自頂向下設計方法可以準確有效的傳遞設計意圖，通過相關性功能，將設計意圖逐層傳遞，實現由全局數據對下層的控制。

基于MBD的自頂向下設計規則：從整車布局入手，綜合考慮形成產品的各種設計輸入信息，確定軌道車輛產品設計的主要參數、結構與尺寸等信息，形成產品的總體設計方案。總體方案以骨架模型為載體，將總體設計方案逐級進行功能模塊劃分，并傳遞給各下級分系統，再由下級分系統在上級系統確定的邊界內并行展開詳細設計工作，最終形成完整車輛將結構的設計方法。

骨架模型建模規則：骨架模型捕捉并定義設計目的和車輛、車輛系統的結構。骨架可以將結構布局信息從車輛下的子系統或裝配傳遞至另一個，實現數據交互。骨架模型包括標準骨架模型和運動骨架模型兩種類型。骨架模型中不允許創建實體模型[2]。

裝配建模規則：車輛、車輛下的子系統均采用簡化表示方式建模。簡化表示可以加快裝配的生成、檢索和顯示時間，降低對計算機配置的要求，節約設計成本，提高工作效率。簡化表示方法可以有效控制零部件的顯示，可將復雜且無關的零件和組件從裝配部分中臨時移除。簡化表示可以根據設計師的需要創建不同的建華表示模型，以滿足不同的設計意圖。

車輛下子系統間數據傳遞方法：整車三維設計過程中需要子系統之間進行設計參考傳遞。例如：車體與電氣系統、車體與制動系統、制動系統與電氣系統進行協同設計，因此需要建立相應規范對系統間的協同設計進行規范化定義。MBD三維設計規范規定了系統骨架模型中定義了系統所需要的空間位置等信息。

背景件建模規則：背景件是為其他子系統安裝、視覺參考或者創建工程圖的參考模型。背景件是虛擬零部件，背景件在設計數據的EBOM中并不能夠體現，例如：車體小件安裝即需要車體結構的簡化體作為其安裝出圖背景，在車體小件結構的EBOM中不應包含車體結構。

1.2 三維設計理論應用

本公司開展的基于MBD的三維設計規范既要滿足設計軟件的三維建模需要，又要滿足PDM系統數據入庫及其他系統數據使用的要求，是企業內部通用的建模指導標準。基于MBD的三維設計規范基于Creo軟件及長客股份Windchill系統平臺要求進行定制。其中定義了三維設計通用要求，包括標準編碼規則、統一的設計環境、規范的建模方法、滿足三維軟件自身出圖及PDM系統BOM需要的標準參數填寫方法等規則。搭建了通用建模規范及各子系統專業建模規范，模型及圖紙的標準化、規范化得到了提高，統一了設計環境及模板[3]。

骨架是方案設計信息的主要載體，是特殊零件的模型，是建模體系的主線。由基準特征和曲面、曲線、以及收縮包絡等構成。它為創建零件、組件和部件提供穩定參照，是創建實體模型的框架和基礎。可以使用骨架創建空間布局、元件之間的接口關系。

基于MBD的三維設計體系編寫了關鍵零部件的設計規范，完成了20個關鍵零部件的設計規范總結，設計規范中完成了車輛及子系統零部件的設計建模流程和方法。創建了系統間的協同設計規則。例如：電氣系統設計時對電氣設備的接口需求，設備安裝對車體結構的接口需求制動系統和管路布置的接口需求。

搭建了基于MBD的三維數據管理及協同設計PDM系統平臺：設計數據在服務器上集中管理，集中備份；保證了模型數據的唯一性，版本的一致性；通過模型數據的共享及即時更新，實現了設計的協同；設計數據的不斷積累，為新產品的開發提供參考。

2 結語

通過三維設計規范體系建設，一方面實現公司產品三維設計的標準規范的建立，另一方面實現對設計師開展軌道車輛產品設計的指導作用。從而提高產品三維設計的質量，提高產品三維協同設計及模塊化設計能力，解決目前軌道車輛產品設計過程中遇到的模型修改困難、大裝配模型操作效率低下等問題。實現設計工藝基于模型的協同和數據應用，通過基于MBD的三維設計規范體系的建立，提高三維模型質量，保證三維模型準確性。