模型数据完整性保证方法

姚新迎

摘 要：MBD（Model Based Definition）即基于模型的定义。MBD数据是最重要的产品描述数据，完整地表达了产品零部件的几何信息和非几何信息，反映了产品的制造要求。MBD模型的完整性是数据质量的基本要求，有效地保证了数据的可用性和易用性，提出了MBD模型数据规范化的方法。

关键词：模型 数据 完整性

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2018）12（a）-00-02

1 MBD数据及其作用

MBD（Model Based Definition）即基于模型的定义，是将产品开发中零部件的几何信息和非几何信息通过一个集成模型来定义的方法，该模型除了包含几何信息外，还包含了材料、公差、表面质量、热表处理及技术要求等制造和检验所需要的工程信息以及相关的管理信息，完整地定义了产品零部件，可以作为后续产品开发的唯一数据源。MBD模型将以往的三维模型和二维工程图中的信息纳入一个集成模型之中，使得产品信息的各组成要素联系更加紧密，使用和管理更加方便，容易保证单一产品数据源实现。

2 MBD数据完整性的意义

MBD数据作为产品零部件设计最主要的数据，是设计审查、工艺规划、制造检验和使用维护的依据，在产品开发中发挥重要作用，会贯穿产品的整个生命周期，并作为产品知识的载体进行存档。MBD数据的规范性，可以确保产品开发不同阶段、不同专业、不同部门的使用人员能够准确无误和方便快捷地获得所需的信息，不需要二次输入和加工处理就可以直接使用。MBD数据的完整性是数据可用性和易用性的基础和前提，也是数据质量的有效保证。

MBD数据的完整性，有助于避免数据的不一致性和使用差错，提高数据的使用效率，简化数据管理过程，在产品开发中具有重要意义。

3 MBD数据完整定义

从传统的产品数据集定义进化到基于模型的定义体系，核心的转变是原来的二维工程图和零件表定义与应用完全被MBD数据集所替代。MBD数据完整性，是指MBD模型中包含了后续环节使用所需的所有信息要素，是一个定义完备的模型，不会因为数据不完整而产生歧义。

3.1 几何数据

MBD数据集定义的内容与传统模式下定义的数据集有着很大的区别。一方面，MBD数据集定义中采用新的定义方式，将原本平面描述的信息定义在三维实体模型中；另一方面，由于MBD数据集内容和形式的变化，使得数据授权的方式也发生了相应的变化。

MBD几何模型定义的原则和基本组成如下：（1）包含所有制造和检验所必须的产品数据。（2）产品对象以及所有相关的数据对象都以实例化的模型存在于数据集中，包含相关的副产品模型。（3）保证相互关联的接口零件之间存在链接关系。（4）外部关联模型必须与其副产品模型保持同步，以便在评审过程中获取有效状态下的MBD产品模型。（5）使用装配约束或其他相关的关联设计方法时，所有的MBD数据集实例必须拥有正确的有效性和恰当的存储位置。

一个产品零件的MBD数据集是精确的三维实体模型，在一个特定的几何数据集中关联了產品的三维几何信息、零件表信息以及描述一个产品所必须的尺寸、公差和注释信息。

实现三维设计数据的完整性是一项系统工程，需要多方面人员的参与，需要从发放、生产、管理、质量、数据维护等多个角度出发，约束数字化定义过程及数字化定义的内容，才能保证产品数据相对研制过程是完整的，才能体现出产品对象的定义是面向产品全生命周期的。实现产品定义数据完整性需要遵循以下基本原则：（1）数据质量控制，包括产品描述的可靠性、几何模型的简洁性和明确性，以及不同阶段模型之间关联性等方面。产品描述的可靠性是指几何模型正确完整地定义零部件生产需要的全部几何特征，可以作为产品描述的其他辅助手段（物理模型、CAX模型、图纸和其他图形文件）数据生成的依据。几何模型的简洁性是指在不影响形状和功能描述的前提下，使用尽可能少的几何元素或使用简化表达方式，减小模型的复杂度。几何模型的明确性是指模型中不包含重复定义的元素、退化的元素或不符合规定的元素，模型划分合理，数据量都不能太大。模型之间的关联性是指在加工或装配过程中具有顺序逻辑关系的环节，对应各阶段的模型之间保持了关联一致性。（2）面向产品数据集成，即保留设计基准及设计中间状态，并定义相关的标准转换模型。设计基准主要包括定位基准和外形基准，设计基准既可以保证设计过程复现，又可以作为后续建模的依据。设计中间状态模型可以作为制造和检验模型的基础，在工艺和工装设计中重用。对于无法在不同系统间直接使用或转换的几何模型，需要使用中间转化模型，从而实现模型数据的传递，并通过数据测试保证数据的准确性和可追溯性。（3）面向生产应用，即定义加工装配和检验过程所需的模型、提高数字化模型的重用性，并包含生产过程中需要描述的特性。该原则要求设计过程中不但定义零部件的最终几何构型，而且定义加工、装配和检验过程中所需的三维工艺模型，该环节可通过与制造部门的协同工作来实现。这样不但简化了设计和制造之间的协调过程，而且工装设计可以重用工艺模型的几何元素和相关信息，提高了建模效率。

3.2 非几何数据

特征树采用分类集合的方法，将产品相关的信息分类组织，替代了传统意义的层表和层表过滤器。通过在特征树上的选取，则可以快速获得相关的产品定义信息。特征树中的信息具有以下特性：（1）外部参考特性，即模型中的几何元素可以关联到其父产品实例的几何元素。（2）外部参数特性，即模型中参数可以与外部的数据或文本建立关联关系。（3）全局发布特性，即模型可以用于下游的加工、装配、检验及工装等各个环节。

产品数据集中特征树主要包括以下内容：（1）基本几何信息，包括零部件的基准元素、最终实体模型、建模过程中的中间状态模型以及工艺结构等一系列产品几何特征，是MBD数据集的核心。（2）尺寸、公差和表面粗糙度信息，属于描述产品制造特征的工程数据，直接通过CAD软件的公差和标注功能定义在MBD集成模型上。（3）数据定义信息，包括工程内容概述、装配说明、安装要求、完整性要求、尺寸公差标注遵循的标准、尺寸单位、数字化定义标准以及数据集模型尺寸比例等。（4）制造工艺信息，零部件制造过程中的加工处理信息，包括如加工、成形、热表处理、最终处理和标记的需求和状态等信息。（5）材料信息，包括原材料（或半成品）的材料牌号、规格、尺寸、重要参数、纹理方向和性能要求等信息。（6）连接和密封信息，包括用于装配连接的孔几何特征描述，以及连接方法和密封要求等。（7）管理信息，包括版本、单位、授权、标记和产品数据管理系统的控制策略等信息。（8）视图信息，包括视图说明和局部视图定义等信息，便于生产人员快速获取零部件的制造和装配信息。

4 结语

MBD技术为产品制造带来管理上和效率上的飞跃。MBD模型数据的完整性，使得在后续各个生产环节中，无须人工阅读图纸和理解设计要求，再经人工操作输入信息，数据流在研制全过程中不再中断，减少了人工干预和出错几率，方便了计算机对数据的管理，提高了信息传递的效率。

参考文献

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