MBD关键技术研究与应用

赵钢　徐本晔　袁宜友　徐美应

摘 要：通过MBD技术，利用三维标注模型来完整表达产品定义信息，实现关键业务过程的无图纸化和全三维体现，无需制作二维图纸，同时保证数据状态一致性，为推动协同设计在公司各部门间的发展提供基础。

关键词：三维标注;协同设计;用户特征

1 前言

目前，基于产品三维模型定义（Model Based Definition ，MBD，）的设计，国外已有完整的应用体系，且国外某知名飞机制造商已实现无纸化生产[1]。

国内，合资品牌如某美系主机厂已全面实施三维标注，某合资国内车身自制件也已全面实施[2]。笔者公司三维数据和图纸是两个信息载体，信息一致性及变更维护难以保证。通过对图纸的分析，制定及发布了三维标注规范，在某车型项目进行三维标注，实现无图纸化生产。

2 总体概述

产品CAD数据的数字化定义的发展阶段，当前我们属于MBD技术应用探索阶段[3]。

2.1 规划路径

MBD技术，其实质是关键业务过程的无图纸化和全三维实现。通过与行业对比分析，笔者公司初步制定研究路径，尚处在二维图纸信息承接转换应用阶段[4][5]。

2.2 基本元素

如图1，主要包含核心元素、相关元素、管理元素，以及摒弃元素[6]。

2.3 标准定义

结合国家标准，内部实际制定标准，将相关标注元素封装进XML文件中，并嵌入内部三维设计软件中，确保标注时符合要求。

3 关键技术

通过定制三维标注业务规范，对整体协同设计流程进行梳理，如图2。

3.1 图层定义

为确保三维标注信息及分类正确，对发布的特征元素均按表1规定存放，下游使用图层选择即可显示[7]。

3.2 幾何特征处理

设计中各种不同用途的结构功能几何单元应发布并按功能命名。

若标注的信息对应一组特征或特征的某个部分，对该特征应进行接合和剪裁，并且在数据中发布。

3.3 视图管理

三维标注要求在视图下进行标注：①三维基本视图按二维图基本视图名称进行命名，如主视图、俯视图、左视图等;②剖视图或截面分割视图采用A-A，B-B，C-C……依次命名;③向视图命名采用A向，B向，C向……依次命名。

3.4 标注重用

为提升工程师标注效率及正确性，部分标注信息可以在不同设计上重复利用[8]。

3.5 技术要求管理

原始二维图纸中，技术要求是其中重要内容。在三维环境下，如图3中，技术要求应写在单独的视图内，视图方向与主视图平行，中英文对照且不能遮挡零部件数模及标注信息。

4 工具开发

结合实际应用，实现部分定制化开发，提升工作效率[9] [10]。

4.1 形位公差模板定制

以位置度公差标注模板为例：①通过点击“GD&T”工具栏中位置度命令。②选中待标注孔边线，如图4。

③按图5中弹出用户定义对象选择对话框，按对话框中提示选择匹配对象特征。

④点击确定后弹出图6预定义的位置度公差信息。

4.2 表格的制作

当零部件主模型发生变更时，对模型更改部位须标识更改标记。绘制成功的表格如图7：

5 应用实例

MBD技术，已在公司内车型开发中推广应用。

5.1 总体应用说明

如图8，某车型新开发的板料成型件不需制作二维图，明确了标注的方式，建立了数据上、下游各部门应用协同机制。

5.2 总成信息标注

在总成上有形位公差标注需求时，标注所链接的几何特征在单件中抽取，并存放在规定的几何图形集中;若总成形位公差要求相同，应以单件为单位进行搭接区域面接合后隔离，再发布，再基于发布后的接合面标注。

6 结论

通过MBD技术，实现关键业务无图纸化和全三维体现，无需制作二维图纸，同时保证数据状态一致。

试点运行中，研发设计约节约20人天工作量（无需出二维图纸），下游数据应用部门或相应设备可直接读取标注信息，无需人工转换。

未来，研发内部的深度应用、兼容制造、检测及分析设备、自动化检查等，将是研究的方向。

参考文献：

[1]张文祥，张宝，刘志学. MBD技术在设计与制造协同中的应用[J].机械工程师，2018（6）：54～59.

[2]胡权威，李金旭，刘文锋等.三维工艺MBD 模型协同管理及应用[J]. 航天制造技术，2019（4）：67～70.

[3]胡权威，胡光龙，李潇，等. 基于全三维的数字化工艺信息集成与智能工艺设计[J]. 航天制造技术，2017（2）：53～57.

[4]余志强，陈嵩，孙炜，等. 基于MBD 的三维数模在飞机制造过程中的应用[J]. 航空制造技术，2009（25）：82～85.

[5]万能，常智勇，莫蓉. 机加工艺设计的三维新模式研究[J]. 计算机集成制造系统，2011，17（9）：1874～1879.

[6]卢一帆，叶福田，柳伟. 基于MBD 技术的三维标注方法研究与系统实现[J]. 模具工业，2019（45）：6～11.

[7]李秋玲，侯涛，李竹可，等. 基于MBD 的三维模型智能标注技术研究[J].现代工业经济和信息化，2018（2）：24～29.

[8]王隆娟，王义林，李建军.知识工程（KBE）技术应用于电钻产品设计[J].机械制造，2003（10）：14-16.

[9]邹伟，廖宏谊.零件参数化图库研究现状及发展趋势[J].机械制造，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.机械设计与制造. 2007（09）.