基于MBD的三维设计规范体系研究

李聪 孙权智

中车长春轨道客车股份有限公司 吉林长春 130000

目前装配置制造业已经全部使用三维软件开展产品研发工作。但对于MBD模型的建立常常存在设计环境混乱，软件不统一，数据交流困难，模型无法修改等问题。为保证公司产品研发推广Creo三维设计软件，提高轨道车辆产品三维设计水平，保证MBD模型的规范性，为PDM系统的数据入库做好标准准备。公司需要根据高速动车及地铁等产品的特点和设计方法，结合Creo软件的规范操作方法及全新PDM上线建设要求，定制适合自身产品研制要求的三维设计规范。在公司研发信息化平台的基础上，建立一套符合本公司产品研发特点的三维设计规范体系，通过一系列的设计标准和具体的设计规范使产品设计严格按照标准规化和流程进行，从而提升设计效率和质量[1]。

1 MBD建模理论与应用研究

1.1 自顶向下的MBD三维设计基本理论

自顶向下设计是一种MBD设计思想，一种从总体到细节的设计过程。即： 总体布局→总体结构→部件结构→零件结构。自顶向下设计方法可以准确有效的传递设计意图，通过相关性功能，将设计意图逐层传递，实现由全局数据对下层的控制。

基于MBD的自顶向下设计规则：从整车布局入手，综合考虑形成产品的各种设计输入信息，确定轨道车辆产品设计的主要参数、结构与尺寸等信息，形成产品的总体设计方案。总体方案以骨架模型为载体，将总体设计方案逐级进行功能模块划分，并传递给各下级分系统，再由下级分系统在上级系统确定的边界内并行展开详细设计工作，最终形成完整车辆将结构的设计方法。

骨架模型建模规则：骨架模型捕捉并定义设计目的和车辆、车辆系统的结构。骨架可以将结构布局信息从车辆下的子系统或装配传递至另一个，实现数据交互。骨架模型包括标准骨架模型和运动骨架模型两种类型。骨架模型中不允许创建实体模型[2]。

装配建模规则：车辆、车辆下的子系统均采用简化表示方式建模。简化表示可以加快装配的生成、检索和显示时间，降低对计算机配置的要求，节约设计成本，提高工作效率。简化表示方法可以有效控制零部件的显示，可将复杂且无关的零件和组件从装配部分中临时移除。简化表示可以根据设计师的需要创建不同的建华表示模型，以满足不同的设计意图。

车辆下子系统间数据传递方法：整车三维设计过程中需要子系统之间进行设计参考传递。例如：车体与电气系统、车体与制动系统、制动系统与电气系统进行协同设计，因此需要建立相应规范对系统间的协同设计进行规范化定义。MBD三维设计规范规定了系统骨架模型中定义了系统所需要的空间位置等信息。

背景件建模规则：背景件是为其他子系统安装、视觉参考或者创建工程图的参考模型。背景件是虚拟零部件，背景件在设计数据的EBOM中并不能够体现，例如：车体小件安装即需要车体结构的简化体作为其安装出图背景，在车体小件结构的EBOM中不应包含车体结构。

1.2 三维设计理论应用

本公司开展的基于MBD的三维设计规范既要满足设计软件的三维建模需要，又要满足PDM系统数据入库及其他系统数据使用的要求，是企业内部通用的建模指导标准。基于MBD的三维设计规范基于Creo软件及长客股份Windchill系统平台要求进行定制。其中定义了三维设计通用要求，包括标准编码规则、统一的设计环境、规范的建模方法、满足三维软件自身出图及PDM系统BOM需要的标准参数填写方法等规则。搭建了通用建模规范及各子系统专业建模规范，模型及图纸的标准化、规范化得到了提高，统一了设计环境及模板[3]。

骨架是方案设计信息的主要载体，是特殊零件的模型，是建模体系的主线。由基准特征和曲面、曲线、以及收缩包络等构成。它为创建零件、组件和部件提供稳定参照，是创建实体模型的框架和基础。可以使用骨架创建空间布局、元件之间的接口关系。

基于MBD的三维设计体系编写了关键零部件的设计规范，完成了20个关键零部件的设计规范总结，设计规范中完成了车辆及子系统零部件的设计建模流程和方法。创建了系统间的协同设计规则。例如：电气系统设计时对电气设备的接口需求，设备安装对车体结构的接口需求制动系统和管路布置的接口需求。

搭建了基于MBD的三维数据管理及协同设计PDM系统平台：设计数据在服务器上集中管理，集中备份；保证了模型数据的唯一性，版本的一致性；通过模型数据的共享及即时更新，实现了设计的协同；设计数据的不断积累，为新产品的开发提供参考。

2 结语

通过三维设计规范体系建设，一方面实现公司产品三维设计的标准规范的建立，另一方面实现对设计师开展轨道车辆产品设计的指导作用。从而提高产品三维设计的质量，提高产品三维协同设计及模块化设计能力，解决目前轨道车辆产品设计过程中遇到的模型修改困难、大装配模型操作效率低下等问题。实现设计工艺基于模型的协同和数据应用，通过基于MBD的三维设计规范体系的建立，提高三维模型质量，保证三维模型准确性。