浅谈MBD 在环境试验设备中的应用

叶嘉俊

（广州五所环境仪器有限公司，广州 510800）

引言

高质量发展是全面建设社会主义现代化国家的首要任务。高质量发展则必然要求产品质量过硬。环境试验设备是模拟各类环境条件，为验证原材料、半成品、成品质量的一种设备。目的是通过使用各种环境试验设备做试验，来验证材料和产品是否达到在研发、设计、制造中预期的质量目标。

随着科学技术进步，数字化愈加普及。我们通过搭建数字化平台，利用数字化产品建模、仿真以及相关信息的收集，完成对环境试验设备的开发设计以及生产制造等生命周期的全过程。将MBD 技术应用于环境试验设备中，有利于提高其数字化程度，加快完成由二维向三维迈进的进程，也走在了环境试验设备行业的前端，对环测行业产品的数字化设计生产起到一定的引领作用。

1 MBD 简介

什么是MBD? MBD 在工程技术领域我们称为Model Based Definition，即基于模型的工程定义。 MBD 是一种在三维数字化实体模型中完整表达产品所有设计信息的产品数字化定义技术。其完全替代了二维工程图纸，使产品的设计方式、思路发生了重大变化，并成为制造过程中的唯一依据，引起了数字化设计制造技术的重大变革,真正开启了三维数字化制造时代[1]。

由传统的手工绘图，到计算机辅助设计即CAD，都是传统的平面绘图方式，零件所有信息都标注在平面图纸上。随着技术进步，目前，许多企业采用三维模型辅之工程图或者CAD 等平面信息来完成产品的生产制造。而未来，MBD 发挥的作用将越来越重要，因为它可以包含三维产品信息，包括形状以及制造信息等，减少了中间转化成平面图纸的过程，避免了转化过程中的信息缺失、错误。

我司环境试验设备加工零件主要包含钣金件、装配组件以及外协零件等。MBD 可以将三维模型设计信息、工艺信息以及制造信息统一用模型表达出来，实现产品设计、工艺设计、生产制造乃至未来产品检验融合于同一平台同一体系中。

2 MBD 在设计端应用

钣金零件是整台环境试验设备的基础零件，其加工的精度，如成型尺寸、冲孔大小等，直接影响着后续工序组装拼接的质量。主要表现在前后左右钣金零件拼缝大小是否合格、组件与其他组件之间配合是否满足要求等。传统设计方法是我们根据所需零件成型尺寸及状态，通过计算折弯扣除系数，将零件平面展开图绘制在二维图纸中。这张方法目前仍用于许多小型制造业中。其软件维护成本低，对于简单零件二维设计还比较容易，对于相对复杂、折弯较多的外形零件用二维绘制就显得比较繁琐了。

钣金零件MBD 应用较少，目前主要用在于飞机制造业中。基于MBD 的三维设计需将成型的模型标注出其完整制造信息等，设计工程师操作方便、快捷且图形信息直观，目视化程度高。对于零件图而言，钣金零件几何实体模型包含了成型尺寸：长度、宽度、高度、角度、厚度等信息，如图1 所示。而钣金件加工机床，模具选用等信息，我们则通过数据卡直接抓取数据，转换导BOM 后，供NC 车间直接抓取信息，转换成机床生产语言。

图1 MBD 钣金零件

对装配组件而言，MBD 则负责表示其重要的功能信息，如客户定制的引线孔位置、大小等。通过标注可直观在设计端检查是否符合客户定制需求，如图2 所示。也可以把设计工程师的想法，设计意图，如布线路径，线径大小数量等，通过MBD 标注传递给工艺及生产端。有效地把设计到生产全过程通过模型串联在同一路。

图2 MBD 装配组件

平面工艺卡主要是由简图和文字信息组成，对较为复杂的工艺难以用图纸清晰直观表述，也难以用一张两张平面图表述清楚，增大了后续生产制造出错的概率。同时，如三维模型用平面工艺卡表示，则可能造成模型与工艺不衔接，工艺无法利用模型三维数字信息，在转化过程中可能存在数据丢失，难以实现工艺设计的最优性。也对后续生产作业者造成解读困难，严重时可能会与设计者设计初衷产生歧义。

因此，MBD 在工艺设计中也发挥着重要的作用。通过设计端的MBD 信息，可以抓取模型的几何特征、基准信息、工艺注释信息等表达工艺过程的完整信息。未来可通过MBD 抓取加工中所需模具、量具、焊机等相关信息。我司将通过构建平台将PDM 上的模型信息导入3D工艺平台，在三维数字化环境下，工艺工程师将MBD 模型转化为工艺模型，保证数据源的唯一性。通过仿真分析，制定工艺路线以及可行的制造过程方案，同时输出作业指导书，完成详细的工艺设计方案，如图3 所示。

图3 MBD 工艺流程图

通过对上游设计数据的充分解读利用，有效地完成了工艺设计，提高效率同时兼顾保证生产质量。由于平台数据互通，充分利用数据流，信息流集成优势，当三维模型变更时，数据可更新至工艺端，实现数据由上游到下游的无缝传输。

3 MBD 在制造端的应用

MBD 在制造端是指导起到指导性作用。在实际生产中，车间作业者除通过作业指导书指导生产外，也可通过模型读取相关的作业信息。如图4 所示，当工艺文件还不完善时，作业人员可以通过MBD 读取作业所需的零件数量、对应零件信息、技术要求、焊接工艺等。可以帮助作业者对自己作业成果的自查工作，完成作业成型后的外观检验，拼接成型是否符合图纸要求，作业组件的零件是否抓取正确等。防止不良品在生产端时流入下一工序，影响了生产链的连续性。

图4 MBD 制造端应用

基于数据源的唯一性，作业者可以依据MBD 模型进行现场生产作业。这种表示方式简单直观明了，降低了作业者对以前二维平面图的空间想象力，释放了作业人员的作业压力。

4 MBD 在质检端应用

MBD 在质检端应用较少，大部分企业仍沿用人工录入及提取数据的做法。环境试验设备外协零件种类较多，其中不乏复杂零件，对外协件仅依靠平面图纸读取信息已不能满足需求，也对质检人员的读图能力要求也较高。通过MBD 模型，我们可以直观的查看零件，提高企业检验效率，降低工作量与人为失误。以图5 简单外协件为例，质检人员可以清晰读取零件的状态、尺寸公差、材质属性等必须检验的事项。

图5 MBD 外协件

当然，基于MBD 在质检端应用不仅限于方便来料外协件检验，更多的是数据的抓取以及分类归纳总结。将模型数据导入质检系统，企业可以实时有效地利用实测数据、过程数据。实现质检业务环节的全方位、多功能准备，其中包括质检方案的策划，可视化的质检测量，实时质检数据的采集，甚至于可以对外协件数据的分析，对可能产生的不良制作预案等。

5 结论

随着数字化生产技术的推广，MBD 在环境试验设备中的应用也将会越来越普及。MBD 数据集是设计制造过程中信息传递和数据管理的源头，同时MBD 数据集的构建是一项复杂而又富有挑战性的工作，其信息的数字化程度影响着设计制造及数据管理的效率[2]。

MBD 从根本上改变了产品设计生产的全过程，是数字化定义的又一进步。构建了由设计到生产乃至后续检验的又一座桥梁，实现了全过程的数字化、无纸化、可视化目标。基于MBD 模型的设计生产制造，可以保证同一模型数据来源唯一，数据之间转换安全可靠，减少了实际加工生产中的不良率，提升产品质量和生产效率。MBD 技术的成功运用很大程度上取决于企业的数字化程度及其配套数字化生产设备。目前，我们对MBD 模型的运用还是处于初级阶段，如何进一步推广MBD 在环测行业的应用，如何制定行业中MBD 的设计、工艺、制造标准，这也将是未来值得思考的课题。