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1、精选优质文档-倾情为你奉上MBD技术在企业的实施应用摘要: MBD基于模型定义技术是设计制造领域中产品数字化定义的一项革命性技术，它通过三维设计软件和PLM软件的集成实现了单一控制权限下统一格式的集中工程数据定义、管理和再利用，从而实现了产品快速制造、快速更改。本文根据笔者所在企业MBD建设的经历，阐述了企业实施MBD的建设要点和实施经验。关键词: MBD 数字产品定义 三维标注 PMI1 MBD技术概述MBD（Model Based Definition）基于模型定义，有时也被称为数字产品定义，它是使用三维实体模型及其关联数据来为产品进行定义的方法论。这些数据的集合也被称为三维数字化数据集，
2、它们包括总体尺寸、几何尺寸和公差、组件材料、特征和几何关系链接、轮廓外形、设计意图、物料清单和其他细节。MBD模型的内容结构见图1：图1 MBD模型内容结构2 MBD技术对企业设计能力的影响MBD技术以三维实体模型作为生产制造过程中的唯一依据，改变了传统以工程图纸为主，而以三维实体模型为辅的制造方法。在传统二维研发模式下，产品定义技术主要以图纸为主，通过专业的绘图反映出产品的几何结构以及制造要求，实现设计与制造环节的信息共享和传递。二维信息传递存在着难以实现协同并行设计、产品在设计制造等环节中多次图纸到形象的转化而产生理解偏差等问题。即使在设计制造中应用了部分三维设计、三维工艺编制，由于设计模
3、型不含有尺寸工差、表面粗糙度、表面处理方法、热处理方法、材质、结合方式等标注，不能传递难以使用形状表述的产品信息，难以直接进行产品生产和检验，使三维设计制造的优势不能很好的发挥。针对上述问题，各知名3D设计软件都提出了自己的MBD解决方案，以Siemens PLM公司的NX软件为例，它提供了一个综合性的3D标注环境PMI（Product Manufacturing Information），它使产品团队能够直接在3D模型上直接创建、读取和查询制造信息，同时可以将这些信息转交给流程下游的制造协作成员。由于PMI与部件实时关联，所以在产品生命周期内各个环节，PMI很方便被重用。另外，由于PMI是符
4、合3D产品定义标准的，所以产品团队可以将3D模型作为设计制造的标准的正式模型。MBD研发制造模式对比传统二维工程图模式模型在使用上的特点见表1:表1 MBD模式与工程图模式对比表工程图模式MBD模式产品几何外形使用二维形式表现三维几何可视产品尺寸使用二维文本说明三维空间尺寸，关联实际的特征或表面公差使用二维文本说明三维空间公差，关联实际的特征或表面注释使用二维文本说明三维书写，注释直接关联特征和表面BOM手工构成，需要修改调整直接根据模型生成，并关联材料数据快速样机二维表现，需要通过三维工具转化直接精确的用三维模型转化得到组成、安装、功能和公差分析二维形式表现展示和计算分析三维可视化的计算分析
5、仿真在设计工程师和分析工程师之间不能实现并行工作即时提供三维的几何、公差和材料数据，为有限元分析提供三维的网格文件。检验使用三维工具测量，二维形式表达。评估和测量三维可视化。制造需要将二维的几何描述转换给三维工具机械加工人员和质量人员三维可视通过三维模型直接转化装配和测试只能通过二维表示精确装配中三维可视，结果直接反映设计意图构型管理和文档维护用纸质形式表现，对模型的升版没有控制力。直接通过模型在构型管理中保证一致性部件过程、装配历史的研究开发需要二维绘制特征和装配历史树记录直接在模型中存储，并且与构型管理和版本控制关联。归档利用PDF或纸质形式电子数据具有无限备份的能力纸质或PDF文件可以直
6、接根据模型尺寸、公差、注释和BOM 生成。时间成本三维形象和二维图纸多次转化物。减少转化过程；减少因转化而产生的错误；因团队的并行而提升产品的品质总之，带标注的三维模型代替二维图纸应用在在仿真、装配、工艺编制、检验等各个环节减少了整个团队重复建模或制图的无价值劳动；减少了从图纸到形状的还原过程，降低了出错概率；在图纸正式形成之前，团队的各个环节就可以提前介入，缩短研制周期；通过视图组织控制显示信息的内容，使要求更加明确，交流更加顺畅；PMI符合3D产品定义标准，可以将3D模型作为广泛通行的正式模型； 可以灵活转化为二维工程图纸，满足不同层次合作对象的需求。3 企业实施MBD技术要点3.1 数字
7、化基础环境建设数字化基础环境是企业数字化研发的基本条件和重要保障。在MBD的实施环节中，为了满足全三维设计、三维标注、设计制造协同并行的需要，需要从软件基础环境、数据库支撑平台、网络信息环境、信息安全体系等基础方面加大投入和建设。其中特别针对MBD的基础条件是软件基础环境的建设，其支撑软件包括四个方面：数字化设计软件，如各类CAD、CAPP、PDM等软件；数字化仿真试验类软件，如CAE、CSM、CFD等软件；数字化制造类软件，如CAM、MES等软件；数字化管类软件，如ERP、SCM等软件。以笔者所在企业为例，在软件基础环境建设上，采用的是Siemens PLM software Inc的大型综
8、合集成软件Teamcenter 8.3和NX 7.5为基础构架方案，在企业MBD实施中取得良好的效果。图2 Teamcenter8.3软件界面图3 NX 7.5软件界面3.2 数字化标准体系建设信息技术基础标准随着我国信息化建设的发展在不断成熟发展，在数字化产品定义方面已有GB/T 24734技术产品文件 数字化产品定义数据通则等指导性标准，但是在企业实际实施MBD过程中，必须根据软件类型和企业流程制定相关企标完善产品MBD研发制造细则。基于MBD的企业标准体系包括通用基础标准、数字化设计制造标准、产品使用保障信息标准几个方面。其中核心是MBD数字化设计制造标准，如MBD数字化定义与建模规范、
9、MBD数字化样机标准、PMI三维标注规范、基于MBD工艺设计规范、基于MBD工装建模规范等，另外为了满足MBD协同设计及并行设计要求，还需要建立MBD数字样机标准、数字样机阶段划分标准、模型简化标准、控制结构建模标准等企业标准规范。图4 GB/T 247343.3 数字化业务流程建设MBD是设计制造领域的一场重大革命，它通过将承载产品信息的核心对象由图纸更改为模型的方式，实现了单一控制权限下统一格式的集中工程数据定义、管理和再利用，从而实现了产品快速制造、快速更改。三维模型和二维图纸在产生、审阅和签署等方面存在巨大的差异，因此在企业实施MBD过程中必须对原有业务流程进行一定的调整以适应MBD数
10、字产品定义的需求。例如，在设计模式上由图纸为核心转变为模型为核心，数字产品设计要面向制造、面向装配，模型上不仅需要完整的反映出制造要求，甚至还需要完整的反映出仿真、装配、维护等方面的信息。在产品研发上下游之间由图纸、技术文档、报告等形式为载体的信息传递转变为MBD模型为载体的信息传递。相关责任人在产品研发制造过程中的审签行为由工程图检查、手工签字转变为模型、轻量文件检查、电子批注和签审。图样的标准化审查由格式检查、表达规范性检查转变为计算机辅助的设计行为审查。图文档打印输出由开放的转变为受控的输出等。企业要实施好MBD，必须根据新的信息流传递特点和产品研发上下游关系制定好相关的数字化流程，以管
11、理创新保障技术创新，以技术创新推进管理创新。图5 Teamcenter8.3中的流程管理3.4 MBD设计制造辅助工具开发MBD在设计制造领域实现的根本途径是通过设计阶段完成三维模型标注、制造阶段完成三维工艺模型的创建，设计制造实现单一数据源，PDM系统完成模型属性归类与管理等基本途径实现的。在三维空间完成标注并实现合理的编排，或只通过三维模型实现完全的工艺过程编制，在现阶段我国的三维应用水准上来说，要绝大部分工程师和工艺师娴熟掌握是不现实的。此外，相对以AutoCAD为代表的二维设计软件来说，三维设计软件更为复杂和灵活，以NX 7.5软件为例，其模型信息的承载可以通过图层、模型视图、组对象、
12、特征树等形式，模型的创建可以通过草图、特征、自由形状建模、同步建模等方法，因此在模型的创建和信息组织方式上更加复杂多样。为了使工程师或工艺师方便的使用三维软件开展MBD数字化产品定义的相关工作，或者对企业的MBD模型实现标准规范的计算机辅助检查，需要对企业MBD设计制造软件进行一些符合企业使用要求的二次开发工作。二次开发的内容一般包括：三维标注辅助工具、材料库、制造工艺库、工程图纸或工艺卡片的标准模板、模型检查工具、企业标准件库、企业知识库快速设计系统等。图6 开发的模型检查工具界面图7 开发的PMI标注工具界面图8 开发的工程图设置工具界面图9 开发的设计知识工程库界面图10 开发的工艺知识
13、库界面3.5 企业信息技术团队和数字化文化建设在企业实施MBD的过程中，遇到的困难总体上来自技术和观念两个方面。由于MBD打破了实行已久的二维工程图为核心的企业信息构建和组织形式，对于企业员工来讲，必然需要学习新的知识和适应新的要求。在企业MBD实施初期，由于配套体系建设的不足或个人技术能力局限，必然会产生一些抱怨和阻碍。针对此问题就需要加强企业信息技术团队和数字化文化建设，有专门的团队负责MBD技术研究、相关规范体系的创建和为产品MBD研发提供技术支持，另一方面加强企业数字化文化建设，通过建立数字化门户网站、知识培训讲座等形式宣传数字化、推广数字化，在企业内部营造数字化设计制造活跃氛围，推进
14、数字化工程的顺利开展。4 总结MBD改变了传统的产品定义方式，实现了实现了单一控制权限下统一格式的集中工程数据定义、管理和再利用，产品得以快速制造、快速更改。它将是设计制造领域内一场意义深远的技术革命。企业需要在基础建设、业务流程和团队建设上进行深入的建设和革新来实现基于MBD的研发模式的转型。参考文献1. 基于模型的数字化定义技术 航空制造技术 2008年03期 卢鹄 韩爽 范玉青2. GB/T 24734技术产品文件 数字化产品定义数据通则3. 基于模型的制造业数字化解决方案 南京易之衡公司4. 基于MBD的模型规范化解决方案 北京宏博远达科技有限公司5. Product and Manufacturing Information (PMI) 3D Model Documentation Siemens PLM software Inc专心-专注-专业
