祝光旭

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.005

摘 要：三维模型的定义正在引领全球制造业的一场技术革新。其影响力不亚于从手工绘图到计算机繪图的变革。基于模型的定义（MBD）全三维设计技术，是将产品所有相关设计定义、设计属性和加工制造信息等都在产品三维模型中进行数字化三维定义，实现设计到加工无纸化操作。该技术源于波音公司，目前在中国航空领域得到广泛运用。为了让广大制造业企业更加深入了解MBD技术，文章针对MBD技术如何在制造业企业运用进行阐述。

关键词：三维模型定义 MBD技术 数字化样机 无纸化

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（a）-0005-02

随着国产商用大飞机C919试飞成功，中国制造得到了世界认可。伴随着国内外媒体的深入报道，在C919研制过程中，先进的技术手段和系统被人们所熟知。MBD技术是目前大家广泛关注的技术之一。

MBD（Model Based Definition）技术作为数字化协同设计制造技术的技术信息载体是数字化协同设计制造技术中的关键应用技术，是设计与制造部门必须紧密协同，实现无纸化制造的必要手段。

1 产品设计定义演变过程

产品设计定义需要明白、清晰的表达。在古代，中国就有物理实体模型和二维绘图法表达工程设计思想。从1795年法国科学家蒙日系统的提出画法几何原理，以及1840年发明蓝图以来，工程师们一直使用标准手绘二维平面工程视图来表达产品设计，手绘二维工程图代表了第一代工程语言。在科学技术飞速发展的近百年间，工程技术发生了巨大变化，特别是随着计算机的飞速发展，工程设计手段和工具也产生了颠覆式的演变。

纵观发展演变过程，可以分为三个阶段。

第一阶段。手工二维图。基于画法几何原理用标准化的手绘二维图表达三维实体的定义方法。但是表达的方式对传递设计信息可能存在歧义，手工绘制过程需要设计人员具备较高的绘图能力和三维空间思维能力，设计图纸质量和标准化很难保证。绘制图纸效率很低，且很难实现二维图纸重复利用。注：手工二维图现已被淘汰。

第二阶段。计算机辅助绘图。随着计算机的普及和发展，以计算机为设计工具来代替手工绘制的设计手段，即手工二维图的计算机化。20世纪80年代三维建模设计软件的出现和软件的升级，极大地改善了产品设计的表达，但仍存在定义不规范、表达不清楚、不准确的问题。注：计算机辅助绘图是现在企业主要的设计手段和产品设计定义方式。

第三阶段。基于MBD技术的产品设计。基于特征的标准化三维数据定义，可方便、清晰地为设计和加工制造进行信息传递，使得数字化设计与制造一体化成为可能。同时很好地解决了单源数据问题，提高了设计效率和图纸更新利用率。特别是数据传递过程中可以实现无纸化，极大地减少了设计和沟通成本，为企业信息化建设打下基础。

2 MBD技术概念

MBD作为最新的产品定义技术，最早源于波音公司在航空工业的运用。其核心思想是：所有产品相关的设计信息、设计属性、加工工艺信息、装配信息以及管理信息通过三维模型进行表达的产品数字化定义方法，所有信息按照三维模型的方式进行组织管理、显示、传递和重用。三维设计模型可完整、清晰地表达产品定义信息（即使用三维尺寸标注和附加的各种制造信息和产品结构信息注释）定义到产品的三维数字化模型中，可以二维工程图的替代工作，保证了设计数据的唯一性。

MBD并不是仅仅是简单的三维模型标注和注释，它包含了三维产品制造信息和非几何的管理信息（产品结构、PMI、BOM等），通过一系列规范的方法能够更好地表达设计意图和思想。加工制造人员仅需一个三维模型即可获取全部信息，使设计与制造厂之间的信息交换变得更加高效、直接、准确。彻底打破了设计与加工制造间的壁垒，真正实现了设计制造一体化。

MBD有效的利用了三维设计模型，改变了二维工程图的制造加工信息的表达方式，最大限度地发挥了三维实体模型的表达优势，完成产品数字化定义。同时，MBD技术使三维设计模型作为生产制造过程中唯一的数据依据，彻底改变了以二维工程图纸为主，三维设计模型为辅的制造方法。注：MBD技术在2003年被ASME（美国机械工程师协会）批准为机械产品工程模型的定义标准，三维设计模型作为唯一制造依据的标准体。

3 MBD技术的发展趋势及意义

随着三维CAD技术的发展和日趋成熟，产品定义日益向数字化发展，并将成为未来产品设计定义支撑技术。

目前，大多数制造业仍以二维图为主，三维模型为辅的设计管理方式，这种模式的会造成设计数据传递过程中易出错、效率低下、管理复杂混乱、成本高昂等问题。而MBD技术的出现，彻底改变了产品研发模式。其主要变化有以下几种：（1）信息传递从图纸模式改变为模型传递；（2）制造模式从模拟量传递改变为全数字化传递；（3）研发模式从串行模式改变为并行模式；（4）基于模型的供应商管理，技术响应变得更加快速。

基于三维的设计、工艺、制造过程的产品研发和精益制造体系，已成为制造业信息化的又一趋势。建立起基于三维设计模型的数字化产品研发平台，彻底打通了从设计到制造的信息化之路，实现了产品从设计、工艺到制造的全周期管理，并有效集成企业现有的PDM、ERP、MES等系统。

4 MBD运用案例

在中国，航空企业最早使用MBD技术，并且在航空工业行业中得到了深入广泛的运用。此外，中国的通用汽车，北汽、长安汽车、奇瑞等企业行业也在采用MBD技术，一旦MBD技术在汽车行业得到广泛传播，那么它必将波及和渗透到制造业各个行业。

某设计研发企业，在三维软件（SolidWorks）环境中创建的MBD模型，输出相应的数据传递格式（如PDF格式），通过通用的浏览软件对三维模型、相关标注进行快速的查询，实现了三维模型的平民化。使得企业领导，市场人员、客户等非专业的技术人员能够充分利用三维模型中的相关数据进行沟通、交流。MBD模型装换为3D PDF后，加工只在部门或供应商只需要有一个PDF浏览器，就可以在三维环境下快速查询MBD模型的数据。

基于MBD技术所带来的潜力巨大的市场，各大主流的软件商业相应的根据相关标准更新了自己的软件来适应市场的需求，比如达索的SolidWorks和Catia、西门子的UG、PTC的CREO软件都增加了相应的MBD模块。

5 结语

MBD技术引领技术变革，但它也是的实施是一项长期、复杂的工作。不仅仅需要解决技术上的问题，更需要有效解决设计模式的改变由此带来的对企业文化、管理体制、生产方式的冲突。需要企业采用科学的方式，循序渐进而坚定不移的推行MBD技术。

参考文献

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