刘玮鹏
中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司 设计研究院
摘要：在传统产品中，制造方式和加工制造环节容易严重脱节，这会导致机械制造行业停滞不前的局面，而建立MBD标准模型的技术，可以有效解决机械制造所带来的难题。目前，此项技术在实际作用中还存在很多困难，本文研究了基于MBD标准模型的建立方法，希望能用于机械制造中的MBD零件标准模型的建立。
关键词：MBD技术，方法模型，建立方法
ABSRTACT: In the traditional product, the manufacturing method and the processing manufacturing link are easy to be out of touch, which will lead to the stagnant situation of the mechanical manufacturing industry, and the establishment of the MBD standard model technology can effectively solve the problems caused by mechanical manufacturing. At present, there are still many difficulties in the application of this technology. This paper studies the method based on Mbd Standard Model, and hopes it can be used in the establishment of MBD standard model of mechanical parts.
Key words: MBD Technology, method MODEL, establishment method
引言
MBD技术系统的核心应用体系是MBD数据集，在工程制造中，如果出现没有图纸的情况，MBD设计系统所给出的内容框架，可以对想要制造的产品的生产，进行监督和控制。[1]在CAD系统中的工艺设计系统，产品分析系统，数据管理系统，标准工艺系统等需要设计的信息，都在MBD数据集里很好的被体现，并且设计出了一套比较完善的具有自己工艺设计特点的方法和数据管理形式，建立了独特的MBD设计系统。
1.基于模型定义MBD的应用规范
在我们平常所习惯使用的CAD系统中，三维模型没有简单直接的方式可以让技术人员立刻明白怎样将设计的意图添加到系统中，包括生产工艺、部件检验、产品检验、与部件装配等必须存在的过程。[2]在二维图纸中，有很多非几何信息要求的标准与规格，比如尺寸如何标注，公差如何注释，怎样去处理表面的粗糙度，连接点的范围和颜色，间隙的设置，等等。这些方式无法通过几何
信息来表达，而三维模型中的信息也只是数字化的信息，但是这些信息在二维图纸上也很难得到表达，无论是仅仅通过三维模型，还是通过二维图纸，都没办法直接快速的对产品进行检验。而且在三维建模中，形状传递设计意图的方法也存在很多问题，注释在哪里提示，关键部位如何摆放，剖面图与放大图的准确表达，都是需要克服的。这导致在实际的应用过程中，我们很难将二维图形和三维平面合理的运用结合。在数据这方面，由于数据无法保持一致，呈二元性。[3]
对于这些问题，1997年，在波音公司的协助下，美国机械工程师协会开始进行MBD标准的研究和制定，在2003年实现数字化产品定义数据的实施，成为美国标准"Y14.41DIGITALPRODUCTDEFINITIONDATAPRACTICES"。
在这样的标准基础下，波音公司对下一步的研发有了自己的准备，由于有了实验的根据，波音公司制定了一项技术应用规范系列标准BDS600，并且在787客机设计中，全面推广了MBD技术，2004年，这项技术成功的将三维设计信息融入到产品的模型中并且与PMD(3DProductManufacturingInformation)共同进行了定义，这样即使不用二维图纸，也能将产品模型三维数字化，加工、装配、测量、检验这些步骤也能一起完成，让CAD与CAM两者之间高度集成。[4]全面规定3D模型标注规范，是在2006年ISO颁发的ISO16792，这个标注规范让数字化技术有了跨阶段的发展，波音公司对ASMEY14.41-2003进行模型定义规范，在BDS-600系列中，这些定义规划在波音制作的MBD技术得到了很好的应用，并很好的贯彻在了研制78客机中，并已经取得了一定的进展，而且在国际上也被全面认同。[5]机加零件、连接件和装配件的标准模型中定义MBD，包含了关于所制造产品的大量非几何信息(设计规范和工艺)，而MBD技术包含的产品数据集，产品制造、装配、检验以及有效性等完全可以由三维描述的几何信息可以表达出来，设计理念和产品数据源的思想也能具有协同性的充分体现出来。
2.基于 MBD 标准模型的相关概念
在生产制造的过程中，如果想要提高生产效率，缩短生产周期，最好的解决方法就是MBD工艺模型的设计。因为MBD的标准模型是唯一可以传递工艺信息数据的系统，也可以解决设计加工过程中工艺数据与三维模型之间出现偏差的行为。因此，对于MBD的标准模型Mtm可以做如下定义：
Mtm={Mg,Am,Ap}
在这个公式中，Mg在MBD中代表的是三维几何模型，包括三维模型中可以体现形状功能的特点，包括在每一个加工的阶段去除材料后的三维几何模型。[6]Am表示的是注释信息，在三维几何模型中的尺寸，基本公差，和表面精度与粗糙度等。Ap表示工艺的属性，包括生产的厂家，生产零件的机床，夹具，加工的参数，加工的方法，这些加工制造过程中加工工艺信息。在生产过程中，一开始是由一个毛坯，通过设计好的加工工艺路线，不断地完善材料，最后得到产品，在几何的角度看MBD标准模型，可以很好的看到这个过程的不断演变，因此MBD标准模型的三维几何模型Mg可以定义为：
Mg={Md,Mr,Mp1,Mp2,......,Mpn}
在这个公式中，Md表示是设计模型，可以设计三维形状模型。Mr表示毛坯模型，可以体现毛坯三维模型形状。Mpi表示的是在一道道工序后对应的工序模型，n表示的是加工过程中的工序数量。
3.基于MBD标准模型的建立方法
基于MBD标准模型的建立，有三种方法。第一种方法是添加材料法，添加材料法的核心就是将产品模型定义为标准模型的最后一道步骤的几何形体，再通过NX的建模工具，将加工路线逆序进行，采用添加几何域的方法，对上一步的几何特征进行还原，得到的三维模型就是下一道工序要继续进行的三维模型，按这样的方法一直进行下去，直到最后，毛坯模型的形成。[7]第二种方法是去除材料法，这种方法也是通过NX建模工具，不过他直接引用了毛坯模型，通过对毛坯模型的加工顺序，将几何特征域逐渐的清除，一直到最后一步的模型的形成，这种建模方法可以更迅速的得到最终的标准模型。第三种方法是双向生成法，这种方法是将两头向中间并拢的建模方法。首先通过去除材料法，直接引用毛坯模型，同时通过添加材料法，引用最后一道工序，按照两种方法的特点和加工路线，来创造出最后的标准模型。
这三种方法无论采用哪一种，从几何的标准来看，都是可以把这个过程当成一次从毛坯模型按照不停的加工，不断的去除几何域，最后可以得到每一道流程中的模型状态，而这些模型状态都能很好的反映出来产品在生产过程中的形态变换。添加材料法，去除材料法，和双向生成法，都是加工制造过程中从最开始的毛坯开始，走最开始就已经设计好的工艺路线，最后形成标准的MBD模型设计。[8]
4．结论
在产品的生产过程中，基于MBD的标准模型包含的是在制造过程中各种形态的三维几何变化，同时也包含了各种数据集的信息，以及从设计理念开始但最终模型的建立的全部数据信息。[9]对于MBD标准模型的建立，是以设计模型为建模的基础条件，采用的方法主要是特征填充，得到毛坯的模型，而工序的模型是从毛坯的模型开始，去除几何域，将设计模型，工序模型和毛坯的模型作为载体，将这些有关联的数据信息都存在数据集中，进而对加工工艺的信息和基本属性进行设计。[10]
在制造和设计的过程中，基于MBD的标准模型是唯一可以起到传递信息的作用，它将毛坯模型，设计模型和工序模型有效的结合在一起，并且不仅仅是对三维模型的基本信息进行解释和标注，而是通过一系列的方法，将产品工艺信息进行了更好的表达，更容易被解读，让产品的MBD标准模型更容易指导生产和制造，对工艺信息更好的管理，提高生产效率，解决工艺和设计一体化的问题。
参考文献
［1］周秋忠，查浩宇． 基于三维标注技术的数字化产品定义方法［J］． 机 械科学与技术，2011，28( 1) : 33－36．
［2］冯潼能，王铮阳，孟静晖． MBD 技术在数字化协同制造中的应用与 展望［J］． 南京航空航天大学学报，2012，44( S1) : 132－137．
［3］］ 吕秀莲，安宝山． 型号材料标准化工作的体会［J］． 国防技术基础， 2013( 1) : 6－8．
［4］周阳,于勇,顾黎,赵罡.基于特征的MBD模型检索方法研究*[J].组合机床与自动化加工技术,2018,(第10期).
［5］于勇,周阳,曹鹏,赵罡.基于MBD模型的工序模型构建方法[J].浙江大学学报(工学版),2018,(第6期).
［6］李晗冰.基于MBD 模型的全三维工艺设计平台研究[J].中国科技博览,2017,(第21期).
［7］方静.面向制造的MBD模型的建立[J].航空制造技术,2014,(第A1期).
［8］白彬,朱文华,李宝瑞,邹鹏程,谢永波,舒锋.设计MBD模型及其在特征加工中的应用[J].现代制造工程,2014,(第3期).
［9］张勇,张德运,李金库,吴瞻.基于MBD的分层网络监视器系统模型[J].计算机工程,2000,(第A1期).
［10］周秋忠,郭具涛,徐万洪.基于MBD的三维工艺设计系统开发与实现*[J].组合机床与自动化加工技术,2016,(第12期).