MBD技术应用中的若干问题思考（一）

kouzi11 · 发表于 2016-1-26 16:13:12

本文针对近年来MBD应用中的一些现象和问题进行了分析，希望能够引起重视和讨论。

MBD技术是以3D模型为载体，面向产品全生命周期的设计、制造、维护，并将与产品相关信息以数字化定义的方式嵌入到3D模型中，为产品全生命周期不同阶段对信息的不同需求提供基础源模型，以便在此基础上进行信息的添加、裁剪、组合。近年来，MBD技术已逐步应用到我国多个行业，特别是航空制造业，并且已取得了突破和成效，如产品设计、工艺、工装、检测、装配、标注、标准。

不同于早期国内推行的“无纸化(paper-less)”将人工制图变为电子制图，本质上并没有改变产品数据定义的模式，制图仍是工程师的语言，但设计效率大为提高。而MBD的全三维设计“无图化(Drawingless)”方法则从根本上改变了产品的数字化定义方式，取消了制图模式，将制图承载的产品结构信息、加工要求、装配要求、检测要求等信息融合到3D模型中，使得3D模型成为工程师的新语言，从而有效支持上下游间的协同设计、信息共享。虽然制造业已对MBD技术形成共识并得到初步应用，MBD技术应用支撑环境也已具备，但目前应用的广度和深度仍不能满足要求，原因何在？背后隐藏的是什么？本文针对近年来MBD应用中的一些现象和问题进行了分析，希望能够引起重视和讨论。

不同阶段MBD技术的应用

1.产品设计中的MBD

产品设计阶段一般分为方案设计、详细设计和工程设计，方案设计关注总体布局，详细设计关注3D精确建模，工程设计关注制造信息表达。3个阶段的MBD模型应建立关联关系，形成产品设计信息无缝共享和集成。

1.1MBD与方案设计

复杂产品总体设计，一般不包含详细几何模型，主要根据功能进行总体布局（例如气动布局和结构布局）、确定结构分离面（例如各部件定位基准、坐标系）、构建关键几何元素（主体框架或大致轮廓），为部件、组件、零件的详细设计提供白顶向下的可分解框架。目前许多单位仍采用2DCAD系统构建总体结构，缺乏2D图形和详细设计中3D模型之间的关联，从而形成2D图形和3D模型之间的“缝隙”，破环了MBD的数据源唯一性。可能的解决方案是在3DCAD系统中建立总体结构框架，用2D草图代替2DCAD系统的图形，使2D图形具备参数化和相互之间的关联，成为3D设计源头，从而为方案设计到详细设计的3D模型构建和关联提供支撑。

1.2MBD与详细设计

MBD应用最为成熟的阶段，主要完成零件的3D建模和装配以及相关属性信息表达。由于复杂产品的优化仿真需求，在多学科协同优化中，3D模型能否成功转换和快速修改已成为影响“设计-分析-修改”迭代效率的关键。

(1)模型转换问题：CAD-CAE模型转换经常失败，这是因不同应用系统间表达形式和精度不同，造成模型拓扑结构发生变化，可能的解决方案：利用专用模型修复IT具；不同应用系统在精度上尽量保持一致；选择合适的中性文件作为传递模型。

(2)参数更新问题：带有复杂自由曲面的3D模型参数修改后经常更新失败，不仅造成3D模型无法更新，而且造成与模型关联的其他模型的更新无法进行。可能的方案是：适当地弱化关联性，建立局部特征关系，更新失败后只对局部受影响的结构进行修改，但一般仍无法解决对下游的关联自动更新问题。采用不基于历史的直接建模（又称为同步建模）是一种可行的方法，具有更大的建模自由度。

1.3MBD与工程设计

该阶段主要进行制造信息标注和3D公差设计，为制造提供依据。

(1)标注内容问题：标注内容不仅是为下游提供制造依据，而且是设计-工艺协同的桥梁，属标准制定范畴，目前对于是否全标注存在争议，将在后面进行阐述。

(2)3D公差设计：公差受装配要求、互换性和制造成本的约束，如何优化和验证合理的公差，在2D公差分析中比较困难，MBD技术则为3D公差优化分析提供了可能性。3D公差优化不能局限于简单查表的标注，而需要进行3D公差优化和仿真，获得合理的公差布局和最低制造成本，这部分内容还处于起步阶段，但却是企业较为关心的内容。

(3)审批流程中的模型审查：3D模型的审图会由于设计模式的改变而不适应，应针对产品结构和工艺要求，把3D视图和对应的标注分解为多视图，将相关视图和尺寸表达在一个视图中，逐步改变审图习惯。
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