MBD（Model Based Definition）即基于模型的工程定義，是一個(gè)用集成的三維實(shí)體模型來完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息的方法，它詳細(xì)規(guī)定了三維實(shí)體模型中產(chǎn)品尺寸、公差的標(biāo)注規(guī)則和工藝信息的表達(dá)方法。
MBD技術(shù)改變了傳統(tǒng)由二維工程圖樣來定義尺寸、公差和工藝信息，而用三維實(shí)體模型來描述幾何形狀信息的分步產(chǎn)品數(shù)字化定義方法。同時(shí)，MBD技術(shù)使三維實(shí)體模型成為生產(chǎn)制造過程中的唯一依據(jù)，改變了傳統(tǒng)以工程圖樣為主，以三維實(shí)體模型為輔的制造方法。
MBD模型通過圖形和文字表達(dá)的方式，直接地或通過引用間接地揭示了一個(gè)物料項(xiàng)的物理和功能需求，其模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。
圖1 MBD模型內(nèi)容結(jié)構(gòu)
MBD模型分為裝配與零件模型。MBD零件模型由以簡單幾何元素構(gòu)成的、用圖形方式表達(dá)的設(shè)計(jì)模型和以文字表達(dá)的注釋和屬性數(shù)據(jù)組成。MBD裝配模型則由一系列MBD零件模型組成的裝配零件列表加上以文字表達(dá)的注釋和屬性數(shù)據(jù)組成。
零件設(shè)計(jì)模型以三維方式描述了產(chǎn)品幾何形狀信息，屬性數(shù)據(jù)表達(dá)了產(chǎn)品的原材料規(guī)范、分析數(shù)據(jù)和測試需求等產(chǎn)品內(nèi)置信息；而注釋數(shù)據(jù)包含了產(chǎn)品尺寸與公差范圍、制造工藝和精度要求等生產(chǎn)必需的工藝約束信息。
一、企業(yè)的現(xiàn)狀與問題
過去在設(shè)計(jì)和制造時(shí)大多采用手工二維圖的方式。按照畫法幾何原理用二維圖表達(dá)三維實(shí)體的定義方法，這樣會使數(shù)據(jù)的定義存在歧義，到達(dá)制造環(huán)節(jié)還要求工藝人員具有良好的空間想象能力。這都造成圖樣的利用率大大降低。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)輔助繪圖逐漸被設(shè)計(jì)和工藝人員使用。但是簡單二維圖的計(jì)算機(jī)化仍不能解決數(shù)據(jù)源不統(tǒng)一、定義不規(guī)范的問題。
MBD技術(shù)的出現(xiàn)將產(chǎn)品的所有相關(guān)設(shè)計(jì)定義、工藝描述、屬性和管理等信息都附著在產(chǎn)品三維模型中。隨著MBD技術(shù)的深入應(yīng)用，在企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，已經(jīng)完全做到了模型級的設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)不再通過紙質(zhì)文件進(jìn)行分發(fā)，取而代之的方式是在
PDM（
Teamcenter）系統(tǒng)中的統(tǒng)一管理。
但是產(chǎn)品從設(shè)計(jì)階段到制造階段時(shí)，在模型的使用上仍存在很多的問題。
生產(chǎn)工藝的編制雖然可以在PDM系統(tǒng)中進(jìn)行，但在完成工藝規(guī)程編制、工藝審核、工藝批準(zhǔn)和工藝規(guī)程發(fā)放后，仍需要進(jìn)行圖樣的打印以用于指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)。這種方式可以保證現(xiàn)場生產(chǎn)的順利進(jìn)行，但實(shí)際上完成的是從三維模型到二維工藝的轉(zhuǎn)換，從企業(yè)應(yīng)用的長遠(yuǎn)出發(fā)，這種方式存在著以下幾點(diǎn)不足。
1.與MBD技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)脫鉤。MBD技術(shù)將設(shè)計(jì)、制造各個(gè)環(huán)節(jié)所需要的信息都放在模型上。依據(jù)三維模型進(jìn)行二維工藝設(shè)計(jì)、用二維圖樣完成現(xiàn)場生產(chǎn)指導(dǎo)的現(xiàn)象，是一種技術(shù)倒退的現(xiàn)象，違背MBD技術(shù)的先進(jìn)設(shè)計(jì)和制造理念，未達(dá)到三維工藝“無紙化生產(chǎn)”的要求。
2.查詢不方便。生產(chǎn)現(xiàn)場提供的紙質(zhì)文檔具有笨重、攜帶不便等缺點(diǎn)，在獲取生產(chǎn)過程所需要資料時(shí)，從厚重的紙質(zhì)文檔中找到相關(guān)文檔的過程顯得尤為困難，同時(shí)紙質(zhì)文件在生產(chǎn)現(xiàn)場，增加了保管量和保管難度。
3.交互性差。對于新產(chǎn)品或新員工，復(fù)雜圖樣不易看懂，產(chǎn)品的加工過程掌握比較慢，易出現(xiàn)加工操作失誤導(dǎo)致的產(chǎn)品缺陷，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)進(jìn)度。
4.一致性難以保證。設(shè)計(jì)的工藝規(guī)程在生產(chǎn)現(xiàn)場，根據(jù)實(shí)際的生產(chǎn)情況，部分內(nèi)容需要進(jìn)行微調(diào)，若采用紙質(zhì)文檔，可能存在修改后的紙質(zhì)文檔未能及時(shí)反饋至PDM系統(tǒng)的情況，造成數(shù)據(jù)的不一致；即使進(jìn)行了圖樣修改，其可追溯性也很差。
二、制造企業(yè)應(yīng)用MBD技術(shù)思路
1.MBD技術(shù)應(yīng)用的前提
要基于MBD技術(shù)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和制造，首先應(yīng)該按照結(jié)構(gòu)化方式組織和管理工藝數(shù)據(jù)及關(guān)聯(lián)產(chǎn)品，還要有效支持系統(tǒng)集成3D可視化表述，直觀簡潔，如圖2所示。
圖2 MBD技術(shù)應(yīng)用的前提
2.MBD技術(shù)的應(yīng)用
在制造企業(yè)應(yīng)用MBD技術(shù)，主要是基于三維模型進(jìn)行工藝的編制。工藝編制工作將在三維數(shù)字化環(huán)境下，直接依據(jù)三維實(shí)體模型展開，完成工藝方案制定及詳細(xì)工藝設(shè)計(jì)，并將產(chǎn)生的三維數(shù)字化工藝，作為生產(chǎn)現(xiàn)場的操作依據(jù)。
三維數(shù)字化工藝的顯著特點(diǎn)是在三維數(shù)字化環(huán)境下，工藝人員利用各類三維數(shù)字化實(shí)體模型建立起數(shù)字化工藝模型，通過模擬
仿真，確定出合理的、可行的制造工藝。同時(shí)生成工藝圖解和操作動畫等多
媒體工藝數(shù)據(jù)，編制成三維數(shù)字化制造工藝。
同時(shí)，基于三維模型進(jìn)行數(shù)控編程：針對具體工程特征，包含有裝配信息、工藝信息和制造信息，在產(chǎn)品加工模式下，可以將這些信息直接抽取出來，實(shí)現(xiàn)該工程特征的數(shù)控編程。
三維數(shù)字化產(chǎn)品、工裝和工藝數(shù)據(jù)可以完全替代二維工程圖樣和紙質(zhì)工藝規(guī)程，成為對工人進(jìn)行技術(shù)培訓(xùn)的多媒體資料，以及在生產(chǎn)現(xiàn)場指導(dǎo)工人工作的技術(shù)依據(jù)。因此，需要建立面向三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)的生產(chǎn)現(xiàn)場可視化應(yīng)用系統(tǒng)，以工藝為中心，將三維產(chǎn)品工程數(shù)據(jù)、三維工裝資源數(shù)據(jù)、操作過程工藝圖解和操作動畫組織起來，通過網(wǎng)絡(luò)將三維數(shù)據(jù)傳遞到生產(chǎn)現(xiàn)場的數(shù)字化應(yīng)用
終端，實(shí)現(xiàn)無紙化生產(chǎn)現(xiàn)場的目標(biāo)。
在三維工藝到達(dá)現(xiàn)場后，可創(chuàng)建一個(gè)制造現(xiàn)場數(shù)據(jù)中心，對工藝規(guī)程的歸檔審批完成時(shí)，自動（或手動）將該工藝信息及附帶的設(shè)計(jì)模型、工裝設(shè)備和工藝資源等傳送至該中心，并進(jìn)行結(jié)構(gòu)化
存儲。制造現(xiàn)場開發(fā)制造工藝瀏覽工具，可全面查看工藝規(guī)程、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)資源等信息?；趹?yīng)用資源層數(shù)據(jù)對工藝結(jié)構(gòu)樹進(jìn)行展示，對選定工序的工藝規(guī)程信息進(jìn)行查看。利用與JT瀏覽器的集成，查看該JT模型，并可對該模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、縮放和PMI瀏覽等操作。
若制造企業(yè)收到的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)已為三維模型，只需在加工制造時(shí)采用MBD技術(shù)進(jìn)行工藝規(guī)程的編制。首先，通過在
NX軟件中開發(fā)客戶化的菜單，將設(shè)計(jì)的三維模型復(fù)制后與工藝規(guī)程相關(guān)聯(lián)。然后，創(chuàng)建結(jié)構(gòu)化工藝，通過復(fù)制的功能，可以創(chuàng)建每道工序的工序間模型（圖3）。
圖3 創(chuàng)建每道工序的工序間模型
由于利用三維模型在制造現(xiàn)場指導(dǎo)生產(chǎn)還屬于試驗(yàn)階段，因此，在創(chuàng)建工序間三維模型的同時(shí)，我們還生成了便于打印、用于現(xiàn)場的二維工藝規(guī)程。
在三維和二維工藝規(guī)程編制完畢后，通過PDM系統(tǒng)二次開發(fā)，將用戶選定的臨時(shí)工藝規(guī)程（未審批歸檔）發(fā)送至現(xiàn)場工藝資源庫。對進(jìn)入審批流程的工藝規(guī)程，通過ITK開發(fā)，添加流程的處理程序。在審批完成后，自動將流程包含的工藝等所有信息發(fā)送至工藝資源庫。
最后，提取工藝所屬車間信息，與車間使用權(quán)限關(guān)聯(lián)。創(chuàng)建工藝規(guī)程與JT模型瀏覽程序。根據(jù)用戶權(quán)限，提取所屬工藝規(guī)程信息，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹、工藝規(guī)程和JT模型進(jìn)行有效瀏覽。
三、結(jié)語
綜上所述，MBD技術(shù)的應(yīng)用，使一個(gè)集成化的三維數(shù)字化實(shí)體模型表達(dá)了完整的產(chǎn)品定義信息（包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品
CAD數(shù)據(jù)以及各種描述和過程信息）。作為制造過程中的唯一依據(jù)，不用生成和維護(hù)二維工程圖樣，減少了設(shè)計(jì)工作量，簡化了管理過程。同時(shí)，通過三維數(shù)字化工藝開發(fā)，生成操作過程動畫、工藝圖解及工藝規(guī)程等工藝數(shù)據(jù)。
在MBD制造模式下，產(chǎn)品工藝數(shù)據(jù)的形式與類型發(fā)生了很大的變化，需要通過以零部件對象為中心把所有的產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)（如幾何模型、原材料等）、工藝數(shù)據(jù)（如工藝規(guī)程、工藝操作動畫、工藝圖解等）和生產(chǎn)數(shù)據(jù)（如執(zhí)行參數(shù)、供應(yīng)商等）組織在BOM結(jié)構(gòu)樹上。同時(shí)，在MBD數(shù)據(jù)組織模式中，某工藝相關(guān)的操作動畫、工藝圖解和工藝參數(shù)與其工藝規(guī)程數(shù)據(jù)具有關(guān)聯(lián)關(guān)系，它們歸屬于該工藝規(guī)程數(shù)據(jù)，并保持版本等信息的整體一致。
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