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MBD技术的发展历程与展望

2018-7-10 10:46| 发布者: Ice_XIAO| 查看: 1196| 评论: 1|原作者: 潘康华 陆江峰 邵兰英 |来自: 互联网

摘要: 本文概述了MBD技术的基本概念,按照发展时间顺序将MBD技术划分为“二维设计、二维出图”、“三维设计、二维出图”、“MBD全三维数字化设计”等三个阶段,并归纳总结了当前我国MBD技术应用中存在的问题,展望未来MBD ...
2018/7/10    来源:互联网    作者:潘康华  陆江峰  邵兰英      
关键字:MBD技术  
本文概述了MBD技术的基本概念,按照发展时间顺序将MBD技术划分为“二维设计、二维出图”、“三维设计、二维出图”、“MBD全三维数字化设计”等三个阶段,并归纳总结了当前我国MBD技术应用中存在的问题,展望未来MBD技术的发展方向。
随着CAD技术的普及与迅猛发展,现代企业特别是航空、航天、船舶、汽车、兵器等领域的机械产品制造企业,为缩短产品生命周期、提高产品质量、降低成本。提高企业的市场核心竞争力,正在关注并大力推进MBD技术的发展。
1 MBD技术概述
    MBD(Model Based Definition)技术,即基于模型的定义,有时也被称为数字化产品定义技术,是一种面向计算机应用的产品数字化定义技术,其核心思想是用一个集成的三维实体模型来完整地表达产品定义信息,实现面向制造的设计。
    MBD技术充分利用三维模型直观、可视化和准确表达的特点,将产品全生命周期过程中所需的几何信息和非几何信息。以注释或属性的方式附加到三维模型中,从而使三维模型成为生产制造过程中的唯一依据,为设计人员摆脱繁重琐碎的二维制图工作提供了可能。
2 MBD技术的发展历程
    进入工业化时代以来.随着计算机技术的发展和三维CAD技术的成熟与普及,产品定义技术经历了从二维工程图到三维模型发展的三个阶段。
    (1)“二维设计、二维出图”阶段
    在近代工业革命的进程中,随着生产的社会化,1795年法国科学家蒙日系统地提出了以投影几何为主线的画法几何,把工程图的表达与绘制高度规范化、唯一化,工程图便成为工程界常用的产品定义语言。
    从20世纪60年代起,又出现了以计算机绘图来代替图板手工绘图的CAD技术。1991年,国家科技部提出“甩图板”口号,全国机械领域的研究院所、企业和高校经过不懈努力,应用了以AutoCAD为代表的二维CAD软件,逐步实现了工程图从手工绘制到计算机绘制的转变。
    (2)“三维设计、二维出图”阶段
    随着三维建模技术的发展和应用,产品设计模式演变为先利用三维CAD软件构建三维模型,再利用软件自动完成投影、消隐生成二维工程图后进行必要修改和标注,以二维工程图为主、三维模型为辅,同时作为交付物向下游设计环节传递。这种设计模式充分发挥了三维CAD系统的几何表现能力,但由于缺乏有效的制造工艺、检验信息的三维表示方法,在产品加工过程中仍需要二维工程图作为辅助。
    (3)MBD全三维数字化设计
    1997年,美国机械工程师协会在波音公司的协助下发起了三维标注技术及其标准化的研究,并最早于2003年形成了美国国家标准ASMEY14.41-2003《数字化产品定义数据实施规程》。2006年,ISO借鉴ASMEY14.41-2003制定了ISO标准草案ISO16792:2006《技术产品文件 数字产品定义数据通则》,为欧洲以及亚洲等国家的用户提供了支持。2009年,我国SAC/TC 146“全国技术产品文件标准化技术委员会”以ISO16792:2006标准为蓝本,制定了GB/T24734.1~.11-2009《技术产品文件数字化产品定义数据通则》系列标准。
    在软件实现方面,国际主流的知名工业软件供应商Dassault、Siemens、PTC等公司分别在自己的CAD产品中实现了三维标注等MBD相关功能模块,使得产品设计和制造过程最终摆脱二维工程图的束缚成为了可能。
    在技术应用方面,国外发达国家在航空产品的设计领域,都已实现了MBD技术对传统生产方式的改造,如美国空军JSF战斗机和空客A380的研制都是成功的范例最典型的是波音公司,作为MBD技术的发起者之一,它制定了基于MBD技术的应用规范——BDS-600系列,并在2004年的波音787项目中大规模采用了这一技术。使得研发周期缩短了40%,工程返工减少了50%,带来了巨大的利益。作为上游企业,波音公司在合作伙伴中也全面推行了基于模型的数字化定义技术。我国的MBD全三维数字化设计也是从波音公司的转包生产中开始逐步发展起来的。如今在我国航空航天工业中,“三维模型下车间”等设计模式正在如火如荼地展开,基于CATIA、UG、Pro/E的全三维设计规范也在不断完善,其应用水平也比较高,在飞机、卫星、火箭等典型产品的生产上也基本打通了整个数字化设计制造数据链。同时,在大型装配制造业中,南车集团、北车集团等在高速列车的设计生产中,也正在全面推行MBD全三维数字化设计工作。
3 当前我国MBD技术应用中存在的问题
    当前我国机械产品制造业中MBD技术的应用还处在探索阶段,与国外相比仍有较大差距,主要存在以下问题:
    (1)缺乏统一的MBD标准和管理规范
    虽然目前国内外已经制定了国际标准ISO16792:2006美国国家标准ASMEY14.41-2003、我国国家标准GBfr26099.1~.4-2010《机械产品三维建模通用规则》系列标准、GB/T 26100-2010《机械产品数字样机通用要求》和GF/T 26101-2010《机械产品虚拟装配通用技术要求》,以及GB/T 24734.1~.11-2009系列标准等相关MBD标准,一些信息化程度比较高的企业也结合企业、行业的具体情况,制定了基于相关CAD平台的企业标准和行业标准。但是这些标准还不成熟,或者带有明显的行业特点和软件色彩。缺乏统一的对于标注信息表达、属性定义等方面的规定和对MBD数据进行更改、签署、存储与维护等的管理规范,难以形成统一的MBD技术体系和应用环境。
    (2)主流三维软件的三维标注功能难以满足MBD数据信息的表达
    目前主流的三维软件对MBD的支持只体现在三维标注功能上,如UG NX的PMI模块,CATIA的Functional Annotation & Tolerance模块,SOLIDWORKS的DIMxpert等,但这些操作方式没有统一的规范,有些标注的显示方式也不符合标准。此外,产品设计时仍以软件自身的基本功能为主要手段,缺乏配套的辅助软件工具,设计效率较低,不能灵活而合理地表达MBD数据信息。
    (3)MBD数据集的“数字化”程度不高
    现阶段,大多数企业对于MBD的理解,还停留在简单地将原来二维工程图上的信息“照搬”到三维模型中去,没有能够充分利用三维模型所具备的表现力,去探索便于用户理解且更具效率的表达方式。产品MBD数模难以在不同的系统间自由交换,后续的工艺、工装、制造和检验人员仍需要靠人工理解的方法获取相关信息,无法支持后续环节数字化工作的开展。
    (4)对企业现有的设计制造模式带来了较大的冲击
    MBD技术将大大提高整个产品全生命周期的运行效率,但在初期,设计人员和工艺人员需要投入更多的时间和精力来完成三维模型的创建以及三维标注工作。MBD技术对工程师提出了更高的要求,工程师必须了解MBD的内涵并熟练掌握相关的三维设计工具。此外,现有的基于二维图样的管理制度也必须进行相应的调整。
4 展望
    从设计制造技术的发展来看,MBD技术取代传统的二维制图是大势所趋。但MBD技术的理论和应用研究才刚刚起步,可供借鉴的成熟标准、规范或应用经验不多,很多内容还需要进一步的丰富和完善。
    (1)制定与完善MBD标准和管理规范
    目前,MBD技术还在不断发展中,国际上也正在开展lSO16792:2006的修订工作,我们必须紧跟国际标准,密切关注MBD技术的发展与应用,在满足已有的三维标准的前提下,补充定义产品三维图样表达方法与MBD文件管理等标准。
    (2)加强与软件商的沟通,开发新的MBD应用辅助工具
    MBD技术的应用离不开软件的支持,还需加强与软件商的交流协商,完善CAD软件的三维标注功能,并开发配套的MBD应用辅助工具,如三维计算机辅助工艺软件、数据质量检测软件及技术资源库(包括标准件库、材料库、装配工艺知识库等)。
    (3)开展设计下游环节中MBD技术的应用研究
    目前MBD技术在设计阶段的应用已日趋成熟,但如何表达工艺、制造和检验所需的尺寸和几何公差、表面结构、工艺要求和检验要求等信息还没有一个规范可行的解决方案,还需要进一步对MBD技术在工艺、工装、检验与制造等设计下游环节中的传递与应用进行研究,以便打通机械产品三维数字化设计制造的整个流程,真正实现MBD技术在现实生产中的应用。
5 结束语
    MBD技术的实施与应用是一个长期且复杂的过程,在实施初期,由于缺乏相关标准支撑和软件支持,它面临着极大的阻碍。但是随着CAD技术的不断发展以及MBD技术更加广泛深入的应用,它必将不断完善。为机械设计制造带来革命性的进步。

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最新评论

引用 xhljsh 2018-9-6 15:58
谢谢提示。有你,我们才会成长。

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