MBD技术应用中的若干问题思考

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1、MBD技术应用中的若干问题思考ReflectiononProbleminMBDTechnologyApplication西北工业大学现代设计与集成制造技术教育部重点实验室莫蓉奠季博士，教授．航空宇航制造工程学科博士生导师。主要从事MBD、3D工艺设计，智能化设计、知识重用、知识挖掘等方面的研究。主持国家自然科学基金、国家863项目等各类基金项目10余项；获国家科技进步二等奖1项．省部级科技进步奖一等奖2项．发表学术论文200余篇，出版专著、教材6部．SCI、El、ISTP检索100余篇。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

2、相关信息以数字化定义的方式嵌人到3D模型中[1-31,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。26航空制造技术·2015年第18期虽然制造业已对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oDOI：10．16080／j．issnl671-833x．2015．18．026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

3、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(Drawing—less)”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

4、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)

5、，为部件、组件、零件的详细设计提供自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

6、否成功转换和快速修改已成为影响“设计一分析一修改”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：利用专用模型修复工具；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

7、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，而且是设计一工艺协同的桥梁，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

8、起步阶段，