MBD数模不只是2D标注的简单三维化

1　概述

全三维MBD设计制造方法的实现，首先需要在设计端完成MBD数模的定义。MBD数模不只是2D标注的简单三维化，需要对下列内容做好研究和定义，包括针对具体产品的MBD数据集的定义、PMI信息的管理、设计流程的变化和相应规范、产品设计BOM（DBOM）结构的组织、PMI信息的调用、数模可制造性检查规范、设计软件的功能支持、向下游的传递方法和使用方法等。

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MBD 数据集定义

传统的2D工程图对设计意图的描述通过尺寸、公差、技术要求、特殊说明等在视图中表示，而材料、技术状态、零件明细表、更改标记等在标题栏等专用区域中表示；后端工艺、加工、装配、检验等环节则需要把这些信息转换为工艺文档和车间工作指导文档，进而指导具体操作。

图一：二维图信息表示

MBD全三维设计和制造方法中MBD三维数模是产品制造的依据，那么MBD数据集则需要在三维模型中把上述信息以显式或隐式的方式充分表示出来，并且能够在后续环节中直接重用或方便地转换。那么问题是在三维模型中是否需要把二维图中的所有信息完全表示出来？哪些需要表示？用什么方式表示才能清楚传递到工艺端和制造端？简言之MBD数模中的MBD数据集应该包括的内容以及表示方式需要首先定义清楚。

MBD数据集按信息类型分类包括三个方面的内容：三维模型、工程注释和产品属性。

图二：MBD信息表示

2.1） 三维模型

三维模型是产品或零部件的理论精确形状表示，三维模型相对于二维工程图在设计意图的理解方面有着巨大的优势。

一是后端环节在三维模型上进行工作，不必进行思维转换，从而避免人工思维转换带来的各种问题；

二是设计端不需要标注每一个尺寸，模型数据在后端尤其是数控加工可以直接使用，不会像二维图中的假尺寸而引起问题；

三是有些信息甚至不需要详细描述工艺员就可以完全理解，如关键零件上的装配孔，一定会有精度要求，这时才需要关注尺寸公差、形状公差和位置公差、装配要求等。

2.2）工程注释

工程注释包括尺寸和公差、形位公差、技术要求、特殊说明、通用注释等内容。其中技术要求中包含了主要的PMI信息，含有加工、检验、装配等方面的要求。PMI信息的内容、描述方式、管理和调用需要重点考虑，是实现MBD设计的重点。针对具体产品可以对工程注释进行细化，不同的产品类型或零部件类型应该清晰定义不同的工程注释内容，同时在结构树和几何显示区域关联起来，使后端更容易理解和更顺畅使用。

2.3）产品属性

产品属性包括材料、重量、设计审签和更改过程控制等方面的信息。

目前一般企业基本都有PLM系统进行数据管理，那么像重量的自动计算、更改和版本等由PLM进行管控，设计员不需要再像二维图中那样填写工程图的内容，通过MBD模型属性的管理可从PLM系统自动获得并得以维护。

PMI信息要求在各种CAD工具中生成。设计部门在3D数模中完成完整的3D设计和添加尺寸、公差、3D工艺制造等信息。目前多种CAD软件如CATIA、UG、CREO、SOLIDWORKS等都具有交互生成PMI的能力，但PMI信息都是手工输入。PMI信息的分类、存储、管理、规范、如何在CAD工具中方便调用不是CAD软件提供的功能，各家CAD工具的供应商相关的PLM系统也都没有给出统一的解决办法。这也是准备实现MBD技术的企业需要逐步实现和完善的工作内容。

3 MBD 标准信息管理系统

传统的二维图中的制造和检验等PMI信息以技术要求的方式体现，而现实是这些技术要求并没有清晰分类和管理，大多采用复制、粘贴、更改的方式应用在新设计的图纸中。

MBD设计方法在PMI信息的表示方法确定后，就需要解决这个问题，不但要对PMI信息进行分类管理，还需要方便设计端的使用，以提升设计效率和质量；更要做到设计端和工艺端、制造端的信息一致和通用。

图三：MBD信息管理系统

MBD标准信息管理系统是协调统一设计、工艺、制造和检验等环节的系统，除了管理PMI信息（附注库）外，还需要管理诸如材料、标准件、设计知识等信息，同时提供对这些信息的入库、更改的审批流程控制功能。

PMI信息分类方法根据产品特点可以按照零部件类型如数控加工件、钣金件、电缆进行，也可以按照PMI信息类型如热处理要求、机加要求、表面防护要求等进行；以方便设计员的查询和调用。

MBD信息不仅仅是设计部门使用的信息，是需要贯穿整个产品生命周期的信息，因此MBD信息的汇总、归纳、提取需要工艺、制造、标准化、物资管理等多部门的协作和长时间的积累。

4 MBD 设计流程

MBD方法的设计流程需要根据应用软件的不同和自身产品的特点加以定制和固化。结合设计软件三维标注的功能，在三维标注样式库、MBD信息管理系统、MBD三维标注工具支撑下在原先三维设计的基础上就可以实现产品的MBD设计。

图四：MBD设计流程

不可否认的是，受制造端制造设备的自动化程度和供应商条件的限制，考虑到对下游的支持我们不得不考虑如何从MBD模型更方便地输出二维工程图或中间格式的MBD模型。

5 MBD 三维标注工具和PMI信息调用

实现高效的产品MBD设计需要基于设计软件的二次开发工具做支撑。分别包括标注样式定制、装配和零件设计MBD节点定义、PMI查询和调用、MBD模型检查等工具。

图五：MBD工具集

5.1）标注样式库

标注样式需要按照GBT 24734.1-2009的要求在设计软件中进行总结、验证出三维标注企业标准；包括投影视角、字体样式、字体大小、尺寸和公差、形位公差、尺寸线、线形等内容，是三维标注的基础标准。

图六：标注样式定制和使用

5.2）MBD信息节点创建

方便设计员快速建立零部件的MBD信息节点，提供辅助或自动创建视图等功能。

图七：MBD信息节点管理

5.3）PMI信息调用、编辑

PMI信息调用、编辑，技术要求视图自动生成等功能。

图八：MBD信息调用和视图自动生成

5.4）二维工程图自动出图

MBD设计完成后，MBD模型中含有所有后端需要的所有信息，因此从MBD自动输出二维工程图而不再重新标注工程图成为现实；也是从二维工程图到全三维MBD设计制造的过度方法。

图九：二维工程图自动输出

除此之外，根据产品的特点，还需要定制或开发如孔的自动标注、（成组）标准件自动调用、MBD模型检查等功能，使三维标注的手工交互操作尽量减少。

6 MBD 数模传递和使用

目前国内外有多种输出和使用PMI信息的途径。

6.1）基于同一软件供应商的解决方案

如达索系统的MBD方案。基于CATIA进行MBD设计，后端DELMIA提供了工艺设计、编程、检测等功能。关键是数据不需要转换，下游环节直接使用上游数据，使用全三维数模最终完成制造。另外一个优势是可以保证整个数据链的数据关联和根据特殊需求开发特殊功能。

6.2） 中间格式

通过中间格式的MBD技术，是使用中间格式的文档向下游传递数据，目前应用最多的是PDF和STEP两种方式。

设计软件通过3D PDF插件统一输出3D PDF格式，PDF文件包括轻量化3D模型和所有PMI信息。PDF Reader可以直接打开，提供了浏览、简单测量、投影视图等功能。供应商或后续工艺制造环节根据这些MBD信息按照自己的能力组织生产，也有一些公司基于3D PDF格式开发了一整套工艺和制造文档生成工具，如MBOM包括装配零件清单，点击清单中的零件三维可以高亮，还具有单独看零件的功能；另外还有焊接和检验技术指导文档的生成和输出功能等。

以STEP格式输出MBD信息又分为两种方式；一是和上述3D PDF类似的方式，如ProSTEP公司开发了基于STEP格式的工艺和制造文档生成和输出工具。另一种方式是CAD工具如CATIA直接输出带有PMI信息的3D数模为STEP文件（STEP AP242），下游异构工具如工艺设计等可以直接读入STEP文件完成工艺设计等工作。

以中间格式输出MBD信息这种工作方式很难保证数据的关联性，对更改管理要求更高。

7 结束语

MBD信息在设计端的表示是全三维设计制造的开始，需要根据产品的具体特点总结、归纳提取出PMI信息，并有效地管理和使用于MBD模型中。而实现MBD的关键还在于后续环节如何顺畅传递和有效使用MBD模型和信息。