1、计算机辅助设计（CAD）技术术语MBD：是 Model Based Definition 的缩写基于模型的定义工程定义需要明白和无歧义的表达，中国古代就有物理实体模型（如：故宫“样式张” ）和二维绘图法表达工程思想。从 1795 年法国科学家蒙日系统的提出画法几何原理，1840年发明蓝图以来，工程师们一直使用标准二维平面工程视图来描述产品，使其成为第一代工程语言。令人惊异的是虽然数百年间，人类的工程技术发生了天翻地覆的变化，但工程设计工具却没有发生根本性的进步，我们使用与哥伦布时代设计航海船时几乎相同的设计工具来设计航天飞机！这种工程设计语言的缺陷是显而易见的，设计师在设计新产品时，首先涌现在
2、脑海里的是三维的实体形象而不是平面视图。但为了向制造它的人传递产品的信息，必须将这个活生生的实体通过严格的标准和投影关系变成为复杂的、但为工程界所共识的标准工程图。这当中的浪费不仅是投影图的绘制，还包括了从实体形象向抽象的视图表达方式转换的思维，以及在转换过程中不可避免出现的表达不清和存在歧义。制造工程师、工人在使用这种平面图纸时，又要通过想象恢复它的立体形状，以理解设计意图。这又是一番思维、脑力和时间的浪费。平面图纸的再利用能力几乎没有，定义的质量完全依赖设计人员的个人能力。有时不是创意而是对平面图形的理解程度、制图技术的好坏往往是能否设计、制造出好的产品的关键。对二维图样的绘制和理解是需要
3、严格的专门训练，要求工程人员有良好的空间想象能力。直到今日画法几何和工程制图仍然是工科大学最重要的必修课之一。二百年来，制造业为这种平面图形的转换付出了巨大的代价。随着计算机的广泛应用，CAD 技术越来越成为工程表达的标准方式，逐渐成为第二代工程语言。随着数字化设计、制造技术的发展，基于特征表述和控制的 MBD 将成为第三代工程语言。三代设计语言的比较 第一代：手工二维图。按照画法几何原理用标准化的手绘二维图表达三维实体的定义方法，定义有可能存在歧义。绘制和解读均需专门训练，要求工程人员具有良好的空间想象能力（这需要一定的天赋）。图纸的再利用能力几乎没有。定义的质量完全依赖设计人员的个人能力。
4、 第二代：计算机辅助绘图。包括二维和三维数模，其中二维数模仅仅是手工二维图的计算机化，三维数模极大的改善了设计意图的解读效率，但仍然未解决定义不规范、单源数据问题，解读人员仍然需要参考多个技术文件方能完全解读。仍然完全依赖人工解读。模型有一定的再利用能力。定义的质量严重依赖设计人员的个人能力。 第三代：MBD。基于特征的标准化定义。可方便的被计算机 和人员解读，使数字化设计/ 制造一体化成为可能。单源数据，文档驱动。解读人员仅需一个文档便能获得全部的技术信息。模型的再利用能力强。定义的质量比较依赖设计人员的个人能力。MBD(Model Based Definition):是波音推行的新一代产品
5、定义方法。其核心思想是：全三维基于特征的表述方法，基于文档的过程驱动；融入知识工程、过程模拟和产品标准规范等。它用一个集成的三维实体模型可完整的表达产品定义信息。即将制造信息和设计信息（三维尺寸标注及各种制造信息和产品结构信息）共同定义到产品的三维数字化模型中，从而取消二维工程图，保证设计数据的唯一性。MBD 不是简单的三维标注+三维模型，它不仅描述设计几何信息而且定义了三维产品制造信息和非几何的管理信息（产品结构、PMI、BOM.etc) ，使用人员仅需一个数模既可获取全部信息减少了对其他信息系统的过度依赖，使设计/制造厂之间的信息交换可不完全依赖信息系统的集成而保持有效连接。它通过一系列规
6、范的方法能够更好的表达设计思想和更强的表现力，同时打破了设计制造的壁垒，其设计、制造特征能够方便的为计算机和工程人员解读，而不是传统的定义方法只能被工程人员解读。有效的解决设计/制造一体化的问题。MBD 模型的建立，不仅仅是设计部门的任务，工艺、工装、检验都要参与到设计的过程中，最后形成的 MBD 模型才能用于指导工艺制造与检验。MBD 可融入知识工程、过程模拟和产品标准规范等将抽象、分散的知识更加形象和集中，使得设计、制造的过程演变为知识积累和技术创新的过程，成为企业知识的最佳载体。MBD（Model Based Definition），即基于模型的工程定义，是一个用集成的三维实体模型来完整
7、表达产品定义信息的方法体，它详细规定了三维实体模型中产品尺寸、公差的标注规则和工艺信息的表达方法。MBD 改变了传统由三维实体模型来描述几何形状信息，而用二维工程图纸来定义尺寸、公差和工艺信息的分步产品数字化定义方法。同时，MBD使三维实体模型作为生产制造过程中的唯一依据，改变了传统以工程图纸为主，而以三维实体模型为辅的制造方法。MBD 在 2003 年被 ASME 批准为机械产品工程模型的定义标准，是以三维实体模型作为唯一制造依据的标准体。数据模型通过图形和文字表达的方式，直接地或通过引用间接地揭示了一个物料项的物理和功能需求。MBD 模型分为装配与零件模型，其组织定义如图 1 所示。MBD
8、 零件模型由以简单几何元素构成的、用图形方式表达的设计模型和以文字表达的注释、属性数据组成。MBD 装配模型则由一系列 MBD 零件模型组成的装配零件列表加上以文字表达的注释和属性数据组成。零件设计模型以三维方式描述了产品几何形状信息，属性数据表达了产品的原材料规范、分析数据、测试需求等产品内置信息；而注释数据包含了产品尺寸与公差范围、制造工艺和精度要求等生产必须的工艺约束信息。3工业用语功能MBD 使用一个集成化的三维数字化实体模型表达了完整的产品定义信息，成为制造过程中的唯一依据。MBD 三维数字化产品定义技术不仅使产品的设计方式发生了根本变化，不再需要生成和维护二维工程图纸，而且它对企业
9、管理及设计下游的活动，包括工艺规划、车间生产等产生重大影响，引起了数字化制造技术的重大变革，真正开启了三维数字化制造时代。采用 MBD 技术，将彻底改变飞机产品数据定义、生成、授权与传递的制造模式，实现三维数字化产品定义、三维数字化工艺开发和三维数字化数据应用，形成一个完整的、基于 MBD 的三维数字化制造技术应用体系，如图 2 所示。进步性在该应用体系中，通过建立基于 MBD 的数字化协调规范和数字化定义规范，采用三维建模系统进行数字化产品定义，建立起满足协调要求的飞机全机级三维数字样机和三维工装模型，进行三维数字化预装配。工艺人员在工艺设计规范的指导下，直接依据三维实体模型开展三维工艺开发
10、工作，改变了以往同时依据二维工程图纸和三维实体模型来设计产品装配工艺和零件加工工艺的做法。依据数字化装配工艺流程，建立起三维数字化装配工艺模型，通过数字化虚拟装配环境对装配工艺过程进行数字化模拟仿真，在工艺工作进行的同时及飞机产品实物装配之前，进行制造工艺活动的虚拟装配验证，确认工艺操作过程准确无误后再将装配工艺授权发放，进行现场使用和实物装配。在数字化装配工艺模拟仿真过程中生成装配操作过程的三维工艺图解和多媒体动画数据，建立起三维数字化工艺数据，为三维数字化工艺现场应用提供数据。根据产品开发规范和数据组织规范，所有产品工程设计、工艺设计、工装设计制造等开发过程及其产生的工程数据、工艺数据、工
11、装数据通过 PLM 系统实现全生命周期管理。基于 MBD 的数字化制造技术达到了全机 100%的三维数字化产品定义、数字化预装配、数字化工装设计，同时使三维工艺设计及三维数据可视化应用成为现实。4三维数字协调产品数字化产品定义是实现数字化制造的基础，它是以数字量方式对产品进行准确描述。采用 MBD 后，需要对数字化产品定义信息按 MBD 要求进行分类组织管理，完整地反映出产品零部件本身的几何属性、工艺属性、质量检测属性以及管理属性等信息，满足制造过程各阶段对数据的需求，同时保证飞机产品设计过程中的协调性。随着数字化技术的深入应用，基于数字标工模型 DMT（Digital Master Tool
12、ing）的数字化协调法替代了传统实物标工协调法，成为最主要的制造协调方法。DMT 通过在具有协调关系的产品或工装三维数字化模型中建立统一的基准，规定了所有协调要素在三维虚拟空间中的相对位置关系，并采用一致的几何形状与尺寸，以及合理的公差分配达到各要素间的准确协调。因此，在基于 MBD 的数字化产品定义过程中，需要按照 DMT 的要求，在具有协调关系的产品或工装零件三维实体模型中建立起统一的基准系统、一致的形状及合理的尺寸公差信息，并通过相应的数字化定义元素描述出来。表 1 说明了基本协调元素与 MBD 模型中的数字化产品定义元素之间的映射关系。工艺设计MBD 以三维数字化实体模型作为唯一的制造
13、依据，使飞机产品的工艺设计活动发生了根本变化。工艺开发工作将在三维数字化环境下，直接依据三维实体模型展开，完成工艺方案制定及详细工艺设计，并产生三维数字化工艺，作为生产现场的操作依据，如图 3所示。三维数字化工艺开发的显著特点是在三维数字化环境下，工艺开发人员利用各类三维数字化实体模型建立起数字化工艺模型，通过模拟仿真，确定出合理的、可行的制造工艺。同时生成工艺图解和操作动画等多媒体工艺数据，编制成三维数字化制造工艺。在不同的工艺开发阶段，具有不同的工艺仿真内容。在工艺审查阶段，对零件、组件、部件组成的制造单元进行可装配性分析，检查结构设计的合理性；在工艺规划阶段，通过制造工艺仿真，确定制造单
14、元之间的制造顺序和运动路径；在工装设计阶段，进行制造资源仿真，设计出合格的工装资源；在工艺编制阶段，通过建立起产品、工艺、资源数字化工艺数据模型，进行制造过程动态仿真，完成工艺验证并生成操作动画。数据管理采用 MBD 技术后，不用生成和维护二维工程图纸，减少了设计工作量，简化了管理过程；同时，通过三维数字化工艺开发，生成操作过程动画、工艺图解及工艺规程等工艺数据。因此，在 MBD 制造模式下，产品工艺数据的形式与类型发生了很大的变化，需要通过以零部件对象为中心把所有的产品设计数据（如几何模型、原材料等）、工艺数据（如工艺规程、工艺操作动画、工艺图解等）和生产数据（如执行参数、供应商等）组织在
15、BOM 结构树上。同时，在 MBD 数据组织模式中，某工艺相关的操作动画、工艺图解和工艺参数与其工艺规程数据具有关联关系，它们归属于该工艺规程数据，并保持版本等信息的整体一致。工艺应用在 MBD 制造模式下，三维数字化工程、工装和工艺数据完全替代了二维工程图纸和纸质工艺指令，成为对工人进行技术培训的多媒体资料，以及在生产现场指导工人工作的技术依据。因此，需要建立面向三维产品数据的生产现场可视化应用系统，以工艺活动为中心，将三维产品工程数据、三维工装资源数据、操作过程工艺图解和操作动画组织起来，通过网络将三维数据传递到生产现场的数字化应用终端，实现无纸化生产现场的目标。通过数字化应用终端，操作人员能够浏览产品制造工艺数据和工艺图解，观看产品的制造过程动画；同时，通过工艺数据中建立的工程与工装数据链接，可以浏览三维工程和工装数据，并下载操作相关的工艺参数。
