MBD技术助国产大飞机C919研发成功-阿斯米网

MBD技术助国产大飞机C919研发成功

admin 发表于2017-6-6 07:00

1、序言

随着“德国工业4.0”、“中国制造2025”以及“美国的工业互联网”等新型的工业革命概念先后提出，世界上很多工业强国已经开始采用了数字化工厂的解决方案，美国国家航空航天局采用数字化工厂来仿真、分析太空船中的仪器在卫星飞行过程中环境的变化，波音公司采用数字化工厂大幅度降低飞机成本、缩短设计与制造时间、减少产品缺陷，海尔集团采用数字化工厂可以实现500种洗衣机的“按单生产”，康佳集团通过数字化工厂，减少了90%的手工操作错误，数字化的研发过程节约了30%-50%的产品研发费用。

数字化转型是现代企业必须顺应的趋势，也是时代提供的最大机遇之一。数字化的技术力量将彻底改变产品问世、实现、和演变的方式，缩短了创新周期、推动了持续的业务变革。

智能制造需要数字化企业，数字化企业需要产品定义数字化，产品定义数字化需要MBD技术。

现代产品开发过程（产品设计、工艺设计、工装设计、产品制造、检验检测）不再像以往的各模块分立（首先产品设计，然后工艺设计，接着工装设计，进行产品制造，最后检验检测，各模块之间只负责自己的工作，很少协同工作，产品开发过程不仅周期长，而且质量得不到保证），现代产品开发更强调的是一种协同，实现产品设计（含工艺设计）、工装设计、零件加工、部件装配、零部件检测检验的高度集成、协同、融合，建立三维数字化设计制造一体化集成体系。因此，很多国家已经开始运用第三代产品设计语言—MBD技术（基于模型的产品数字化定义）。

2、产品设计定义过程演变

产品设计从最初的完全手工绘图到MBD大致经历了3个发展阶段。

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。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，图纸的再利用性很差，图纸的质量完全依赖设计人员的个人能力。

第二代：计算机辅助绘图CAD，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。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（基于模型的产品数字化定义），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，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。它通过一系列规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，使产品设计和制造无缝的衔接起来，有效的解决设计/制造一体化的问题。

3、什么是MBD

MBD(ModelBased Definition)是波音公司推行的新一代产品定义方法，美国机械工程师协会ASME在此基础上把它发展成国际标准ASME Y14.41-2012，欧洲在借鉴美国标准基础上也指定了相应的MBD标准ISO 16792-2015。

MBD其核心思想是:在产品三维模型中描述与产品相关的所有设计信息、工艺信息、产品属性以及管理信息的先进的产品数字化定义方法，各类信息按照模型的方式进行组织管理、显示、传递和重用。

全三维基于特征的表述方法，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，从而可以取消二维工程图，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，使用人员仅需一个三维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/供应商之间的信息交流沟通可不完全依赖信息系统的集成而保持高效连接。

MBD技术彻底改变了产品研发模式

1、信息传递从图纸模式改变了模型传递

2、制造模式从模拟量传递改变全数字化传递

3、研发模式从串行模式改变并行模式

4、基于模型的供应商管理，快速响应

建立基于三维设计模型的数字化产品制造平台，打通从设计到制造的信息化之路，构建基于MBD(Model Based Definition)的三维产品设计和MBI(Model Based Instructions)的三维工艺和制造的一体化应用平台，实现产品从设计、工艺到制造的全生命周期信息化管理，并集成企业现有的PDM、ERP、等系统，可实现一体化的、基于三维的设计、工艺、制造过程的产品研发和精益制造体系，已成为制造业信息化的又一趋势。

4、为什么要MBD

MBD作为产品生命周期的唯一数据源，即减少了数据在传递过程中的出现错误的可能，企业的各个部门以及整个供应链在三维环境中进行沟通交流，可对市场需求做出快速的反应，同时下游部门可对产品MBD模型中的数据重复使用，减少大量重复输入的人工时间，从而减少产品的研发和制造时间，另外基于MBD模型可以实现产品的数字化检测和三维工艺和制造，正真实现数字化制造。

MBD与传统的二维图纸标注相比，有着本质的区别，它解决了长期困扰的一个重大问题，即三维标注和模型一体的问题。三维标注和模型成为一体，不需要针对三维模型和二维图之分别进行维护，三维模型和标注构成的产品数模可以直接进行仿真分析、工艺设计,公差分析、数字化检测等应用。

5、MBD技术使得3D模型平民化

上游研发部门在三维软件环境中创建的MBD模型，通过格式装换，装换为轻量化的3D模型，所谓轻量化是在保留三维模型基信息的基础上，把原始CAD文件压缩到十分之一或者更小的格式文件，并且通过通用的浏览软件对三维模型、相关标注进行快速的查询，借助轻量化的三维模型，实现了三维模型的平民化，使得企业领导，市场人员、客户等非专业的技术人员能够充分利用三维模型中的相关数据进行沟通，交流。

MBD模型装换为3D PDF后，下游部门只需要有一个PDF浏览器，就可以在三维环境下快速查询MBD模型的数据。

6、MBD技术必将成为一种趋势

MBD由航空发展起来，并在航空业得到广泛传播，并且快速的波及的其它制造行业。

美国的一家咨询机构，Lifecycle Insights在2017年对463家企业做了一个调查，这463家企业分别来自于：32%来自航空和国防，24%来自汽车，22%来自高新技术和电子，还有20%来自医疗行业。通过调查发现，2014年大概6%的企业采用了MBD技术，而到2017年约24%的企业采用MBD技术，并且还有大部分企业也准备采用MBD技术。

基于这种趋势和潮流，各大主流的软件商业相应的根据相关标准更新了自己的软件来适应市场的需求，比如西门子的UG、PTC的CREO，达索的CATIA和SOLIDWORKS软件都增加了相应的三维标注模块。

在波音公司的影响和要求下，中国的航空企业最早使用MBD技术，并且在航空工业行业中得到了广泛的传播。包括马上就要首飞的国产大飞机C919也是采用MBD技术进行研制的，大大缩短了研发时间。另外中国的通用汽车，北汽、长安汽车、奇瑞以及观致等企业行业也在采用MBD技术，一旦MBD技术在汽车行业得到广泛传播，那么它必将波及和渗透到制造业各个行业。