MBD工程化應用
MBD工程化應用
MBD工程化應用是指將MBD技術從概念和標準走嚮應用的具體過程和涉及範圍，MBD技術也稱為三維標註技術，是三維設計發展的必經之路，是三維模型取代二維工程圖成為加工製造的唯一數據源的核心技術。MBD技術概念的提出及相應規範的建立已經面世多年，起源於波音，並在國外眾多企業中得到應用，在2003年由美國機械工程師協會起草了第一份標準，2006年國際標準化組織也發布了相應標準，我國在2009年開始參考制定國家標準，並與2010年正式發布。
我國雖然發布了MBD的相關標準，但是一直以來並沒有得到大面積的推廣應用，其中主要的原因是針對MBD技術的工程化應用過程中，涉及到MBD模型在整個生命周期中多方面的內容，如果沒有足夠完整的全周期數據保障手段和對應的軟硬體條件，則會面臨應用層面的各種問題。MBD技術要進行工程化的應用，至少要包含以下幾大部分內容：MBD數據的完整性、MBD模型的共享、面向製造的設計和設計與工藝的協同。
MBD工程化應用至少要包含以下幾大部分內容：MBD數據的完整性、MBD模型的共享、面向製造的設計和設計與工藝的協同。
其中各部分的含義和重要性如下：
MBD（Model Based Definition），即基於模型的工程定義，是一個用集成的三維實體模型來完整表達產品定義信息的方法體，它詳細規定了三維實體模型中產品尺寸、公差的標註規則和工藝信息的表達方法。MBD改變了傳統由三維實體模型來描述幾何形狀信息，而用二維工程圖紙來定義尺寸、公差和工藝信息的分步產品數字化定義方法。同時，MBD使三維實體模型作為生產製造過程中的唯一依據，改變了傳統以工程圖紙為主，而以三維實體模型為輔的製造方法。
三維實體模型在MBD技術中是作為唯一製造依據的標準載體，利用這個載體進行加工製造，首先就要保證這個載體所負載信息的完整性，這些信息包括模型本身的屬性信息和三維標註的相關信息。
三維實體模型的屬性信息包括但不限於以下內容：單位制、材料、公差標準、精度、參數完整性、三維標註完整性。由於MBD技術的特殊性，這些三維模型的屬性信息必須準確，才能確保最終加工的產品為合格的產品。傳統的方法是通過統一設置零件的模板來保證其單位制、材料、公差標註、精度等屬性的一致性，但是這種方法只能確保模型中附帶相應的參數，對於參數的值的填寫與否或填寫的值準確與否則沒有相應工具進行保障，只能通過人工檢查的方式進行MBD模型下發前的檢查，效率和準確率都較低。
對於三維標註而言，傳統的三維軟體（如PTC公司的Pro/E和Creo系列產品）也只提供簡單的標註工具，標註的效率較低，同時也無法確保標註信息的完整性，容易造成後續加工製造環節的失誤。
MBD數據的完整性直接影響到後續加工製造的準確性，對整個MBD工程化應用至關重要。
三維標註的實體模型作為唯一的設計數據指導生產和製造，其模型將在不同的部門之間實現共享和共用。這些模型的建模方法和建模規範是否標準直接影響到後續部門的模型重用。
三維標註的準確性也是影響MBD模型共享的重要因素，三維標註作為基於模型的標註方式，也支持真尺寸和假尺寸兩種標註方式，在某些情況下，設計師為了保證設計任務的按時完成，可能會採用假尺寸的標註方式進行尺寸的標註，從而減少修改三維模型的工作量，但是由於MBD模型的特殊性，其三維標註的模型會直接作為加工製造的數據來源，所以假尺寸就意味著無法表達真實的三維模型結構，從而造成生產事故，影響產品交付。
MBD技術的工程化應用任重道遠，其用標註的三維模型作為指導生產加工的唯一數據，取代二維工程圖是必然的趨勢，就如同當年的甩圖板工程用AutoCAD替代了用圖板和鉛筆繪圖一樣。但是任何事物都有它的發展過程，MBD技術在工程化應用階段，不可避免的要採用兩條腿走路的方式，即條件成熟的適合MBD方式下發的模型利用MBD技術進行標註和下發，對於某些條件不具備的模型（如某些鈑金件需要展開圖等）或加工企業（如沒有數控機床等）依然採用二維工程圖的方式進行生產加工。
MBD技術關注的重點就是設計和製造採用唯一的三維模型作為數據源。在傳統的設計模式下，設計師的關注點都在三維模型的結構是否符合產品綜合性能要求，如結構能否滿足強度要求、重量要求等等；在設計師的工作中，一般情況很少考慮三維模型的可製造性，即所設計的三維模型的結構能否滿足加工設備、加工刀具等等方法的要求。一般情況下，這些問題都是要等到三維模型通過一系列的審批程序發放到製造部門時才暴露出來，再由製造部門的人通過相應的反饋手續提出修改意見，由設計師進行更改。這些工作無形中增加了整個產品的交付周期，降低了設計效率。所以在MBD工程化應用中，必須考慮到三維模型的可製造性檢查，並使設計師在設計階段得到相應的改進意見。
MBD的工程化應用還需要關注設計與工藝的協同，才能最大程度的提高協作效率。
MBD設計模型下發到製造部門后，通常情況下都會有或多或少的設計變更，在二維圖紙指導生產的情況下，一般發生變更后都是通過下發變更單或在二維圖紙上直接標註變更位置的方式通知製造部門進行變更。應用MBD技術后，設計部門變更后的模型通常直接交付給製造部門，缺少對應的手段和工具告知變更的位置和內容，造成製造部門需要自行查找變更部位，並執行變更，效率較低。
MBD技術要求三維模型作為唯一的數據源下發到製造部門，對於製造部門來說，就需要有能力打開並處理這些模型，包括瀏覽三維標註的信息，查看模型的結構特徵等等。一般情況下需要在製造部門的加工設備上配備相應的顯示終端和軟體，如服務於加工設備的現場計算機及相應MBD三維模型瀏覽軟體，由於三維模型本身對計算機的要求都相對較高，這些無形之間加大了製造部門的軟硬體投入。MBD的工程化應用需要有輕量化模型的解決方案來減少MBD技術的成本投入。
同時，MBD技術只重點解決了單個零件的數據需要，對於裝配而言，僅有簡單的裝配尺寸和裝配精度的三維標註還遠遠不夠，需要有完整的支持MBD技術的三維裝配工藝做支撐，才能使MBD工程化應用得到真正的推廣。
基於以上MBD工程化應用的各項需求，需要有配套的工具輔助完成以下工作，包括：MBD數據的完整性、MBD模型的共享、面向製造的設計和設計與工藝的協同。
目前市面上可以使用的工具如下：
SmartDoctor模型管家：基於Pro/E或UG進行二次開發的軟體，可以對模型進行屬性檢查、建模規範性檢查、模型可製造性檢查、工程圖檢查和三維標註檢查。
SmartDoctor模型管家可以對模型的各種屬性進行檢查，包括模型名稱、單位、材料、精度、參數等等，並可以將參數等信息通過EXCEL進行導出后，在EXCEL中進行單個或批量的編輯，並將編輯后的EXCEL表中的各種信息重新導入進模型，實現模型各種屬性的批量更改，簡潔而高效。適用於MBD模型在下發到製造部門前的自行檢查和修復問題，防止有屬性問題的模型下發到製造部門造成製造失誤。
在建模規範性檢查方面，SmartDoctor融合了Pro/E等三維軟體對建模方面的各項要求，包括對修飾特徵的處理方法、實體特徵和非實體特徵的處理方法、外部參考的使用等，並通過建模規範性的檢查，確保模型特徵的創建思路和方法符合全流程的應用需求，即能夠儘可能的減少在生產製造環節產生不必要的麻煩。
SmartDoctor的模型可製造性檢查用於對設計模型的製造合理性和製造可行性進行檢查，確保設計模型能符合製造部門的生產設備和對應工裝刀具的要求，可以幫助設計師在模型設計階段就避免產生可製造性的問題，如採用了不合理的孔徑、不合理的深孔等。
SmartDoctor還具有對二維工程圖的規範性進行檢查，包括工程圖圖幅大小、圖紙比例、文本樣式等等，還可以對二維工程圖和三維標註中的假尺寸進行快速檢查，確保在MBD工程化應用環境中，所有的模型尺寸都是真實有效的。
SmartComparison模型對比：基於Pro/E或UG進行二次開發的軟體，可以對不同版本的相同模型進行對比，對比的內容包括常規的屬性（修改時間、材料、單位等）、特徵的變化（特徵增加或減少）、特徵尺寸的變化、裝配中零件的裝配關係和裝配數量的變化，並將這些對比內容以列表或文件的形式展現出來。
SmartComparison模型對比可以在製造部門接到設計部門的版本更新模型后，利用此工具快速查找更新的內容，並及時作出工藝層面的相應調整。
APDTools三維裝配工藝：對於以MBD技術為核心的三維裝配而言，其三維模型的原始數據量通常比較龐大，大容量的數據對於計算機硬體的要求也相應很高，所以不適合用原始的Pro/E模型做三維裝配的動畫和工藝。APDTools是國內自主知識產權的三維輕量化裝配工藝系統，已經在我國的航天行業取得了廣泛的認可，基於Pro/E或UG的三維模型數據進行輕量化后，導入到APDTools三維裝配工藝系統內，即可進行三維裝配動畫和對應裝配工藝的創建，並支持聲音、文字和二維工藝卡片的添加和展示。由於採用了輕量化的數據處理方式，最大可以將三維模型的數據壓縮到原有數據容量的二十分之一，從而極大的方便了對應三維裝配動畫和三維裝配工藝的創建，為生產製造部門的裝配製造提供了全新的手段。
SmartDrawing敏捷標註：基於Pro/E二次開發的軟體，主要用於解決在Pro/E三維軟體下二維工程圖標註效率低的問題，可以方便快速的標註工程圖中的尺寸、公差、技術要求、粗糙度、焊接符號及其他一些常用符號等，為了方便MBD模型快速生成二維工程圖，還具備自動根據MBD的模型視圖生成帶三維標註尺寸的二維工程圖視圖的功能，用於對MBD模型需要同時提供二維工程圖的場景下非常有效。
Smart3Drawing敏捷三維標註：基於Pro/E二次開發的軟體，用於改善Pro/E原有三維標註功能的不足，使三維標註更加快捷簡便，且所有的標註符合相應的國家標準。在此基礎上，還增加了很多原本Pro/E三維標註並不具備的功能，進一步提高MBD模型的標註效率。
MBD工程化應用是MBD技術推廣應用的重要階段，需要在這個階段摸索和解決的問題很多，以上所列的工具只是眾多工具和解決方案中的一部分，可以在MBD三維模型的全過程應用中更好的發揮它的作用和價值，減少設計部門和生產製造部門之間的交流溝通成本，真正讓三維標註模型滿足全流程的使用，最大程度的提高產品研發生產的效率，減少新產品上市時間，為企業創造更大的價值。