MBD技術的發展歷程與展望

2024年3月1日發(作者：肌酐值)

1、MBD技術概述

MBD(Model Bad Definition)技術，即基于模型的定義，有時也被稱為數字化產品定義技術，是一種面向計算機應用的產品數字化定義技術，其核心思想是用一個集成的三維實體模型來完整地表達產品定義信息，實現面向制造的設計。

MBD技術充分利用三維模型直觀、可視化和準確表達的特點，將產品全生命周期過程中所需的幾何信息和非幾何信息。以注釋或屬性的方式附加到三維模型中，從而使三維模型成為生產制造過程中的唯一依據，為設計人員擺脫繁重瑣碎的二維制圖工作提供了可能。

2、MBD技術的發展歷程

進入工業化時代以來．隨著計算機技術的發展和三維CAD技術的成熟與普及，產品定義技術經歷了從二維工程圖到三維模型發展的三個階段。

(1)“二維設計、二維出圖”階段

在近代工業革命的進程中，隨著生產的社會化，1795年法國科學家蒙日系統地提出了以投影幾何為主線的畫法幾何，把工程圖的表達與繪制高度規范化、唯一化，工程圖便成為工程界常用的產品定義語言。

從20世紀60年代起，又出現了以計算機繪圖來代替圖板手工繪圖的CAD技術。1991年，國家科技部提出“甩圖板”口號，全國機械領域的研究院所、企業和高校經過不懈努力，應用了以AutoCAD為代表的二維CAD軟件，逐步實現了工程圖從手

工繪制到計算機繪制的轉變。

(2)“三維設計、二維出圖”階段

隨著三維建模技術的發展和應用，產品設計模式演變為先利用三維CAD軟件構建三維模型，再利用軟件自動完成投影、消隱生成二維工程圖后進行必要修改和標注，以二維工程圖為主、三維模型為輔，同時作為交付物向下游設計環節傳遞。這種設計模式充分發揮了三維CAD系統的幾何表現能力，但由于缺乏有效的制造工藝、檢驗信息的三維表示方法，在產品加工過程中仍需要二維工程圖作為輔助。

(3)MBD全三維數字化設計

1997年，美國機械工程師協會在波音公司的協助下發起了三維標注技術及其標準化的研究，并最早于2003年形成了美國國家標準ASMEY14.41-2003《數字化產品定義數據實施規程》。2006年，ISO借鑒ASMEY14.41-2003制定了ISO標準草案ISO16792：2006《技術產品文件 數字產品定義數據通則》，為歐洲以及亞洲等國家的用戶提供了支持。2009年，我國SAC/TC 146“全國技術產品文件標準化技術委員會”以ISO16792：2006標準為藍本，制定了GB/T24734.1～.11-2009《技術產品文件數字化產品定義數據通則》系列標準。

在軟件實現方面，國際主流的知名工業軟件供應商Dassault、Siemens、PTC等公司分別在自己的CAD產品中實現了三維標注等MBD相關功能模塊，使得產品設計和制造過程最終擺脫二維工程圖的束縛成為了可能。

在技術應用方面，國外發達國家在航空產品的設計領域，都已實現了MBD技術對傳統生產方式的改造，如美國空軍JSF戰斗機和空客A380的研制都是成功的范例最典型的是波音公司，作為MBD技術的發起者之一，它制定了基于MBD技術的應用規范——BDS-600系列，并在2004年的波音787項目中大規模采用了這一技術。使得研發周期縮短了40％，工程返工減少了50％，帶來了巨大的利益。作為上游企業，波音公司在合作伙伴中也全面推行了基于模型的數字化定義技術。我國的MBD全三維數字化設計也是從波音公司的轉包生產中開始逐步發展起來的。如今在我國航空航天工業中，“三維模型下車間”等設計模式正在如火如荼地展開，基于CATIA、UG、Pro/E的全三維設計規范也在不斷完善，其應用水平也比較高，在飛機、

衛星、火箭等典型產品的生產上也基本打通了整個數字化設計制造數據鏈。同時，在大型裝配制造業中，南車集團、北車集團等在高速列車的設計生產中，也正在全面推行MBD全三維數字化設計工作。

3、 當前我國MBD技術應用中存在的問題

當前我國機械產品制造業中MBD技術的應用還處在探索階段，與國外相比仍有較大差距，主要存在以下問題：

(1)缺乏統一的MBD標準和管理規范

雖然目前國內外已經制定了國際標準ISO16792：2006美國國家標準ASMEY14.41-2003、我國國家標準GBfr26099.1～.4-2010《機械產品三維建模通用規則》系列標準、GB/T 26100-2010《機械產品數字樣機通用要求》和GF/T 26101-2010《機械產品虛擬裝配通用技術要求》，以及GB/T 24734.1～.11-2009系列標準等相關MBD標準，一些信息化程度比較高的企業也結合企業、行業的具體情況，制

定了基于相關CAD平臺的企業標準和行業標準。但是這些標準還不成熟，或者帶有明顯的行業特點和軟件色彩。缺乏統一的對于標注信息表達、屬性定義等方面的規定和對MBD數據進行更改、簽署、存儲與維護等的管理規范，難以形成統一的MBD技術體系和應用環境。

(2)主流三維軟件的三維標注功能難以滿足MBD數據信息的表達

目前主流的三維軟件對MBD的支持只體現在三維標注功能上，如UG NX的PMI模塊，CATIA的Functional Annotation ＆ Tolerance模塊，SOLIDWORKS的MBD等，但這些操作方式沒有統一的規范。

SOLIDWORKS MBD 可幫助公司定義和整理 3D 尺寸、公差、基準、注釋、材料明細表 (BOM) 及其他 PMI，并且自定義出版模板以滿足制造用例，如零件或裝配體規格、詢價單 (RFQ) 和來料檢查報告等等，還可發布為廣泛接受的文件格式，如

eDrawings 和 3D PDF，極大地降低了 3D 溝通障礙。

3D PDF 是一個包含 3D 模型和 PMI 的 PDF 文檔，可在免費的 Adobe

Reader 中打開，95% 的聯網計算機都已安裝 Adobe Reader。

(3)MBD數據集的“數字化”程度不高

現階段，大多數企業對于MBD的理解，還停留在簡單地將原來二維工程圖上的信息“照搬”到三維模型中去，沒有能夠充分利用三維模型所具備的表現力，去探索便于用戶理解且更具效率的表達方式。產品MBD數模難以在不同的系統間自由交換，

后續的工藝、工裝、制造和檢驗人員仍需要靠人工理解的方法獲取相關信息，無法支持后續環節數字化工作的開展。

(4)對企業現有的設計制造模式帶來了較大的沖擊

MBD技術將大大提高整個產品全生命周期的運行效率，但在初期，設計人員和工藝人員需要投入更多的時間和精力來完成三維模型的創建以及三維標注工作。MBD技術對工程師提出了更高的要求，工程師必須了解MBD的內涵并熟練掌握相關的三維設計工具。此外，現有的基于二維圖樣的管理制度也必須進行相應的調整。

4、展望

從設計制造技術的發展來看，MBD技術取代傳統的二維制圖是大勢所趨。但MBD技術的理論和應用研究才剛剛起步，可供借鑒的成熟標準、規范或應用經驗不多，很多內容還需要進一步的豐富和完善。

(1)制定與完善MBD標準和管理規范

目前，MBD技術還在不斷發展中，國際上也正在開展lSO16792：2006的修訂工作，我們必須緊跟國際標準，密切關注MBD技術的發展與應用，在滿足已有的三維標準的前提下，補充定義產品三維圖樣表達方法與MBD文件管理等標準。

(2)加強與軟件商的溝通，開發新的MBD應用輔助工具

MBD技術的應用離不開軟件的支持，還需加強與軟件商的交流協商，完善CAD

軟件的三維標注功能，并開發配套的MBD應用輔助工具，如三維計算機輔助工藝軟件、數據質量檢測軟件及技術資源庫(包括標準件庫、材料庫、裝配工藝知識庫等)。

(3)開展設計下游環節中MBD技術的應用研究

目前MBD技術在設計階段的應用已日趨成熟，但如何表達工藝、制造和檢驗所需的尺寸和幾何公差、表面結構、工藝要求和檢驗要求等信息還沒有一個規范可行的解決方案，還需要進一步對MBD技術在工藝、工裝、檢驗與制造等設計下游環節中的傳遞與應用進行研究，以便打通機械產品三維數字化設計制造的整個流程，真正實現MBD技術在現實生產中的應用。

5、結束語

MBD技術的實施與應用是一個長期且復雜的過程，在實施初期，由于缺乏相關標準支撐和軟件支持，它面臨著極大的阻礙。但是隨著CAD技術的不斷發展以及MBD技術更加廣泛深入的應用，它必將不斷完善。為機械設計制造帶來革命性的進步。