MBD技術助國產大飛機C919研發成功

1、序言

隨著「德國工業4.0」、「製造2025」以及「美國的工業互聯網」等新型的工業革命概念先後提出，世界上很多工業強國已經開始採用了數字化工廠的解決方案，美國國家航空航天局採用數字化工廠來模擬、分析太空船中的儀器在衛星飛行過程中環境的變化，波音公司採用數字化工廠大幅度降低飛機成本、縮短設計與製造時間、減少產品缺陷，海爾集團採用數字化工廠可以實現500種洗衣機的「按單生產」，康佳集團通過數字化工廠，減少了90%的手工操作錯誤，數字化的研發過程節約了30%-50%的產品研發費用。

數字化轉型是現代企業必須順應的趨勢，也是時代提供的最大機遇之一。數字化的技術力量將徹底改變產品問世、實現、和演變的方式，縮短了創新周期、推動了持續的業務變革。

智能製造需要數字化企業，數字化企業需要產品定義數字化，產品定義數字化需要MBD技術。

現代產品開發過程（產品設計、工藝設計、工裝設計、產品製造、檢驗檢測）不再像以往的各模塊分立（首先產品設計，然後工藝設計，接著工裝設計，進行產品製造，最後檢驗檢測，各模塊之間只負責自己的工作，很少協同工作，產品開發過程不僅周期長，而且質量得不到保證），現代產品開發更強調的是一種協同，實現產品設計（含工藝設計）、工裝設計、零件加工、部件裝配、零部件檢測檢驗的高度集成、協同、融合，建立三維數字化設計製造一體化集成體系。因此，很多國家已經開始運用第三代產品設計語言—MBD技術（基於模型的產品數字化定義）。

產品設計從最初的完全手工繪圖到MBD大致經歷了3個發展階段。

，按照畫法幾何原理用標準化的手繪二維圖表達三維實體的定義方法。繪製和解讀均需專門訓練，要求工程人員具有良好的空間想象能力，圖紙的再利用性很差，圖紙的質量完全依賴設計人員的個人能力。

，包括二維和三維數模，其中二維數模僅僅是手工二維圖的計算機化，三維數模極大的改善了設計意圖的解讀效率，但仍然未解決定義不規範、單源數據問題，解讀人員仍然需要參考多個技術文件方能完全解讀。模型有一定的再利用能力，定義的質量嚴重依賴設計人員的個人能力。

，基於特徵的標準化定義,可方便的被計算機和人員解讀，使數字化設計/製造一體化成為可能，單源數據，文檔驅動，僅需一個文檔便能獲得全部的技術信息。模型的再利用能力強。它通過一系列規範的方法能夠更好的表達設計思想和更強的表現力，同時打破了設計製造的壁壘，使產品設計和製造無縫的銜接起來，有效的解決設計/製造一體化的問題。

3、什麼是MBD

MBD(ModelBased Definition)是波音公司推行的新一代產品定義方法，美國機械工程師協會ASME在此基礎上把它發展成國際標準ASME Y14.41-2012，歐洲在借鑒美國標準基礎上也指定了相應的MBD標準ISO 16792-2015。

MBD其核心思想是:在產品三維模型中描述與產品相關的所有設計信息、工藝信息、產品屬性以及管理信息的先進的產品數字化定義方法，各類信息按照模型的方式進行組織管理、顯示、傳遞和重用。

全三維基於特徵的表述方法，它用一個集成的三維實體模型可完整的表達產品定義信息，即將製造信息和設計信息（三維尺寸標註及各種製造信息和產品結構信息）共同定義到產品的三維數字化模型中，從而可以取消二維工程圖，保證設計數據的唯一性。MBD不是簡單的三維標註+三維模型，它不僅描述設計幾何信息而且定義了三維產品製造信息和非幾何的管理信息，使用人員僅需一個三維數模既可獲取全部信息，減少了對其他信息系統的過度依賴，使設計/製造廠/供應商之間的信息交流溝通可不完全依賴信息系統的集成而保持高效連接。

MBD技術徹底改變了產品研發模式

1、信息傳遞從圖紙模式改變了模型傳遞

2、製造模式從模擬量傳遞改變全數字化傳遞

3、研發模式從串列模式改變并行模式

4、 基於模型的供應商管理，快速響應

建立基於三維設計模型的數字化產品製造平台，打通從設計到製造的信息化之路，構建基於MBD(Model Based Definition)的三維產品設計和MBI(Model Based Instructions)的三維工藝和製造的一體化應用平台，實現產品從設計、工藝到製造的全生命周期信息化管理，並集成企業現有的PDM、ERP、等系統，可實現一體化的、基於三維的設計、工藝、製造過程的產品研發和精益製造體系，已成為製造業信息化的又一趨勢。

4、為什麼要MBD

MBD作為產品生命周期的唯一數據源，即減少了數據在傳遞過程中的出現錯誤的可能，企業的各個部門以及整個供應鏈在三維環境中進行溝通交流，可對市場需求做出快速的反應，同時下游部門可對產品MBD模型中的數據重複使用，減少大量重複輸入的人工時間，從而減少產品的研發和製造時間，另外基於MBD模型可以實現產品的數字化檢測和三維工藝和製造，正真實現數字化製造。

MBD與傳統的二維圖紙標註相比，有著本質的區別，它解決了長期困擾的一個重大問題，即三維標註和模型一體的問題。三維標註和模型成為一體，不需要針對三維模型和二維圖之分別進行維護，三維模型和標註構成的產品數模可以直接進行模擬分析、工藝設計,公差分析、數字化檢測等應用。

5、MBD技術使得3D模型平民化

上游研發部門在三維軟體環境中創建的MBD模型，通過格式裝換，裝換為輕量化的3D模型，所謂輕量化是在保留三維模型基信息的基礎上，把原始CAD文件壓縮到十分之一或者更小的格式文件，並且通過通用的瀏覽軟體對三維模型、相關標註進行快速的查詢，藉助輕量化的三維模型，實現了三維模型的平民化，使得企業領導，市場人員、客戶等非專業的技術人員能夠充分利用三維模型中的相關數據進行溝通，交流。

MBD模型裝換為3D PDF后，下游部門只需要有一個PDF瀏覽器，就可以在三維環境下快速查詢MBD模型的數據。

6、MBD技術必將成為一種趨勢

MBD由航空發展起來，並在航空業得到廣泛傳播，並且快速的波及的其它製造行業。

美國的一家諮詢機構，Lifecycle Insights在2017年對463家企業做了一個調查，這463家企業分別來自於：32%來自航空和國防，24%來自汽車，22%來自高新技術和電子，還有20%來自醫療行業。通過調查發現，2014年大概6%的企業採用了MBD技術，而到2017年約24%的企業採用MBD技術，並且還有大部分企業也準備採用MBD技術。

基於這種趨勢和潮流，各大主流的軟體商業相應的根據相關標準更新了自己的軟體來適應市場的需求，比如西門子的UG、PTC的CREO，達索的CATIA和SOLIDWORKS軟體都增加了相應的三維標註模塊。

在波音公司的影響和要求下，的航空企業最早使用MBD技術，並且在航空工業行業中得到了廣泛的傳播。包括馬上就要首飛的國產大飛機C919也是採用MBD技術進行研製的，大大縮短了研發時間。另外的通用汽車，北汽、長安汽車、奇瑞以及觀致等企業行業也在採用MBD技術，一旦MBD技術在汽車行業得到廣泛傳播，那麼它必將波及和滲透到製造業各個行業。

MBD-基於模型的產品數字化定義

引領產品設計的第三代技術

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