学文网MBD技术是一种全新的数字化产品定义技术，它通过MBD定义软件与企业数字化软件环境相集成，实现了基于单一数据源的产品设计制造过程。本文给出了MBD技术应用过程中关键技术及标准化的内容，阐述了MBD技术应用要点。
基于模型定义（Model Based Definition，MBD）技术是波音公司在美国机械工程师协会颁布的数字产品定义规范（A***E Y14.41-2003）的基础上，结合自己的数字化制造经验扩充了飞机研制建模中所特有的应用需求，从而得出的一种全新的数字化定义技术。目前MBD技术是研究的热点问题，利用MBD技术能够实现基于三维模型来表达产品的设计制造等信息，颠覆了从3D到2D信息转换的传统传递模式，但MBD技术的应用仍需要对MBD技术的内涵及应用领域等方面做进一步研究。
一、MBD研究现状
随着“十五”、“十一五”制造业信息化技术与手段的不断发展与完善，我国机械制造业有95%以上的大、中型企业，开展了用计算机进行机械产品的三维建模，并已经完全替代或基本替代计算机二维设计制***和传统的手工设计制***方式。
目前，基于机械产品三维模型定义（MBD，Model -Based Definition）的设计（MBDD，Model Based Definition Design）、工艺（MBDP，Model Based Definition Process）与管理（MBDM，Model Based Definition Manage）等环节的研究正在机械制造业的工程机械、航空航天、石油化工、铁路交通、汽车、机床、船舶以及兵器等行业迅速而广泛地开展。
但目前，由于缺乏基于机械产品模型定义与管理方面的相关标准，这些生产企业还需要将三维数字化设计模型转化为二维工程***后，传递至生产车间进行后面的加工制造以及计算机管理等工作。由于各种三维CAD软件功能不一样，国产软件与国外软件之间的差异，以及数字化三维设计与文件管理方面没有标准，造成了在产品的三维数字化设计模型转化为二维工程***时，结构信息不一致等现象，更严重的甚至会造成结构信息丢失的后果。现在的生产企业还需要花较大的精力在转化后的二维工程***上进行大量而繁重的修补工作，有的甚至重新绘制，来完成二维工程***。这给企业带来了很大的麻烦和严重的重复劳动，并造成了较大的时间和经济上的浪费。
MBD技术是指在产品的数字化定义过程中，通过在三维模型上定义尺寸标注、公差要求、表面结构要求、基准要求、加工制造要求和技术要求等非几何信息，实现产品信息的清晰有效表达，满足以三维模型为驱动的下游数字化制造与检验信息的获取。近年来，基于模型的定义技术发展迅速，其将三维产品制造信息和三维设计信息共同定义到产品的三维模型中，直接使用三维标注模型作为制造依据，使工程技术人员从二维文化中***出来。
相对于二维CAD环境中的标注，三维标注更直观，无须严苛的训练，工程师、车间工人和管理人员都容易理解。可以说三维标注的国际标准出台以后，为机械制造业摆脱***样提供了可能性。
为了满足日益增长的在三维模型上直接标注的需求，以取代在二维绘***中的标注，并规范国内制造业企业在应用过程中的对尺寸、公差、注释、文本和符号等方面的规范性需求，由中机生产力促进中心牵头，结合相关组织、国内知名企业和软件公司的共同努力，于2009年了《GB/T 24734-2009技术产品文件数字化产品定义数据通则》11项国家标准。
该系列标准提供了一种2D工程***以外的3D工程信息表达方法，产品设计的所有设计信息均基于三维模型进行标注，三维模型和工程***一起作为信息载体，二维***在三维标注模型基础上投影产生，并保持关联关系。
该系列标准构成了后续机械产品数字化设计与制造标准的基础，填补了我国制造业三维数字化产品定义标准的空白，统一了数字化产品定义的工程语言，规范了技术实施途径，大力提升了我国装备制造业的自主创新能力。
二、MBD关键技术
1.信息表达形式
产品信息种类多样，主要包括尺寸工具（尺寸标注、尺寸公差和尺寸修饰）、文本工具（文本注释和技术要求标注）、基准符号、表面结构、几何公差、技术要求、焊接工艺、加工制造和定制符号等功能。此类信息中的某些信息在二维工程***上表达的信息形式已经有标准规定，如《GB/T10609 技术制***系列标准》、《GB/T4458 机械制***系列标准》、《GB/T324-2008焊缝符号表示法》、《GB/T131―2006产品几何量技术规范（GPS）技术产品文件中表面结构的表示法》和《GB/T1182-2008产品几何技术规范（GPS）几何公差形状、方向、位置和跳动公差标注》等。
基于三维模型表达此类信息是通过“符号+文本”的形式来表达，符号的构建参照已有的标准，对于某些加工制造信息的表达，尚未形成信息表达形式的统一规范，企业可根据研究成果，经与各企业专家讨论后，将其研究成果进行标准化，而后进行推广。
如对于基于三维模型的机械加工工艺信息的表达，中国电科38所采用了“工艺信息框格”的形式来表达，将机械加工过程中加工设备类型、设备数量、加工方法、刀具参数和加工参数等信息进行符号化，利用符号来描述加工过程中的加工状态。对于工艺符号、代号及标识方法，目前已有部分的国家标准和行业标准对工艺符号进行了规范化标识，如GB/T 3167-1993《金属切削机床操作指示形象化符号》，但对于加工参数和刀具参数的表示法则需要形成标准的规范。
2.信息三维标注
目前，产品信息三维标注可参照的标准为《GB/T 24734-2009 技术产品文件 数字化产品定义数据通则》的11项国家标准，其对尺寸、公差、注释、文本和符号等标注规则进行了详细规定，包括标注平面、关联性和辅助几何表达等。
很多商业化软件都开发了软件自带的三维标注模块，主要包括了尺寸标注、尺寸公差标注（轴公差标注、孔公差标注和常用公差标注）、基准符号标注、几何公差标注（形位公差标注）、表面结构标注、倒角标注、螺纹标注、尺寸标注修饰、技术要求标注和文本注释标注等模块。
这些信息的标注可直接参考有关国家标准《GB/T 24734-2009 技术产品文件 数字化产品定义数据通则》，但对于某些加工工艺信息，不能直接套用国家标准进行信息的三维标注，需要对此类信息的表达制定相应标准。如对于机械加工工艺信息的表达，中国电科38所对基于MBD的产品信息三维标注方法做了相应的研究工作，提出了三维信息表达公式，并对辅助几何元素的表达和颜色的使用做出了规定，除此之外，还规定了标注的锚点属性，如***2所示。
3.标注信息管理
标注在三维模型上的各类信息种类多、信息量大，全部显示在三维模型上，势必造成模型上标注信息相互重叠遮挡，形成“刺猬现象”，影响信息的可读性。在对信息进行三维标注时，应选择合适的标注平面来放置标注的信息，并能实现标注排列方向的变更。此功能根据不同注释方向，创建多种视***和与视***关联的层，将标注的信息进行“分视***、分层级”的显示管理，可以方便地对尺寸显示按照特定的分组来实现控制，主要有全部显示、全部隐藏、按照层和按照标注类型等5种分组来实现三维标注信息的多视***查询过滤显示。
除上述之外，标注信息的管理应提供快捷的编辑方法，包括注释方向变更、排列方式调整和属性拷贝等。对于文字类、尺寸类和符号类的三维标注，其显示有方向性，应当具有快速变更文本或者尺寸方向的功能，而无需重新定义标注平面和标注方向。同类信息或同视***层级的属性样式要统一，如字体大小、字体类型等。对于三维标注应当具有属性样式批量设置，以及拷贝目标格式的功能。在构建三维标注时，可不考虑与其他标注的排列位置，待完成所有三维标注的构建时，再进行全局三维标注的显示整理和位置的排列。三维标注应当具有快速排列对齐的功能。如尺寸线对齐等。
标注信息的管理还包括成组管理，包括物理成组和逻辑成组。物理成组是指三维标注在空间位置上的组合，将要创建的标注附属到一个存在的标注上，或者将多个标注聚集成一个组；逻辑成组是指为了快速查找和方便传递，将完整表达某一对象的数字化定义信息进行组合。
4.标注信息提取
标注在三维模型上的信息为结构化信息，其中有些直接从设计模型获取，如尺寸。有些在标注时手动生成，如基准、公差和表面结构等。还有些是从企业数据库中读取而来，如加工方法中涉及的设备、刀具等信息。对这些信息进行结构化管理，可实现信息的快速检索、查询。
基于三维模型表达的产品制造信息（product manufactureinformation，PMI）接受对象包括设计及制造人员和数字化设备。设计及制造人员需要在理解三维模型上标注的信息后，开展设计及制造活动，而对于数字化设备而言，如NC加工设备、检验设备等，需要将三维模型上标注的信息进行解析提取，转换成设备可识别的信息，以驱动加工制造及检验过程。
MBD技术的应用给实施数字化制造和检验带来了极大方便，工艺人员和检验人员可以利用信息化手段直接从MBD模型上提取制造、检验数据，方便地进行工艺仿真、数控加工和数控检测，但MBD数据的提取与使用规范标准欠缺，有必要根据MBD数据的特点，对数据提取方面的标准进行明确规定。标注信息提取如***3所示。
三、MBD应用要点
1.数字化环境建设
MBD技术的发展为打通三维数字化设计与制造的数据链提供了技术支撑、促进了国家“甩***纸”工程推进。许多企业提出“三维模型下车间”的口号，给传统的生产制造模式带来很大的冲击，对数字化设计环境的建立提出了较高的要求。
MBD技术需要软件基础环境、数据库平台、网络信息环境及信息安全体系等方面的支撑，主要包括CAD软件、CAE、CAPP、PDM、CAM、MES和ERP等软件。
MBD技术在应用过程中或多或少地需要与这些软件进行数据的传递和存储。因此，MBD技术的全面应用需要建设一条完整的数字化设计与制造通道。
2.标准体系建设
数字化产品定义方面已有《GB/T 24734-2009 技术产品文件数字化产品定义数据通则》系列标准，但企业在实际实施MBD过程中，必须根据企业流程和环境制定相关的标准来完善MBD应用过程中的标准体系。
如利用MBD技术表达机械加工工艺信息时，中国电科38所制定了《机械加工工艺参数表示法》、《机械加工工艺方法***形符号》和《机械加工工艺信息三维标注规范》三项企业标准。
其中，《机械加工工艺参数表示法》规定了常用机械加工方法及相关刀具的工艺参数符号，适用于在二维***样和三维模型上机械加工工艺参数的标注。《机械加工工艺方法***形符号》规定了机械加工常用工艺方法及相关刀具的***形符号，适用于在二维***样和三维模型上机械加工工艺方法及相关刀具***形符号的标注。《机械加工工艺信息三维标注规范》规定了常用机械加工工艺信息的三维标注要求，适用于在三维CAD模型上表达机械加工工艺信息。
除此之外，还有很多MBD技术标准体系中的空白需要填补，如《MBD数据管理标准》、《MBD三维数字化工艺设计标准》和《MBD数字化设计及制造标准》等。
3.辅助工具开发
MBD技术的应用途径主要是通过在设计阶段完成三维模型构建及标注，在制造阶段完成三维工序模型构建及标注，在PDM系统中完成模型的数据管理和设计流程的触发，从而使得设计制造具有单一数据源。
为了使设计师方便地开展MBD数字化定义工作，需要对企业MBD设计制造软件进行二次开发，将标准中的规定固化在软件程序中。
二次开发的内容主要包括：各类PMI信息标注模块、与PDM系统集成、PMI信息提取和工序模型构建等。
四、结语
MBD技术改变了传统的产品定义模式，实现了基于单一数据源的数字化设计制造过程，其在应用过程中需要构建MBD技术标准体系和应用路线***，积极制定各类MBD技术标准以填补在应用过程中的标准空白，并将标准的规则固化在MBD软件的开发过程中，从而大力推进MBD技术的实践应用进程。
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