基于MBD的三維信息分層式管理系統研究

高妮萍

(陜西國防工業職業技術學院 機械工程學院，陜西 西安 710300)

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基于MBD的三維信息分層式管理系統研究

高妮萍

(陜西國防工業職業技術學院 機械工程學院，陜西 西安 710300)

分層式產品信息管理作為MBD技術的核心部分，對產品進行完整的數字化信息定義起重要作用。該項技術是波音公司在原有技術基礎上充分融合研制飛機時所使用的數字化制造技術，產生的新一代分層式數字化模型定義技術。要求分層式的產品信息和數據庫互聯，生成產品邏輯上完整統一描述，在當前不完善的MBD基礎上，使用XML標記語言的組織內容集成方式，來擴展MBD技術的信息內容，實現了MBD三維模型在分層式環境下全面的數據管理，并利用數據庫技術和NX軟件，設計開發分層式基于MBD的信息數據定義與管理系統。將MBD技術應用于三維標注系統，對三維模型實現了全面的數字化定義。

MBD技術；設計信息；軟件開發

1　MBD信息采集

機械產品從設計到制造過程中的信息管理，一直是先進技術制造研究的重要內容。國內外(如波音公司等)已經有許多企業開始研究與應用MBD技術。隨著先進制造技術的發展，數字化機械制造產品信息的定義成為研究的方向，這就使得基于模型定義MBD的技術逐漸成為數字化先進制造方向的重要領域[1]。對產品設計信息在傳遞到應用的過程中采用分層式的組織管理方法，可實現產品從設計部門到制造部門信息的一系列傳遞和應用過程的準確性、完整性與快速性。目前，大多數項目的研究和制造過程還是以傳統的二維圖樣為主，把數字化的三維模型作為補充信息，這種方法的缺點是中間所有的數據信息在傳遞和存儲的過程中花費比較高，沒有完整的數據組織系統，產品信息的有效使用率低下[2]。空客A320和波音737—NX飛機在設計中采用新的設計方法、先進的生產技術和信息管理技術，創新點在于大范圍使用數字化的三維模型，而把紙質的二維圖作為制造過程中補充信息的方法。波音公司在787項目中，完全使用了先進的MBD技術[3]。

本文將在分層式環境下，針對MBD設計信息的特點，通過XML標記語言結合數據庫管理系統，實現分層式產品信息的集成過程的組織與管理。

分層式三維模型產品信息包括產品從設計、制造、工藝、檢驗、過程管理、屬性、注釋和實體模型等各方面的信息及在信息的傳遞與應用過程中的組織與管理[4-5]。MBD技術主要是將三維模型的數據信息進行定義，但是不包括產品數據信息的過程管理過程。圖1所示為補充后的三維模型MBD數據結構。

圖1　MBD零件模型

由圖1可知，MBD零部件模型包括制造工藝、三維注釋、設計模型、屬性及過程信息以及裝配工藝等，建立數學模型如下：

2　基于MBD設計信息的制造模型

MBD設計信息的制造模型包括狀態層、特征層、元素層和數據層，具體如圖2所示。

圖2　MBD制造模型

3　分層式模型信息管理系統

分層式模型信息管理系統將MBD模型信息進行系統劃分、層級組織與管理，主要采用XML標記語言格式的數據轉換，集成整個產品信息[6]。在MBD技術的基礎上，進行三維標注系統的設計，主要包括工藝信息中的公差標注，屬性信息中的注釋部分標注，過程信息中的原料使用、價格、完成進度和存在問題等方面進行注釋。

分層式MBD信息補充是將補充的集成產品數據信息以XML格式儲存，以實現三維模型MBD數據集成[7]。MBD零件模型數據集成流程圖如圖3所示，具體步驟如下。

1)用戶界面設計。用戶需要MBD模型編號檢索三維模型數據信息。

2)判斷檢索數據是否與模型信息一致。正確繼續向下進行，錯誤返回第1步。

3)將數據信息轉換為XML文檔格式并存儲，不同模塊數據信息需加以區分，分成設計部分、工藝部分和制造過程部分等。

4)通過NX軟件的二次開發工具API函數，實現對三維模型初始化。建立MBD模型各部分數據類及數據信息位置，方便數據信息寫入三維模型。

5)數據信息的寫入。將不同模塊、不同層級的全部數據信息寫入MBD三維模型中，實現不同層級三維模型數據信息完整化集成。

圖3　MBD數據集成流程圖

分層式模型信息管理系統原理圖如圖4所示。本文利用NX/open、NX/OpenAPI、NX/OpenMenuScript和VisualC對NX系統進行二次開發。利用數據庫對原有的MBD模型信息進行補充，添加過程信息、屬性信息及部分工藝信息[8-9]。根據模型不同，需要添加不同模塊層級的信息，并將補充的集成產品數據信息以XML格式儲存于三維模型中，將產品數據信息進行分層式組織管理。

圖4　分層式模型信息管理系統原理圖

4　結語

本文主要對MBD模型信息進行分層式管理，對產品進行數字化定義，保證信息的完整全面性，通過建立產品信息的數學模型，對MBD模型信息進行補充，將數據集通過XML格式進行轉換，實現MBD模型數據信息集成，在NX環境下結合API開發軟件，實現產品信息的分層式管理系統。從零件三維模型設計到產品的加工整個過程，三維模型信息實現分層式系統管理。該系統主要有產品模型設計、工藝設計和零件裝配等內容，進行分層式管理與組織。

[1] 楊濤. 基于模型定義的飛機全三維設計實現技術[J].航空制造技術, 2013(8):26-31.

[2] 李婷婷，劉俊堂，張永輝.MBD技術在大飛機研制中的應用[J]. 航空制造技術，2014(17)：88-92.

[3]AlemanniM,DestefanisF,VezzettiE.Model-baseddefinitiondesignintheproductlifecyclemanagementscenario[J].InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology, 2011, 52(1/2/3/4):1-14.

[4]ASME.Y14.5-2009Dimensioningandtolerancing:Engineeringdrawingandrelateddocumentationpractices[S].NewYork:ASMEPress, 2009.

[5] 田福軍，田錫天，李洲洋，等.基于輕量化模型的CAD/CAPP系統集成技術研究[J]. 計算機集成制造系統，2010, 16(3)：521-526.

[6] 陳興玉，張紅旗，陳帝江，等. 復雜機電產品全三維工藝設計方法[J].雷達科學與技術，2010(5)：474-479.

[7] 馮延延，金霞，王珉，等. 基于MBD的飛機裝配工藝模型設計[J].飛機裝配技術，2010(24)：95-98.

[8] 周秋忠，范玉青.MBD技術在飛機制造中的應用[J]. 航空維修與工程，2008(3)：55-57.

[9] 潘康華，陸江峰，邵蘭英.MBD技術的發展歷程與展望[J].機械工業標準化與質量，2013(2)：15-17.

責任編輯鄭練

Research on Three Dimensional Information Management System based on MBD

GAO Niping

(School of Mechanical Engineering, Shaanxi Institute of Technology, Xi’an 710300, China)

A hierarchical product information management which as a core part of MBD technology plays an important role in completing the definition of digital information products. It is a digital manufacturing technology based on the original technology fully integrating of the development of aircraft of Boeing company, and it’s also the new generation of layered model definition digital technology. It requests hierarchical product information and database connecting, and generates the integrated product description logically. On the basis of the current imperfect MBD, the organizational content integration method uses XML markup language , use it to expand the information content of MBD technology, implementing the MBD three-dimensional model in layered environment of data management comprehensively, and use the database technology and NX software to design and develop a hierarchical based on MBD. The MBD technology is applied to the 3D marking system, and define the 3D model in the aspect of digitizing completely.

MBD technology, design information, software development

TP 391.7

A

高妮萍(1989-)，女，碩士研究生，主要從事數字化集成等方面的研究。

2015-12-08