模型數據完整性保證方法

姚新迎

摘 要：MBD（Model Based Definition）即基于模型的定義。MBD數據是最重要的產品描述數據，完整地表達了產品零部件的幾何信息和非幾何信息，反映了產品的制造要求。MBD模型的完整性是數據質量的基本要求，有效地保證了數據的可用性和易用性，提出了MBD模型數據規范化的方法。

關鍵詞：模型 數據 完整性

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）12（a）-00-02

1 MBD數據及其作用

MBD（Model Based Definition）即基于模型的定義，是將產品開發中零部件的幾何信息和非幾何信息通過一個集成模型來定義的方法，該模型除了包含幾何信息外，還包含了材料、公差、表面質量、熱表處理及技術要求等制造和檢驗所需要的工程信息以及相關的管理信息，完整地定義了產品零部件，可以作為后續產品開發的唯一數據源。MBD模型將以往的三維模型和二維工程圖中的信息納入一個集成模型之中，使得產品信息的各組成要素聯系更加緊密，使用和管理更加方便，容易保證單一產品數據源實現。

2 MBD數據完整性的意義

MBD數據作為產品零部件設計最主要的數據，是設計審查、工藝規劃、制造檢驗和使用維護的依據，在產品開發中發揮重要作用，會貫穿產品的整個生命周期，并作為產品知識的載體進行存檔。MBD數據的規范性，可以確保產品開發不同階段、不同專業、不同部門的使用人員能夠準確無誤和方便快捷地獲得所需的信息，不需要二次輸入和加工處理就可以直接使用。MBD數據的完整性是數據可用性和易用性的基礎和前提，也是數據質量的有效保證。

MBD數據的完整性，有助于避免數據的不一致性和使用差錯，提高數據的使用效率，簡化數據管理過程，在產品開發中具有重要意義。

3 MBD數據完整定義

從傳統的產品數據集定義進化到基于模型的定義體系，核心的轉變是原來的二維工程圖和零件表定義與應用完全被MBD數據集所替代。MBD數據完整性，是指MBD模型中包含了后續環節使用所需的所有信息要素，是一個定義完備的模型，不會因為數據不完整而產生歧義。

3.1 幾何數據

MBD數據集定義的內容與傳統模式下定義的數據集有著很大的區別。一方面，MBD數據集定義中采用新的定義方式，將原本平面描述的信息定義在三維實體模型中；另一方面，由于MBD數據集內容和形式的變化，使得數據授權的方式也發生了相應的變化。

MBD幾何模型定義的原則和基本組成如下：（1）包含所有制造和檢驗所必須的產品數據。（2）產品對象以及所有相關的數據對象都以實例化的模型存在于數據集中，包含相關的副產品模型。（3）保證相互關聯的接口零件之間存在鏈接關系。（4）外部關聯模型必須與其副產品模型保持同步，以便在評審過程中獲取有效狀態下的MBD產品模型。（5）使用裝配約束或其他相關的關聯設計方法時，所有的MBD數據集實例必須擁有正確的有效性和恰當的存儲位置。

一個產品零件的MBD數據集是精確的三維實體模型，在一個特定的幾何數據集中關聯了產品的三維幾何信息、零件表信息以及描述一個產品所必須的尺寸、公差和注釋信息。

實現三維設計數據的完整性是一項系統工程，需要多方面人員的參與，需要從發放、生產、管理、質量、數據維護等多個角度出發，約束數字化定義過程及數字化定義的內容，才能保證產品數據相對研制過程是完整的，才能體現出產品對象的定義是面向產品全生命周期的。實現產品定義數據完整性需要遵循以下基本原則：（1）數據質量控制，包括產品描述的可靠性、幾何模型的簡潔性和明確性，以及不同階段模型之間關聯性等方面。產品描述的可靠性是指幾何模型正確完整地定義零部件生產需要的全部幾何特征，可以作為產品描述的其他輔助手段（物理模型、CAX模型、圖紙和其他圖形文件）數據生成的依據。幾何模型的簡潔性是指在不影響形狀和功能描述的前提下，使用盡可能少的幾何元素或使用簡化表達方式，減小模型的復雜度。幾何模型的明確性是指模型中不包含重復定義的元素、退化的元素或不符合規定的元素，模型劃分合理，數據量都不能太大。模型之間的關聯性是指在加工或裝配過程中具有順序邏輯關系的環節，對應各階段的模型之間保持了關聯一致性。（2）面向產品數據集成，即保留設計基準及設計中間狀態，并定義相關的標準轉換模型。設計基準主要包括定位基準和外形基準，設計基準既可以保證設計過程復現，又可以作為后續建模的依據。設計中間狀態模型可以作為制造和檢驗模型的基礎，在工藝和工裝設計中重用。對于無法在不同系統間直接使用或轉換的幾何模型，需要使用中間轉化模型，從而實現模型數據的傳遞，并通過數據測試保證數據的準確性和可追溯性。（3）面向生產應用，即定義加工裝配和檢驗過程所需的模型、提高數字化模型的重用性，并包含生產過程中需要描述的特性。該原則要求設計過程中不但定義零部件的最終幾何構型，而且定義加工、裝配和檢驗過程中所需的三維工藝模型，該環節可通過與制造部門的協同工作來實現。這樣不但簡化了設計和制造之間的協調過程，而且工裝設計可以重用工藝模型的幾何元素和相關信息，提高了建模效率。

3.2 非幾何數據

特征樹采用分類集合的方法，將產品相關的信息分類組織，替代了傳統意義的層表和層表過濾器。通過在特征樹上的選取，則可以快速獲得相關的產品定義信息。特征樹中的信息具有以下特性：（1）外部參考特性，即模型中的幾何元素可以關聯到其父產品實例的幾何元素。（2）外部參數特性，即模型中參數可以與外部的數據或文本建立關聯關系。（3）全局發布特性，即模型可以用于下游的加工、裝配、檢驗及工裝等各個環節。

產品數據集中特征樹主要包括以下內容：（1）基本幾何信息，包括零部件的基準元素、最終實體模型、建模過程中的中間狀態模型以及工藝結構等一系列產品幾何特征，是MBD數據集的核心。（2）尺寸、公差和表面粗糙度信息，屬于描述產品制造特征的工程數據，直接通過CAD軟件的公差和標注功能定義在MBD集成模型上。（3）數據定義信息，包括工程內容概述、裝配說明、安裝要求、完整性要求、尺寸公差標注遵循的標準、尺寸單位、數字化定義標準以及數據集模型尺寸比例等。（4）制造工藝信息，零部件制造過程中的加工處理信息，包括如加工、成形、熱表處理、最終處理和標記的需求和狀態等信息。（5）材料信息，包括原材料（或半成品）的材料牌號、規格、尺寸、重要參數、紋理方向和性能要求等信息。（6）連接和密封信息，包括用于裝配連接的孔幾何特征描述，以及連接方法和密封要求等。（7）管理信息，包括版本、單位、授權、標記和產品數據管理系統的控制策略等信息。（8）視圖信息，包括視圖說明和局部視圖定義等信息，便于生產人員快速獲取零部件的制造和裝配信息。

4 結語

MBD技術為產品制造帶來管理上和效率上的飛躍。MBD模型數據的完整性，使得在后續各個生產環節中，無須人工閱讀圖紙和理解設計要求，再經人工操作輸入信息，數據流在研制全過程中不再中斷，減少了人工干預和出錯幾率，方便了計算機對數據的管理，提高了信息傳遞的效率。

參考文獻

[1] 范玉青，梅中義，陶劍.大型飛機數字化制造工程[M].北京：航空工業出版社，2011.

[2] 任啟振，葛建兵，陳才.MBD數據集的數字化定義[J].航空科學技術，2012（5）：63-65.

[3] 吳軍，胡其登.三維模型定義（MBD）發展動態[J].CAD/CAM與制造業信息化，2015（3）：47-51.