MBD三維模型在導彈產品研制中的實施應用

中國空空導彈研究院□李 冉

1 概述

近年來，隨著用戶需求的快速增長、我院工程能力的持續提升，多型號研制、多型號批產、多批次交付的局面成為我院發展的“新常態”，只有朝著先進制造方向發展，才能適應目前的形勢。在早期的二維系統應用階段，各型號使用二維工程圖來表達產品圖形文件，而先進制造技術的核心是三維數據模型，所以既要考慮三維數據模型，更要充分有效地利用早期的設計成果。

2 優勢

二維工程圖是工程界通用的技術語言，其幾何信息完整、標注方便，便于制造加工及材料信息的標注，而且可以包含在三維設計中所不能包含的加工制造等信息，它在表達產品設計思想、編制工藝流程與技術交流等方面發揮著重要作用。而利用三維產品的幾何數據可以生成具有高度真實感的圖形，從而利于設計決策，同時使用三維實體也有助于與不熟悉平面圖、斷面圖及基本視圖的人交流設計思想，實現二維、三維關聯繪圖，自動生成二維工程圖。

此外，三維實體不僅具有完整的幾何、拓撲信息，而且操作、修改也直接明了，便于物體的物性計算分析，如有限元分析處理和機構裝配干涉檢查等，做到真正的“無紙化設計制造”。產品三維模型一般包括零件模型、裝配件模型。由標注、設計模型、屬性組成，詳見圖1。

圖1 模型組成

通過建立MBD三維模型（圖2）全面實施和應用數字化設計與制造，為并行工程的實施創造了條件，大大減少了工程更改和返工，節省了大量工裝模具和生產準備時間，實現了研發的低成本、高效率，為提升產品質量、改變傳統研制方法提供了非常有效的途徑。

圖2 MBD三維實體模型

3 實施應用

（1）制定MBD設計的標準規范體系

目前，我院導彈產品從二維發圖的研制模式提升到了全三維數字化設計和協同制造，正向著在三維模型上實現全數字化產品定義的目標努力，即采用MBD（model based definition，全數字化產品定義）技術。

在運行實施過程中，MBD標準與規范是MBD應用的基礎，是實現三維數字化產品定義的前提，為形成三維數字化技術體系提供有利保障。設計人員必須依據MBD標準與規范體系，建立符合要求的三維數字化產品。

針對MBD產品設計過程中出現的流程問題制定規范性指導文件，對MBD的設計模型、三維標注、模型檢查等方面進行詳細規范，見表1。

表1 標準規范體系

（2）統一設計初始化環境

MBD標準化環境設置是MBD設計的基礎，是用集成的三維實體模型來完整表達產品信息，詳細規定三維實體模型中產品定義、公差的標準規則和工藝信息的表達方式，從而把三維實體模型作為生產制造過程中的唯一依據。針對存在設計環境不統一、版本更新不及時、有標準不執行及如何遵循標準等方面的問題，統一對MBD設計環境初始化的開發提供程序化的集成管理。

（3）數據的唯一性

為了保證數據的唯一性，在當前制造模式下，全面采用全三維模型取代原有的二維工程圖，并在定型階段的產品生產預投開始，不僅將三維制造信息而且還將三維設計信息共同定義到產品的三維數字化模型中，實現基于全三維模型的電子發放，以全三維模型作為唯一依據，實現設計、工藝、制造、檢測的單一數據源。

對于部分由于外協需要而二維圖樣和MBD三維模型并存的，采取通過更改單對二維和三維同時更改，保證模型和二維工程圖表達的一致性。

目前，我院某些型號已基本實現了MBD三維模型和二維圖同時歸檔，甚至有些型號的三維模型直接用于研制生產環節，不需要再轉化為二維圖樣。

（4）MBD三維模型檢查工具

MBD三維模型檢查工具根據標準規范及個性化需求定制驗證規則，通過檢查發現產品數據文件中存在的問題，幫助設計師提高產品設計的質量和效率，通過與NX的無縫集成，實現單個文件的交互式檢查和多個文件的批處理檢查，檢查結果可以通過可視化的方式輸出。

（5）審簽更改

型號文件從設計師手中上傳到PDM系統，連接到相應型號的產品結構，組織設計、工藝、標準化、檔案等人員對MBD三維模型完整性、規范性進行評審，并完成審簽環節。其中，歸檔過程、更改流程也同樣在PDM系統進行。

其次，標注完整的二維圖作為設計文件發放到生產現場，三維模型作為生產的參考用圖，外購件和標準件按照一定的規則命名，申碼和建立三維模型納入物資基礎庫，設計師可從物資基礎庫選擇并完成三維裝配。

對于裝配件模型，在PDM流程中對其審查時應同步審查其單層EBOM的準確性，模型審查一旦提交通過，系統會自動默認其EBOM也經過了審查。若EBOM發生更改或形狀尺寸等發生更改時，均視作模型發生了更改，版本會整體綁定升級。

4 建議

在產品全壽命周期數字化定義的階段，每個階段的產品數據和信息存在相應的繼承性和差異性，而不僅僅只是簡單地將二維圖樣的信息反映到三維模型中去，而是要充分利用三維模型所具備的表現力，去探索便于客戶理解、更具效率的設計信息表達方式。在產品結構構建時也要考慮產品系列型譜的發展，最大程度地模塊化，提高研制效率。