mbd工程化范圍

MBD技術要進行工程化的應用至少要包含以下幾大部分內容：MBD數(shù)據(jù)的完整性、MBD模型的共享、面向制造的設計和設計與工藝的協(xié)同。

其中各部分的含義和重要性如下：

1) MBD數(shù)據(jù)的完整性

MBD（Model Based Definition），即基于模型的工程定義，是一個用集成的三維實體模型來完整表達產品定義信息的方法體，它詳細規(guī)定了三維實體模型中產品尺寸、公差的標注規(guī)則和工藝信息的表達方法。MBD改變了傳統(tǒng)由二維工程圖紙來描述幾何形狀信息，而用三維實體模型來定義尺寸、公差和工藝信息的分步產品數(shù)字化定義方法。同時，MBD使三維實體模型作為生產制造過程中的唯一依據(jù)，改變了傳統(tǒng)以工程圖紙為主，而以三維實體模型為輔的制造方法。

三維實體模型在MBD技術中是作為唯一制造依據(jù)的標準載體，利用這個載體進行加工制造，首先就要保證這個載體所負載信息的完整性，這些信息包括模型本身的屬性信息和三維標注的相關信息。

三維實體模型的屬性信息包括但不限于以下內容：單位制、材料、公差標準、精度、參數(shù)完整性、三維標注完整性。由于MBD技術的特殊性，這些三維模型的屬性信息必須準確，才能確保最終加工的產品為合格的產品。傳統(tǒng)的方法是通過統(tǒng)一設置零件的模板來保證其單位制、材料、公差標注、精度等屬性的一致性，但是這種方法只能確保模型中附帶相應的參數(shù)，對于參數(shù)的值的填寫與否或填寫的值準確與否則沒有相應工具進行保障，只能通過人工檢查的方式進行MBD模型下發(fā)前的檢查，效率和準確率都較低。

對于三維標注而言，傳統(tǒng)的三維軟件（如PTC公司的Pro/E和Creo系列產品）也只提供簡單的標注工具，標注的效率較低，同時也無法確保標注信息的完整性，容易造成后續(xù)加工制造環(huán)節(jié)的失誤。

MBD數(shù)據(jù)的完整性直接影響到后續(xù)加工制造的準確性，對整個MBD工程化應用至關重要。

2) MBD模型的共享

三維標注的實體模型作為唯一的設計數(shù)據(jù)指導生產和制造，其模型將在不同的部門之間實現(xiàn)共享和共用。這些模型的建模方法和建模規(guī)范是否標準直接影響到后續(xù)部門的模型重用。

三維標注的準確性也是影響MBD模型共享的重要因素，三維標注作為基于模型的標注方式，也支持真尺寸和假尺寸兩種標注方式，在某些情況下，設計師為了保證設計任務的按時完成，可能會采用假尺寸的標注方式進行尺寸的標注，從而減少修改三維模型的工作量，但是由于MBD模型的特殊性，其三維標注的模型會直接作為加工制造的數(shù)據(jù)來源，所以假尺寸就意味著無法表達真實的三維模型結構，從而造成生產事故，影響產品交付。

MBD技術的工程化應用任重道遠，其用標注的三維模型作為指導生產加工的唯一數(shù)據(jù)，取代二維工程圖是必然的趨勢，就如同當年的甩圖板工程用AutoCAD替代了用圖板和鉛筆繪圖一樣。但是任何事物都有它的發(fā)展過程，MBD技術在工程化應用階段，不可避免的要采用兩條腿走路的方式，即條件成熟的適合MBD方式下發(fā)的模型利用MBD技術進行標注和下發(fā)，對于某些條件不具備的模型（如某些鈑金件需要展開圖等）或加工企業(yè)（如沒有數(shù)控機床等）依然采用二維工程圖的方式進行生產加工。

3) 面向制造的設計

MBD技術關注的重點就是設計和制造采用唯一的三維模型作為數(shù)據(jù)源。在傳統(tǒng)的設計模式下，設計師的關注點都在三維模型的結構是否符合產品綜合性能要求，如結構能否滿足強度要求、重量要求等等；在設計師的工作中，一般情況很少考慮三維模型的可制造性，即所設計的三維模型的結構能否滿足加工設備、加工刀具等等方法的要求。一般情況下，這些問題都是要等到三維模型通過一系列的審批程序發(fā)放到制造部門時才暴露出來，再由制造部門的人通過相應的反饋手續(xù)提出修改意見，由設計師進行更改。這些工作無形中增加了整個產品的交付周期，降低了設計效率。所以在MBD工程化應用中，必須考慮到三維模型的可制造性檢查，并使設計師在設計階段得到相應的改進意見。

4) 設計與工藝的協(xié)同

MBD的工程化應用還需要關注設計與工藝的協(xié)同，才能最大程度的提高協(xié)作效率。

MBD設計模型下發(fā)到制造部門后，通常情況下都會有或多或少的設計變更，在二維圖紙指導生產的情況下，一般發(fā)生變更后都是通過下發(fā)變更單或在二維圖紙上直接標注變更位置的方式通知制造部門進行變更。應用MBD技術后，設計部門變更后的模型通常直接交付給制造部門，缺少對應的手段和工具告知變更的位置和內容，造成制造部門需要自行查找變更部位，并執(zhí)行變更，效率較低。

MBD技術要求三維模型作為唯一的數(shù)據(jù)源下發(fā)到制造部門，對于制造部門來說，就需要有能力打開并處理這些模型，包括瀏覽三維標注的信息，查看模型的結構特征等等。一般情況下需要在制造部門的加工設備上配備相應的顯示終端和軟件，如服務于加工設備的現(xiàn)場計算機及相應MBD三維模型瀏覽軟件，由于三維模型本身對計算機的要求都相對較高，這些無形之間加大了制造部門的軟硬件投入。MBD的工程化應用需要有輕量化模型的解決方案來減少MBD技術的成本投入。

同時，MBD技術只重點解決了單個零件的數(shù)據(jù)需要，對于裝配而言，僅有簡單的裝配尺寸和裝配精度的三維標注還遠遠不夠，需要有完整的支持MBD技術的三維裝配工藝做支撐，才能使MBD工程化應用得到真正的推廣。

基于以上MBD工程化應用的各項需求，需要有配套的工具輔助完成以下工作，包括：MBD數(shù)據(jù)的完整性、MBD模型的共享、面向制造的設計和設計與工藝的協(xié)同。

2013年以來市面上可以使用的工具如下：

1) SmartDoctor 模型管家

SmartDoctor模型管家：基于Pro/E或UG進行二次開發(fā)的軟件，可以對模型進行屬性檢查、建模規(guī)范性檢查、模型可制造性檢查、工程圖檢查和三維標注檢查。

SmartDoctor模型管家可以對模型的各種屬性進行檢查，包括模型名稱、單位、材料、精度、參數(shù)等等，并可以將參數(shù)等信息通過EXCEL進行導出后，在EXCEL中進行單個或批量的編輯，并將編輯后的EXCEL表中的各種信息重新導入進模型，實現(xiàn)模型各種屬性的批量更改，簡潔而高效。適用于MBD模型在下發(fā)到制造部門前的自行檢查和修復問題，防止有屬性問題的模型下發(fā)到制造部門造成制造失誤。

在建模規(guī)范性檢查方面，SmartDoctor融合了Pro/E等三維軟件對建模方面的各項要求，包括對修飾特征的處理方法、實體特征和非實體特征的處理方法、外部參考的使用等，并通過建模規(guī)范性的檢查，確保模型特征的創(chuàng)建思路和方法符合全流程的應用需求，即能夠盡可能的減少在生產制造環(huán)節(jié)產生不必要的麻煩。

SmartDoctor的模型可制造性檢查用于對設計模型的制造合理性和制造可行性進行檢查，確保設計模型能符合制造部門的生產設備和對應工裝刀具的要求，可以幫助設計師在模型設計階段就避免產生可制造性的問題，如采用了不合理的孔徑、不合理的深孔等。

SmartDoctor還具有對二維工程圖的規(guī)范性進行檢查，包括工程圖圖幅大小、圖紙比例、文本樣式等等，還可以對二維工程圖和三維標注中的假尺寸進行快速檢查，確保在MBD工程化應用環(huán)境中，所有的模型尺寸都是真實有效的。

2) SmartComparison模型對比

SmartComparison模型對比：基于Pro/E或UG進行二次開發(fā)的軟件，可以對不同版本的相同模型進行對比，對比的內容包括常規(guī)的屬性（修改時間、材料、單位等）、特征的變化（特征增加或減少）、特征尺寸的變化、裝配中零件的裝配關系和裝配數(shù)量的變化，并將這些對比內容以列表或文件的形式展現(xiàn)出來。

SmartComparison模型對比可以在制造部門接到設計部門的版本更新模型后，利用此工具快速查找更新的內容，并及時作出工藝層面的相應調整。

3) APDTools三維裝配工藝

APDTools三維裝配工藝：對于以MBD技術為核心的三維裝配而言，其三維模型的原始數(shù)據(jù)量通常比較龐大，大容量的數(shù)據(jù)對于計算機硬件的要求也相應很高，所以不適合用原始的Pro/E模型做三維裝配的動畫和工藝。APDTools是國內自主知識產權的三維輕量化裝配工藝系統(tǒng)，已經在我國的航天行業(yè)取得了廣泛的認可，基于Pro/E或UG的三維模型數(shù)據(jù)進行輕量化后，導入到APDTools三維裝配工藝系統(tǒng)內，即可進行三維裝配動畫和對應裝配工藝的創(chuàng)建，并支持聲音、文字和二維工藝卡片的添加和展示。由于采用了輕量化的數(shù)據(jù)處理方式，最大可以將三維模型的數(shù)據(jù)壓縮到原有數(shù)據(jù)容量的二十分之一，從而極大的方便了對應三維裝配動畫和三維裝配工藝的創(chuàng)建，為生產制造部門的裝配制造提供了全新的手段。

4) SmartDrawing敏捷標注

Pro/E敏捷標注：基于Pro/E二次開發(fā)的軟件，主要用于解決在Pro/E三維軟件下二維工程圖標注效率低的問題，可以方便快速的標注工程圖中的尺寸、公差、技術要求、粗糙度、焊接符號及其他一些常用符號等，為了方便MBD模型快速生成二維工程圖，還具備自動根據(jù)MBD的模型視圖生成帶三維標注尺寸的二維工程圖視圖的功能，用于對MBD模型需要同時提供二維工程圖的場景下非常有效。

5) Smart3Drawing敏捷三維標注

Smart3Drawing敏捷三維標注：基于Pro/E二次開發(fā)的軟件，用于改善Pro/E原有三維標注功能的不足，使三維標注更加快捷簡便，且所有的標注符合相應的國家標準。在此基礎上，還增加了很多原本Pro/E三維標注并不具備的功能，進一步提高MBD模型的標注效率。

MBD工程化應用是MBD技術推廣應用的重要階段，需要在這個階段摸索和解決的問題很多，以上所列的工具只是眾多工具和解決方案中的一部分，可以在MBD三維模型的全過程應用中更好的發(fā)揮它的作用和價值，減少設計部門和生產制造部門之間的交流溝通成本，真正讓三維標注模型滿足全流程的使用，最大程度的提高產品研發(fā)生產的效率，減少新產品上市時間，為企業(yè)創(chuàng)造更大的價值。2100433B

第1章 MBD技術起源及其應用 1

1.1 MBD技術起源及影響 1

1.1.1 產品定義的初級階段——工程制圖技術 1

1.1.2 數(shù)字化產品定義技術的發(fā)展歷程 4

1.1.3 MBD技術的推廣應用 7

1.1.4 MBD技術對復雜產品制造的影響 8

1.2 基于模型的數(shù)字化技術應用框架 9

1.2.1 MBD技術的應用流程 9

1.2.2 MBD技術總體應用框架 11

1.3 基于TC/UG的數(shù)字化技術解決方案 12

1.3.1 基于TC/UG的數(shù)字化管理平臺總體框架 12

1.3.2 基于TC/UG的三維工藝設計總體流程 14

1.3.3 三維工藝設計關鍵技術 15

第2章 基于模型的定義技術 20

2.1 MBD技術內涵 20

2.2 ASME標準對MBD模型定義簡介 22

2.2.1 非幾何信息表達 22

2.2.2 非幾何信息的管理 25

2.3 CATIA的三維標注功能 28

2.4 MBD模型非幾何信息在CATIA中的表達方法 29

2.4.1 標準說明 30

2.4.2 尺寸、公差及基準標注 31

2.4.3 工藝信息處理 32

2.4.4 材料描述說明 35

2.4.5 裝配連接信息定義 36

2.4.6 模型數(shù)據(jù)標記信息定義 42

2.5 MBD模型信息組織管理 43

2.5.1 結構特征樹的內容 43

2.5.2 相關設計數(shù)據(jù)的要求 44

2.5.3 標注信息操作管理 47

2.6 應用實例 51

2.6.1 機加件MBD模型 51

2.6.2 鈑金件MBD模型 53

2.6.3 復材件MBD模型 54

2.6.4 對稱件MBD模型 55

2.6.5 MBD安裝模型 56

第3章 基于模型的協(xié)同工藝設計技術 58

3.1 基于模型的工藝設計特點 58

3.1.1 工藝方案策劃 58

3.1.2 工藝設計過程仿真 59

3.2 復雜產品工藝數(shù)據(jù)的組織 59

3.2.1 裝配工藝工作特點 60

3.2.2 裝配工藝數(shù)據(jù)組織要求 61

3.2.3 以BOM為中心的工藝數(shù)據(jù)組織模式 62

3.2.4 基于BOP的裝配工藝數(shù)據(jù)組織模式 64

3.2.5 多級生產空間組織及工藝流程組織 68

3.3 并行協(xié)同設計流程 70

3.3.1 工藝設計流程 70

3.3.2 裝配工裝設計流程 71

3.4 產品結構調整(裝配單元劃分) 73

3.4.1 概述 73

3.4.2 裝配單元劃分工作模式 74

3.5 各層工藝流程設計 75

3.5.1 車間層流程設計 76

3.5.2 ACC層流程設計 76

3.5.3 POS層流程設計 79

3.5.4 JOB層流程設計 80

3.5.5 工藝流程設計的工作模式 81

3.6 確定產品交付技術狀態(tài)(中間件模型建立) 83

3.7 工裝技術條件(定位計劃)制定 86

3.7.1 工裝定位計劃 86

3.7.2 定位計劃設計的工作模式 86

3.8 裝配工藝數(shù)據(jù)類型 90

3.8.1 制造計劃 90

3.8.2 工藝流程圖與工藝圖解 91

3.8.3 操作與檢驗記錄 93

第4章 基于模型的裝配工藝設計仿真技術 96

4.1 裝配工藝仿真概述 96

4.1.1 數(shù)字化裝配工藝仿真的目的 96

4.1.2 數(shù)字化裝配工藝仿真的層次 97

4.2 裝配工藝仿真模型的數(shù)據(jù)關系 99

4.2.1 空間單元之間的物流關系 99

4.2.2 空間單元與資源的對應關系 102

4.2.3 多層裝配BOP工藝結構模型 102

4.3 基于模型的裝配工藝設計仿真方案 105

4.3.1 工藝設計技術的發(fā)展現(xiàn)狀 105

4.3.2 DELMIA數(shù)字化工藝設計平臺 106

4.3.3 DELMIA DPM的主要功能 111

4.3.4 裝配工藝過程設計仿真解決方案 113

4.3.5 基于DPM Assembly的裝配工藝設計仿真過程 115

4.4 裝配工藝數(shù)據(jù)現(xiàn)場無紙化應用 121

4.5 基于模型的輕量化應用技術 124

4.5.1 模型輕量化概述 124

4.5.2 輕量化技術的發(fā)展思路 125

4.5.3 輕量化技術的應用解決方案 127

第5章 基于模型的機加工藝設計技術 131

5.1 基于MBD的工藝設計系統(tǒng) 131

5.1.1 全三維工藝設計的原理 132

5.1.2 全三維工藝設計流程 133

5.1.3 全三維工藝設計系統(tǒng)的功能模型 134

5.1.4 全三維工藝設計系統(tǒng)的信息模型 136

5.1.5 全三維工藝設計系統(tǒng)的實現(xiàn) 137

5.2 參數(shù)化驅動的中差MBD模型生成與轉換 138

5.2.1 基于特征的三維參數(shù)化設計 139

5.2.2 設計尺寸與特征參數(shù)關系 140

5.2.3 尺寸之間的相互影響規(guī)律 141

5.2.4 中差生成與轉換流程 143

5.2.5 中差MBD模型的生成及轉換實例 144

5.3 基于混合圖與尺寸式的工序尺寸計算方法 148

5.3.1 零件加工工藝過程混合圖建立 149

5.3.2 尺寸表達 151

5.3.3 工藝尺寸式的建立及應用 152

5.3.4 工序尺寸式的建立 154

5.3.5 計算實例 156

5.4 工序MBD模型的參數(shù)化驅動生成方法 158

5.4.1 工序MBD模型生成技術研究現(xiàn)狀 158

5.4.2 工藝MBD模型與工序MBD模型 160

5.4.3 工序MBD模型的參數(shù)驅動生成過程 162

5.4.4 零件表面加工余量與特征參數(shù)的關系 163

5.4.5 加工余量的確定 165

5.4.6 工序MBD模型的驅動參數(shù)計算及其生成實例 167

5.5 三維工藝設計系統(tǒng)中機動時間自動計算的實現(xiàn) 172

5.5.1 機動時間計算概述 172

5.5.2 機動時間計算參數(shù) 173

5.5.3 計算參數(shù)數(shù)據(jù)的組織 175

5.5.4 結構幾何參數(shù)的確定與提取 176

5.5.5 機動時間計算模塊開發(fā) 177

5.6 通用工藝卡片格式定制技術 179

5.6.1 工藝卡片設計存在的問題 180

5.6.2 工藝卡片設計系統(tǒng)的功能 181

5.6.3 工藝卡片設計系統(tǒng)的實現(xiàn) 182

參考文獻 187

MBD是一種在三維數(shù)字化實體模型中完整表達產品所有設計信息的產品數(shù)字化定義技術。它完全替代了二維工程圖紙,使產品的設計方式發(fā)生了根本變化,并成為制造過程中的唯一依據(jù),引起了數(shù)字化設計制造技術的重大變革,真正開啟了三維數(shù)字化制造時代。

本書以MBD技術為主線,較系統(tǒng)地闡述了MBD模式下的產品數(shù)字化設計制造技術,內容包括MBD技術起源及其應用、基于模型的定義技術、基于模型的協(xié)同工藝設計技術、基于模型的裝配工藝設計仿真技術、基于模型的機加工藝設計技術,形成了較為完整的MBD數(shù)字化設計制造技術體系。

本書可作為從事數(shù)字化設計與制造技術相關的專業(yè)技術與管理人員的指導用書。

緒論

一、工科學生和工程化學

二、物質的層次

三、系統(tǒng)和環(huán)境

四、聚集狀態(tài)和相

五、物質的量及化學計算問題

思考和練習

第一章 物質結構

§1．1 電子運動狀態(tài)的描述

一、電子的運動特性

二、電子運動狀態(tài)的描述

思考和練習

§1．2 原子中的電子分布和元素周期律

一、元素的電子組態(tài)和原子的電子分布式

二、有效核電荷和同周期元素的金屬性強弱

三、元素的外層電子組態(tài)和周期表的分區(qū)、分族概述

思考和練習

§1．3 分子中的電子運動和化學鍵、分子間力

一、共價鍵的形成

二、共價鍵的類型和化學鍵的種類

三、雜化軌函和分子的空間構型

四、分子間力和氫鍵

思考和練習

§1．4 晶體結構及電子在其中的運動

一、晶體的幾何構型

二、晶體的類型和特征

三、判別和比較某些晶體物理特性的一般方法

四、能帶理論和導體、半導體、絕緣體

五、晶體及其結構

思考和練習

第二章 化學反應原理

§2．1 化學反應中的焓變△H

一、能量守恒和熱力學能變化

二、熱效應和焓變△H

三、熱效應的測量

四、標準摩爾焓變△H及其計算

五、熱力學能變化△U和焓變△H的關系及其近似解釋

思考和練習

§2．2 化學反應的方向和吉布斯函數(shù)變

一、化學反應自發(fā)性的討論

二、標準摩爾熵和標準摩爾熵變的計算

三、吉布斯函數(shù)變和298K時標準摩爾吉布斯函數(shù)變的計算

四、任意溫度和任意壓力下的吉布斯函數(shù)變

思考和練習

§2．3 化學反應中的平衡態(tài)及平衡常數(shù)

一、標準平衡常數(shù)和經驗平衡常數(shù)

二、平衡常數(shù)與溫度的關系

三、影響平斷常數(shù)和平衡移動的因素

四、平衡常數(shù)的應用

思考和練習

§2．4 化學反應中的動力學概述

一、化學反應速率及速率方程式

二、阿侖尼烏斯公式和活化能

三、增加反應速率的具體措施

四、鏈式反應

思考和練習

第三章 水溶液中的非氧化還原反應

§3．1 水溶液通性

一、純水的結構和性質

二、溶液的蒸氣壓、凝固點、沸點和滲透壓

三、物質在水中的溶解

思考和練習

§3．2 緩沖溶液和pH值

一、酸堿概念的擴展

二、酸堿的離解常數(shù)

三、同離子效應和緩沖溶液

四、pH值的測定

思考和練習

§3．3 難溶電解質的性質和應用

一、溶度積

二、溶度積和溶解度的關系

三、溶度積規(guī)則

四、溶度積規(guī)則應用舉例

思考和練習

§3．4 配位化合物的性質和應用

一、配位化合物的組成

二、配位鍵的形成條件

三、配位化合物的命名

四、配位化合物的離子平衡

五、配合平衡的轉化

六、配位化合物的應用實例

思考和練習

§3．5 表面活性劑的性質及其應用

一、表面張力、表面能和表面活性劑

二、表面活性劑的結構和分類

三、表面活性劑的作用和性質

四、表面活性劑的HLB值

思考和練習

第四章 電化學基礎

§4．1 氧化還原反應和原電池反應

一、氧化還原反應的能量變化

二、原電池的組成和電極反應式

三、電極電勢

四、能斯特方程式

五、電極電勢的應用

思考和練習

§4．2 化學電源

一、干電池

二、蓄電池

三、燃料電池

思考和練習

§4．3 金屬腐蝕的產生

一、化學腐蝕

二、電化學腐蝕及電極極化作用

三、析氫腐蝕

四、吸氧腐蝕

思考和練習

§4．4 金屬的腐蝕速率

……

第五章 材料中的化學問題

第六章 材料的保護和加工

教學參考

附表

元素周期表