模型數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)是最重要的產(chǎn)品描述數(shù)據(jù)，完整地表達(dá)了產(chǎn)品零部件的幾何信息和非幾何信息，反映了產(chǎn)品的制造要求。MBD模型的完整性是數(shù)據(jù)質(zhì)量的基本要求，有效地保證了數(shù)據(jù)的可用性和易用性，提出了MBD模型數(shù)據(jù)規(guī)范化的方法。

關(guān)鍵詞：模型 數(shù)據(jù) 完整性

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

1 MBD數(shù)據(jù)及其作用

MBD（Model Based Definition）即基于模型的定義，是將產(chǎn)品開發(fā)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(zhì)量、熱表處理及技術(shù)要求等制造和檢驗所需要的工程信息以及相關(guān)的管理信息，完整地定義了產(chǎn)品零部件，可以作為后續(xù)產(chǎn)品開發(fā)的唯一數(shù)據(jù)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(chǎn)品信息的各組成要素聯(lián)系更加緊密，使用和管理更加方便，容易保證單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源實(shí)現(xiàn)。

2 MBD數(shù)據(jù)完整性的意義

MBD數(shù)據(jù)作為產(chǎn)品零部件設(shè)計最主要的數(shù)據(jù)，是設(shè)計審查、工藝規(guī)劃、制造檢驗和使用維護(hù)的依據(jù)，在產(chǎn)品開發(fā)中發(fā)揮重要作用，會貫穿產(chǎn)品的整個生命周期，并作為產(chǎn)品知識的載體進(jìn)行存檔。MBD數(shù)據(jù)的規(guī)范性，可以確保產(chǎn)品開發(fā)不同階段、不同專業(yè)、不同部門的使用人員能夠準(zhǔn)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(shù)據(jù)的完整性是數(shù)據(jù)可用性和易用性的基礎(chǔ)和前提，也是數(shù)據(jù)質(zhì)量的有效保證。

MBD數(shù)據(jù)的完整性，有助于避免數(shù)據(jù)的不一致性和使用差錯，提高數(shù)據(jù)的使用效率，簡化數(shù)據(jù)管理過程，在產(chǎn)品開發(fā)中具有重要意義。

3 MBD數(shù)據(jù)完整定義

從傳統(tǒng)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)集定義進(jìn)化到基于模型的定義體系，核心的轉(zhuǎn)變是原來的二維工程圖和零件表定義與應(yīng)用完全被MBD數(shù)據(jù)集所替代。MBD數(shù)據(jù)完整性，是指MBD模型中包含了后續(xù)環(huán)節(jié)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(shù)據(jù)不完整而產(chǎn)生歧義。

3.1 幾何數(shù)據(jù)

MBD數(shù)據(jù)集定義的內(nèi)容與傳統(tǒng)模式下定義的數(shù)據(jù)集有著很大的區(qū)別。一方面，MBD數(shù)據(jù)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(shí)體模型中；另一方面，由于MBD數(shù)據(jù)集內(nèi)容和形式的變化，使得數(shù)據(jù)授權(quán)的方式也發(fā)生了相應(yīng)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(chǎn)品數(shù)據(jù)。（2）產(chǎn)品對象以及所有相關(guān)的數(shù)據(jù)對象都以實(shí)例化的模型存在于數(shù)據(jù)集中，包含相關(guān)的副產(chǎn)品模型。（3）保證相互關(guān)聯(lián)的接口零件之間存在鏈接關(guān)系。（4）外部關(guān)聯(lián)模型必須與其副產(chǎn)品模型保持同步，以便在評審過程中獲取有效狀態(tài)下的MBD產(chǎn)品模型。（5）使用裝配約束或其他相關(guān)的關(guān)聯(lián)設(shè)計方法時，所有的MBD數(shù)據(jù)集實(shí)例必須擁有正確的有效性和恰當(dāng)?shù)拇鎯ξ恢谩?/p>

一個產(chǎn)品零件的MBD數(shù)據(jù)集是精確的三維實(shí)體模型，在一個特定的幾何數(shù)據(jù)集中關(guān)聯(lián)了產(chǎn)品的三維幾何信息、零件表信息以及描述一個產(chǎn)品所必須的尺寸、公差和注釋信息。

實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計數(shù)據(jù)的完整性是一項系統(tǒng)工程，需要多方面人員的參與，需要從發(fā)放、生產(chǎn)、管理、質(zhì)量、數(shù)據(jù)維護(hù)等多個角度出發(fā)，約束數(shù)字化定義過程及數(shù)字化定義的內(nèi)容，才能保證產(chǎn)品數(shù)據(jù)相對研制過程是完整的，才能體現(xiàn)出產(chǎn)品對象的定義是面向產(chǎn)品全生命周期的。實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)完整性需要遵循以下基本原則：（1）數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，包括產(chǎn)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(guān)聯(lián)性等方面。產(chǎn)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(chǎn)需要的全部幾何特征，可以作為產(chǎn)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(shù)據(jù)生成的依據(jù)。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(dá)方式，減小模型的復(fù)雜度。幾何模型的明確性是指模型中不包含重復(fù)定義的元素、退化的元素或不符合規(guī)定的元素，模型劃分合理，數(shù)據(jù)量都不能太大。模型之間的關(guān)聯(lián)性是指在加工或裝配過程中具有順序邏輯關(guān)系的環(huán)節(jié)，對應(yīng)各階段的模型之間保持了關(guān)聯(lián)一致性。（2）面向產(chǎn)品數(shù)據(jù)集成，即保留設(shè)計基準(zhǔn)及設(shè)計中間狀態(tài)，并定義相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型。設(shè)計基準(zhǔn)主要包括定位基準(zhǔn)和外形基準(zhǔn)，設(shè)計基準(zhǔn)既可以保證設(shè)計過程復(fù)現(xiàn)，又可以作為后續(xù)建模的依據(jù)。設(shè)計中間狀態(tài)模型可以作為制造和檢驗?zāi)Ｐ偷幕A(chǔ)，在工藝和工裝設(shè)計中重用。對于無法在不同系統(tǒng)間直接使用或轉(zhuǎn)換的幾何模型，需要使用中間轉(zhuǎn)化模型，從而實(shí)現(xiàn)模型數(shù)據(jù)的傳遞，并通過數(shù)據(jù)測試保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可追溯性。（3）面向生產(chǎn)應(yīng)用，即定義加工裝配和檢驗過程所需的模型、提高數(shù)字化模型的重用性，并包含生產(chǎn)過程中需要描述的特性。該原則要求設(shè)計過程中不但定義零部件的最終幾何構(gòu)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(huán)節(jié)可通過與制造部門的協(xié)同工作來實(shí)現(xiàn)。這樣不但簡化了設(shè)計和制造之間的協(xié)調(diào)過程，而且工裝設(shè)計可以重用工藝模型的幾何元素和相關(guān)信息，提高了建模效率。

3.2 非幾何數(shù)據(jù)

特征樹采用分類集合的方法，將產(chǎn)品相關(guān)的信息分類組織，替代了傳統(tǒng)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(guān)的產(chǎn)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(guān)聯(lián)到其父產(chǎn)品實(shí)例的幾何元素。（2）外部參數(shù)特性，即模型中參數(shù)可以與外部的數(shù)據(jù)或文本建立關(guān)聯(lián)關(guān)系。（3）全局發(fā)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(huán)節(jié)。

產(chǎn)品數(shù)據(jù)集中特征樹主要包括以下內(nèi)容：（1）基本幾何信息，包括零部件的基準(zhǔn)元素、最終實(shí)體模型、建模過程中的中間狀態(tài)模型以及工藝結(jié)構(gòu)等一系列產(chǎn)品幾何特征，是MBD數(shù)據(jù)集的核心。（2）尺寸、公差和表面粗糙度信息，屬于描述產(chǎn)品制造特征的工程數(shù)據(jù)，直接通過CAD軟件的公差和標(biāo)注功能定義在MBD集成模型上。（3）數(shù)據(jù)定義信息，包括工程內(nèi)容概述、裝配說明、安裝要求、完整性要求、尺寸公差標(biāo)注遵循的標(biāo)準(zhǔn)、尺寸單位、數(shù)字化定義標(biāo)準(zhǔn)以及數(shù)據(jù)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(biāo)記的需求和狀態(tài)等信息。（5）材料信息，包括原材料（或半成品）的材料牌號、規(guī)格、尺寸、重要參數(shù)、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(quán)、標(biāo)記和產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)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(chǎn)人員快速獲取零部件的制造和裝配信息。

4 結(jié)語

MBD技術(shù)為產(chǎn)品制造帶來管理上和效率上的飛躍。MBD模型數(shù)據(jù)的完整性，使得在后續(xù)各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，無須人工閱讀圖紙和理解設(shè)計要求，再經(jīng)人工操作輸入信息，數(shù)據(jù)流在研制全過程中不再中斷，減少了人工干預(yù)和出錯幾率，方便了計算機(jī)對數(shù)據(jù)的管理，提高了信息傳遞的效率。

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