基于MBD的三維設(shè)計規(guī)范體系研究

李聰 孫權(quán)智

中車長春軌道客車股份有限公司 吉林長春 130000

目前裝配置制造業(yè)已經(jīng)全部使用三維軟件開展產(chǎn)品研發(fā)工作。但對于MBD模型的建立常常存在設(shè)計環(huán)境混亂，軟件不統(tǒng)一，數(shù)據(jù)交流困難，模型無法修改等問題。為保證公司產(chǎn)品研發(fā)推廣Creo三維設(shè)計軟件，提高軌道車輛產(chǎn)品三維設(shè)計水平，保證MBD模型的規(guī)范性，為PDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)入庫做好標準準備。公司需要根據(jù)高速動車及地鐵等產(chǎn)品的特點和設(shè)計方法，結(jié)合Creo軟件的規(guī)范操作方法及全新PDM上線建設(shè)要求，定制適合自身產(chǎn)品研制要求的三維設(shè)計規(guī)范。在公司研發(fā)信息化平臺的基礎(chǔ)上，建立一套符合本公司產(chǎn)品研發(fā)特點的三維設(shè)計規(guī)范體系，通過一系列的設(shè)計標準和具體的設(shè)計規(guī)范使產(chǎn)品設(shè)計嚴格按照標準規(guī)化和流程進行，從而提升設(shè)計效率和質(zhì)量[1]。

1 MBD建模理論與應(yīng)用研究

1.1 自頂向下的MBD三維設(shè)計基本理論

自頂向下設(shè)計是一種MBD設(shè)計思想，一種從總體到細節(jié)的設(shè)計過程。即： 總體布局→總體結(jié)構(gòu)→部件結(jié)構(gòu)→零件結(jié)構(gòu)。自頂向下設(shè)計方法可以準確有效的傳遞設(shè)計意圖，通過相關(guān)性功能，將設(shè)計意圖逐層傳遞，實現(xiàn)由全局數(shù)據(jù)對下層的控制。

基于MBD的自頂向下設(shè)計規(guī)則：從整車布局入手，綜合考慮形成產(chǎn)品的各種設(shè)計輸入信息，確定軌道車輛產(chǎn)品設(shè)計的主要參數(shù)、結(jié)構(gòu)與尺寸等信息，形成產(chǎn)品的總體設(shè)計方案。總體方案以骨架模型為載體，將總體設(shè)計方案逐級進行功能模塊劃分，并傳遞給各下級分系統(tǒng)，再由下級分系統(tǒng)在上級系統(tǒng)確定的邊界內(nèi)并行展開詳細設(shè)計工作，最終形成完整車輛將結(jié)構(gòu)的設(shè)計方法。

骨架模型建模規(guī)則：骨架模型捕捉并定義設(shè)計目的和車輛、車輛系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。骨架可以將結(jié)構(gòu)布局信息從車輛下的子系統(tǒng)或裝配傳遞至另一個，實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。骨架模型包括標準骨架模型和運動骨架模型兩種類型。骨架模型中不允許創(chuàng)建實體模型[2]。

裝配建模規(guī)則：車輛、車輛下的子系統(tǒng)均采用簡化表示方式建模。簡化表示可以加快裝配的生成、檢索和顯示時間，降低對計算機配置的要求，節(jié)約設(shè)計成本，提高工作效率。簡化表示方法可以有效控制零部件的顯示，可將復(fù)雜且無關(guān)的零件和組件從裝配部分中臨時移除。簡化表示可以根據(jù)設(shè)計師的需要創(chuàng)建不同的建華表示模型，以滿足不同的設(shè)計意圖。

車輛下子系統(tǒng)間數(shù)據(jù)傳遞方法：整車三維設(shè)計過程中需要子系統(tǒng)之間進行設(shè)計參考傳遞。例如：車體與電氣系統(tǒng)、車體與制動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)與電氣系統(tǒng)進行協(xié)同設(shè)計，因此需要建立相應(yīng)規(guī)范對系統(tǒng)間的協(xié)同設(shè)計進行規(guī)范化定義。MBD三維設(shè)計規(guī)范規(guī)定了系統(tǒng)骨架模型中定義了系統(tǒng)所需要的空間位置等信息。

背景件建模規(guī)則：背景件是為其他子系統(tǒng)安裝、視覺參考或者創(chuàng)建工程圖的參考模型。背景件是虛擬零部件，背景件在設(shè)計數(shù)據(jù)的EBOM中并不能夠體現(xiàn)，例如：車體小件安裝即需要車體結(jié)構(gòu)的簡化體作為其安裝出圖背景，在車體小件結(jié)構(gòu)的EBOM中不應(yīng)包含車體結(jié)構(gòu)。

1.2 三維設(shè)計理論應(yīng)用

本公司開展的基于MBD的三維設(shè)計規(guī)范既要滿足設(shè)計軟件的三維建模需要，又要滿足PDM系統(tǒng)數(shù)據(jù)入庫及其他系統(tǒng)數(shù)據(jù)使用的要求，是企業(yè)內(nèi)部通用的建模指導(dǎo)標準?；贛BD的三維設(shè)計規(guī)范基于Creo軟件及長客股份Windchill系統(tǒng)平臺要求進行定制。其中定義了三維設(shè)計通用要求，包括標準編碼規(guī)則、統(tǒng)一的設(shè)計環(huán)境、規(guī)范的建模方法、滿足三維軟件自身出圖及PDM系統(tǒng)BOM需要的標準參數(shù)填寫方法等規(guī)則。搭建了通用建模規(guī)范及各子系統(tǒng)專業(yè)建模規(guī)范，模型及圖紙的標準化、規(guī)范化得到了提高，統(tǒng)一了設(shè)計環(huán)境及模板[3]。

骨架是方案設(shè)計信息的主要載體，是特殊零件的模型，是建模體系的主線。由基準特征和曲面、曲線、以及收縮包絡(luò)等構(gòu)成。它為創(chuàng)建零件、組件和部件提供穩(wěn)定參照，是創(chuàng)建實體模型的框架和基礎(chǔ)?？梢允褂霉羌軇?chuàng)建空間布局、元件之間的接口關(guān)系。

基于MBD的三維設(shè)計體系編寫了關(guān)鍵零部件的設(shè)計規(guī)范，完成了20個關(guān)鍵零部件的設(shè)計規(guī)范總結(jié)，設(shè)計規(guī)范中完成了車輛及子系統(tǒng)零部件的設(shè)計建模流程和方法。創(chuàng)建了系統(tǒng)間的協(xié)同設(shè)計規(guī)則。例如：電氣系統(tǒng)設(shè)計時對電氣設(shè)備的接口需求，設(shè)備安裝對車體結(jié)構(gòu)的接口需求制動系統(tǒng)和管路布置的接口需求。

搭建了基于MBD的三維數(shù)據(jù)管理及協(xié)同設(shè)計PDM系統(tǒng)平臺：設(shè)計數(shù)據(jù)在服務(wù)器上集中管理，集中備份；保證了模型數(shù)據(jù)的唯一性，版本的一致性；通過模型數(shù)據(jù)的共享及即時更新，實現(xiàn)了設(shè)計的協(xié)同；設(shè)計數(shù)據(jù)的不斷積累，為新產(chǎn)品的開發(fā)提供參考。

2 結(jié)語

通過三維設(shè)計規(guī)范體系建設(shè)，一方面實現(xiàn)公司產(chǎn)品三維設(shè)計的標準規(guī)范的建立，另一方面實現(xiàn)對設(shè)計師開展軌道車輛產(chǎn)品設(shè)計的指導(dǎo)作用。從而提高產(chǎn)品三維設(shè)計的質(zhì)量，提高產(chǎn)品三維協(xié)同設(shè)計及模塊化設(shè)計能力，解決目前軌道車輛產(chǎn)品設(shè)計過程中遇到的模型修改困難、大裝配模型操作效率低下等問題。實現(xiàn)設(shè)計工藝基于模型的協(xié)同和數(shù)據(jù)應(yīng)用，通過基于MBD的三維設(shè)計規(guī)范體系的建立，提高三維模型質(zhì)量，保證三維模型準確性。