夏清潔+鄭楠+李躍利

摘 要 為了降低機車的研制周期，本文分析了MBD的技術(shù)原理及數(shù)據(jù)組成，研究了協(xié)同設計的原理，提出了基于MBD的協(xié)同設計數(shù)據(jù)成熟度關(guān)鍵技術(shù)，并圍繞設計、制造、檢驗的系統(tǒng)設計，給出了協(xié)同設計流程，為機車的協(xié)同設計提供了指導，可有效降低機車的研制周期。

關(guān)鍵詞 MBD；協(xié)同設計；數(shù)據(jù)成熟度；設計流程

中圖分類號 U26 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）12-0094-02

近年來，隨著市場需求對產(chǎn)品研發(fā)周期的縮短要求越來越高，致使傳統(tǒng)的設計、制造、檢驗等瀑布式的研制模式越來越不滿足市場要求；隨著數(shù)字化產(chǎn)品定義技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品串行的研制模式向產(chǎn)品并行協(xié)同研制模式發(fā)生轉(zhuǎn)變。并行協(xié)同研制實現(xiàn)了將“設計-制造-檢驗”的串行研制模式轉(zhuǎn)變?yōu)榱嗽O計、制造、檢驗的并行模式，勢必大大縮短產(chǎn)品的研制周期，從而提高產(chǎn)品的競爭力。本文通過對基于模型的定義（MBD）技術(shù)的研究，研究在MBD技術(shù)基礎上協(xié)同設計的方法，建立機車的協(xié)同設計過程，實現(xiàn)對機車研制模式的轉(zhuǎn)變。

1 MBD技術(shù)

作為一個集成的三維模型，MBD技術(shù)能夠完整地表達出產(chǎn)品的相關(guān)定義信息。所謂產(chǎn)品定義信息也就是產(chǎn)品的設計信息，主要是指產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息、尺寸標注等。三維數(shù)字化模型的應用使得傳統(tǒng)的二維工程圖逐漸消失，設計數(shù)據(jù)的唯一性和準確性也能進一步保障，如圖1所示。

當然，MBD是一個綜合性的整體，能夠準確描述產(chǎn)品的幾何信息和非幾何信息，并不是進行簡單的系統(tǒng)標注。工作人員只需要通過數(shù)字建模就能夠獲得產(chǎn)品的全部信息，不會過于依賴信息系統(tǒng)，使得產(chǎn)品設計更為精確。MBD技術(shù)的表現(xiàn)力更高，突破了傳統(tǒng)設計的局限，產(chǎn)品的設計特征、制造特征等能夠更好地被計算機和工程人員了解，有利于實現(xiàn)產(chǎn)品設計的一體化。MBD模型的建立是一個相對復雜的過程，需要設計部門、工藝部門、檢驗部門等的共同參與，之后該模型才能夠順利應用到產(chǎn)品的工藝制造與檢驗過程中。除此之外，MBD技術(shù)還將知識工程、產(chǎn)品標準規(guī)范等充分融合起來，使得那些分散的知識集中起來，從實質(zhì)上說這也是知識積累和技術(shù)創(chuàng)新的過程。MBD技術(shù)最早是由波音公司推廣適應的，其747項目中MBD技術(shù)的使用將產(chǎn)品的研發(fā)周期大大縮短，研制效率提升。

2 協(xié)同設計技術(shù)

協(xié)同設計技術(shù)是一種系統(tǒng)化技術(shù)，主要是對產(chǎn)品的設計資源等進行整合，最終實現(xiàn)一體化。在協(xié)同設計之初，設計人員就充分考慮了不同成員之間的協(xié)調(diào)交互，并在此基礎上作出合適的安排。換句話說，協(xié)同設計就是采用適當?shù)牧鞒蹋瑢蓚€或兩個以上的設計主體協(xié)調(diào)起來，并給他們分配不同的任務，從而向著共同的設計目標前進。

協(xié)同研制過程中涉及設計與設計的協(xié)同、設計與工藝的協(xié)同、設計與工裝的協(xié)同。為了便于設計之間的更改的快速迭代、設計與制造之間的并行設計，來降低產(chǎn)品的研制周期，就必然在設計與設計之間的協(xié)同中，定義設計模型之間的骨架模型及接口規(guī)范；在設計與工藝、工裝關(guān)聯(lián)設計中，對設計模型成熟度進行定義，當符合一定成熟度等級后，方可將設計模型下發(fā)工藝及工裝設計部門；在進行協(xié)同設計過程中，對產(chǎn)品數(shù)據(jù)必須進行有效的管理，使得設計、工藝、工裝等人員能夠及時了解更改信息，因此，不能盡快有效規(guī)范協(xié)同研制的方法和數(shù)據(jù)管理問題，協(xié)同研制也將無法推進實施。

3 模型成熟度定義

并行協(xié)同技術(shù)的重要基礎就是模型的成熟度規(guī)范與管理。設計單位相關(guān)工作人員要仔細觀察產(chǎn)品設計的成熟度狀態(tài)，從而決定好哪些工作可以提前開展，哪些工作會后續(xù)開展。設計單位內(nèi)部要依據(jù)成熟度規(guī)范和管理的具體要求，進行機車的多專業(yè)并行設計工作。目前，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，企業(yè)發(fā)展日益成熟，機車研制模式也不斷多樣。成熟度模型數(shù)據(jù)的預先發(fā)放，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品設計以及后續(xù)工作的并行協(xié)同。制造單位也會根據(jù)其所發(fā)放的模型數(shù)據(jù)完成產(chǎn)品零件的分類及材料配比等，從而編制工藝文件，使得產(chǎn)品的各個部件都能夠提前開工投產(chǎn)。一般來說，能夠進行成熟度標識的模型數(shù)據(jù)類型有很多種，例如機車總體外形布置模型、車體骨架模型，還有機械系統(tǒng)零組件和結(jié)構(gòu)零組件等。模型數(shù)據(jù)成熟度定義也是用來表示產(chǎn)品模型的具體完善狀態(tài)和詳細程度，從而判斷數(shù)據(jù)使用的合理與否。產(chǎn)品模型的成熟度形式多樣，可以標識不同的狀態(tài)。當然，未來相關(guān)信息標準部門要不斷完善成熟度的標識方法，使該項工作能夠更好地進行下去。

4 協(xié)同設計流程

協(xié)同設計涉及產(chǎn)品設計、制造、工裝、檢驗的協(xié)同設計，對設計的源頭進行技術(shù)成熟度等級評價，根據(jù)成熟度等級確定制造、工裝、檢驗的協(xié)同設計內(nèi)容。例如在機車協(xié)同設計中，首先根據(jù)機車的設計需求，來確定機車空間設計要求。根據(jù)空間要求，進行產(chǎn)品的幾何外形MBD模型設計，幾何設計完成進行技術(shù)成熟度等級評價，確定出產(chǎn)品的幾何，進而將數(shù)據(jù)下放到制造、工裝、檢驗相關(guān)部門；制造部門接受到產(chǎn)品外形設計模型，進行工藝分析，進行產(chǎn)品初步的工藝、工裝、檢驗方案的確定；而后設計部門在進行零件的詳細設計，完成零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建；在經(jīng)過評審定型，數(shù)據(jù)下發(fā)，制造、工裝、檢驗部門接受數(shù)據(jù)后進行制造工藝、工裝制造工藝、檢驗工藝的編制。具體如圖2所示。

5 結(jié)論

本文圍繞未來機車設計方式的變化，開展了機車協(xié)同設計的研究，針對機車協(xié)同設計的傳遞數(shù)據(jù)，進行了MBD數(shù)據(jù)集構(gòu)成的分析，進而對協(xié)同設計的原理進行了分析，提出了協(xié)同設計中的數(shù)據(jù)成熟度關(guān)鍵技術(shù)，分析了設計、制造、工裝、檢驗的協(xié)同設計流程，為機車的協(xié)同設計提供了一種方法，可有效降低機車的研制

周期。

參考文獻

[1]賈曉亮.關(guān)于MBD技術(shù)在我國航空制造企業(yè)應用的幾點思考[J].航空制造技術(shù)，2013（3）：50-54.

[2]潘云鶴.智能CAD方法與模型[M].北京：科學出版社，1997.

[3]阮超峰.基于成熟度的并行協(xié)同設計方法探究[J].機械設計與制造工程，2016（1）：60-62.