葉嘉俊

（廣州五所環(huán)境儀器有限公司，廣州 510800）

引言

高質量發(fā)展是全面建設社會主義現代化國家的首要任務。高質量發(fā)展則必然要求產品質量過硬。環(huán)境試驗設備是模擬各類環(huán)境條件，為驗證原材料、半成品、成品質量的一種設備。目的是通過使用各種環(huán)境試驗設備做試驗，來驗證材料和產品是否達到在研發(fā)、設計、制造中預期的質量目標。

隨著科學技術進步，數字化愈加普及。我們通過搭建數字化平臺，利用數字化產品建模、仿真以及相關信息的收集，完成對環(huán)境試驗設備的開發(fā)設計以及生產制造等生命周期的全過程。將MBD 技術應用于環(huán)境試驗設備中，有利于提高其數字化程度，加快完成由二維向三維邁進的進程，也走在了環(huán)境試驗設備行業(yè)的前端，對環(huán)測行業(yè)產品的數字化設計生產起到一定的引領作用。

1 MBD 簡介

什么是MBD? MBD 在工程技術領域我們稱為Model Based Definition，即基于模型的工程定義。 MBD 是一種在三維數字化實體模型中完整表達產品所有設計信息的產品數字化定義技術。其完全替代了二維工程圖紙，使產品的設計方式、思路發(fā)生了重大變化，并成為制造過程中的唯一依據，引起了數字化設計制造技術的重大變革,真正開啟了三維數字化制造時代[1]。

由傳統(tǒng)的手工繪圖，到計算機輔助設計即CAD，都是傳統(tǒng)的平面繪圖方式，零件所有信息都標注在平面圖紙上。隨著技術進步，目前，許多企業(yè)采用三維模型輔之工程圖或者CAD 等平面信息來完成產品的生產制造。而未來，MBD 發(fā)揮的作用將越來越重要，因為它可以包含三維產品信息，包括形狀以及制造信息等，減少了中間轉化成平面圖紙的過程，避免了轉化過程中的信息缺失、錯誤。

我司環(huán)境試驗設備加工零件主要包含鈑金件、裝配組件以及外協(xié)零件等。MBD 可以將三維模型設計信息、工藝信息以及制造信息統(tǒng)一用模型表達出來，實現產品設計、工藝設計、生產制造乃至未來產品檢驗融合于同一平臺同一體系中。

2 MBD 在設計端應用

鈑金零件是整臺環(huán)境試驗設備的基礎零件，其加工的精度，如成型尺寸、沖孔大小等，直接影響著后續(xù)工序組裝拼接的質量。主要表現在前后左右鈑金零件拼縫大小是否合格、組件與其他組件之間配合是否滿足要求等。傳統(tǒng)設計方法是我們根據所需零件成型尺寸及狀態(tài)，通過計算折彎扣除系數，將零件平面展開圖繪制在二維圖紙中。這張方法目前仍用于許多小型制造業(yè)中。其軟件維護成本低，對于簡單零件二維設計還比較容易，對于相對復雜、折彎較多的外形零件用二維繪制就顯得比較繁瑣了。

鈑金零件MBD 應用較少，目前主要用在于飛機制造業(yè)中?；贛BD 的三維設計需將成型的模型標注出其完整制造信息等，設計工程師操作方便、快捷且圖形信息直觀，目視化程度高。對于零件圖而言，鈑金零件幾何實體模型包含了成型尺寸：長度、寬度、高度、角度、厚度等信息，如圖1 所示。而鈑金件加工機床，模具選用等信息，我們則通過數據卡直接抓取數據，轉換導BOM 后，供NC 車間直接抓取信息，轉換成機床生產語言。

圖1 MBD 鈑金零件

對裝配組件而言，MBD 則負責表示其重要的功能信息，如客戶定制的引線孔位置、大小等。通過標注可直觀在設計端檢查是否符合客戶定制需求，如圖2 所示。也可以把設計工程師的想法，設計意圖，如布線路徑，線徑大小數量等，通過MBD 標注傳遞給工藝及生產端。有效地把設計到生產全過程通過模型串聯在同一路。

圖2 MBD 裝配組件

平面工藝卡主要是由簡圖和文字信息組成，對較為復雜的工藝難以用圖紙清晰直觀表述，也難以用一張兩張平面圖表述清楚，增大了后續(xù)生產制造出錯的概率。同時，如三維模型用平面工藝卡表示，則可能造成模型與工藝不銜接，工藝無法利用模型三維數字信息，在轉化過程中可能存在數據丟失，難以實現工藝設計的最優(yōu)性。也對后續(xù)生產作業(yè)者造成解讀困難，嚴重時可能會與設計者設計初衷產生歧義。

因此，MBD 在工藝設計中也發(fā)揮著重要的作用。通過設計端的MBD 信息，可以抓取模型的幾何特征、基準信息、工藝注釋信息等表達工藝過程的完整信息。未來可通過MBD 抓取加工中所需模具、量具、焊機等相關信息。我司將通過構建平臺將PDM 上的模型信息導入3D工藝平臺，在三維數字化環(huán)境下，工藝工程師將MBD 模型轉化為工藝模型，保證數據源的唯一性。通過仿真分析，制定工藝路線以及可行的制造過程方案，同時輸出作業(yè)指導書，完成詳細的工藝設計方案，如圖3 所示。

圖3 MBD 工藝流程圖

通過對上游設計數據的充分解讀利用，有效地完成了工藝設計，提高效率同時兼顧保證生產質量。由于平臺數據互通，充分利用數據流，信息流集成優(yōu)勢，當三維模型變更時，數據可更新至工藝端，實現數據由上游到下游的無縫傳輸。

3 MBD 在制造端的應用

MBD 在制造端是指導起到指導性作用。在實際生產中，車間作業(yè)者除通過作業(yè)指導書指導生產外，也可通過模型讀取相關的作業(yè)信息。如圖4 所示，當工藝文件還不完善時，作業(yè)人員可以通過MBD 讀取作業(yè)所需的零件數量、對應零件信息、技術要求、焊接工藝等。可以幫助作業(yè)者對自己作業(yè)成果的自查工作，完成作業(yè)成型后的外觀檢驗，拼接成型是否符合圖紙要求，作業(yè)組件的零件是否抓取正確等。防止不良品在生產端時流入下一工序，影響了生產鏈的連續(xù)性。

圖4 MBD 制造端應用

基于數據源的唯一性，作業(yè)者可以依據MBD 模型進行現場生產作業(yè)。這種表示方式簡單直觀明了，降低了作業(yè)者對以前二維平面圖的空間想象力，釋放了作業(yè)人員的作業(yè)壓力。

4 MBD 在質檢端應用

MBD 在質檢端應用較少，大部分企業(yè)仍沿用人工錄入及提取數據的做法。環(huán)境試驗設備外協(xié)零件種類較多，其中不乏復雜零件，對外協(xié)件僅依靠平面圖紙讀取信息已不能滿足需求，也對質檢人員的讀圖能力要求也較高。通過MBD 模型，我們可以直觀的查看零件，提高企業(yè)檢驗效率，降低工作量與人為失誤。以圖5 簡單外協(xié)件為例，質檢人員可以清晰讀取零件的狀態(tài)、尺寸公差、材質屬性等必須檢驗的事項。

圖5 MBD 外協(xié)件

當然，基于MBD 在質檢端應用不僅限于方便來料外協(xié)件檢驗，更多的是數據的抓取以及分類歸納總結。將模型數據導入質檢系統(tǒng)，企業(yè)可以實時有效地利用實測數據、過程數據。實現質檢業(yè)務環(huán)節(jié)的全方位、多功能準備，其中包括質檢方案的策劃，可視化的質檢測量，實時質檢數據的采集，甚至于可以對外協(xié)件數據的分析，對可能產生的不良制作預案等。

5 結論

隨著數字化生產技術的推廣，MBD 在環(huán)境試驗設備中的應用也將會越來越普及。MBD 數據集是設計制造過程中信息傳遞和數據管理的源頭，同時MBD 數據集的構建是一項復雜而又富有挑戰(zhàn)性的工作，其信息的數字化程度影響著設計制造及數據管理的效率[2]。

MBD 從根本上改變了產品設計生產的全過程，是數字化定義的又一進步。構建了由設計到生產乃至后續(xù)檢驗的又一座橋梁，實現了全過程的數字化、無紙化、可視化目標。基于MBD 模型的設計生產制造，可以保證同一模型數據來源唯一，數據之間轉換安全可靠，減少了實際加工生產中的不良率，提升產品質量和生產效率。MBD 技術的成功運用很大程度上取決于企業(yè)的數字化程度及其配套數字化生產設備。目前，我們對MBD 模型的運用還是處于初級階段，如何進一步推廣MBD 在環(huán)測行業(yè)的應用，如何制定行業(yè)中MBD 的設計、工藝、制造標準，這也將是未來值得思考的課題。