三维设计及MBD技术

12
MBD模型内容结构
对MBD信息内容的说明分为MBD零件模型与MBD装配模型两部分。 MBD零件模型可分为三类： 1、零件模型几何形状信息；描述了产品形状、尺寸信息。 2、零件属性信息；表达了产品的原材料规范、分析数据、测 试需求等产品辅助信息。 3、零件标注信息；包含了产品尺寸与公差范围、制造工艺和 精度要求等生产必须的工艺约束条件。
8.2 Solid Works
为达索系统（ Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研 发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软 件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。 该 集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包
括设计、工程、制造和产品数据管理等各个 领域中的最佳软件系统，著名的CATIAV5就 出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场 占有率居世界前列。
4
3、Poser
它是Metacreations公司 推出的一款三维动物、人体 造型和三维人体动画制作的 极品软件。
4、Sቤተ መጻሕፍቲ ባይዱftimage XSI
它是AUTO DESK（AVID公司已经被AUTO DESK公司收购！） 面向高端三维影视市场的 旗舰产品，以其独一无二 真正的非线性动画编辑为 众多从事三维电脑艺术人 员所喜爱。
19
3.1产品模板定制
产品模板是根据飞机产品零部件的划分及其装配层次的梯度，在 KPE中设计的用来快速指导上游CAD产品装配结构划分的规范形式。 产品模板 定制的好 坏决定后 续产品结 构划分及 工艺分离 面划分的 好坏。产 品模板的 定制过程 如右图所 示。
20
3.2 工艺模板定制
产品设计分离面的划分与生产中工艺分离面的划分基本一致。工 艺人员可以直接从Product中引用产品结构进行工艺结构划分，即 对整个装配 任务进行单 元划分，从 而构建工艺 结构树。引 用事例定制 的工艺模板 的数据类型 及结构层次 如左图所示。
MBD的发展历程
随着计算机技术的发展和三维CAD技术的成熟和普及，数字 化产品定义经历了二维到三维模型发展的三个阶段，如下图所示 目前国内航空业正在慢慢向全三维数字化定义转变。
11
MBD技术
基于模型的定义(Model Based Definition，MBD)技术将为 适应数字化环境下工程产品定义的内容、组织模式以及定义方 法提供法定授权的依据。
8
8.3 ProE
它是美国PTC公司旗下的产品Pro/Engineer软件的简称。Pro/E是 美国参数技术公司（Paramotric Technology Corporation,简称PTC）
的重要产品。是一款集CAD/CAM/CAE 功能一体化的综合性三维软件，在目前 的三维造型软件领域中占有着重要地位， 并作为当今世界机械CAD/CAE/ACM领 域的新标准而得到业界的认可和推广， 是现今最成功的CAD之一。
24
4 装配工艺规划
主要是根据定制好的工艺模板对装配工艺进行规划。产品规划 如图5.9所示。 过程可分为四个模块： 资源数模输入模块
装配工艺规划模块
装配工艺仿真模块
装配工艺文件输出模块
25
4 装配工艺规划
将产品、工装与 相对应的工艺结 点相关联后，在 工艺结构树中， 每个非叶结点都 是一个子装配工 艺模型，与其所 有兄弟结点按一 定顺序构成其父 结点的装配工艺 模型。同一层次 装配工艺模型的 装配过程中各自 独立进行的，如 图5.10所示。
5
5、Rhino （犀牛)
它是是美国Robert McNeel &Assoc.开 发的PC上强大的专业3D造型软件， 它可以广泛地应用于三维动画制作、 工业制造、科学研究以及机械设计 等领域。
6、LightWave 3D
由美国NewTek公司开发的LightWave3D是一款高性价比的三维动画 制作软件,它的功能非常强大,是 业界为数不多的几款重量级三维 动画软件之一。被广泛应用在电 影、电视、游戏、网页、广告、 印刷、动画等各领域。
13
MBD数据结构
MBD产品数据模型是对产品零部件信息完整描述的数据集， 该数据集不仅包含了产品结构几何形状信息，还包括原来定义 在二维工程图中的尺寸、工差、一些必要的工艺信息及关于产 品定义模型的说明等非几何信息，从而使MBD模型可以作为加 工、检验的依据。
14
模型数据管理
根据计算机辅助设计系统对应用对象控制方法的不同，可以采用2种管 理方式: 1、基于特征树的管理方 法; 指利用建模过程中对 产品特征描述的不同，建 立相应的特征树，并通过 选择显示的方式实现对产 品信息分类显示阅读的一 种方法，如图5(a)所示。 2、基于层及层表过滤器 的方法。指在建模过程中 将产品不同类别的信息分 别建立在不同的层空间中， 通过对层空间的关联组合 控制，实现对产品元素信 息的分类，如图5(b)所示。
三维设计与MBD技术
报告人：车武军
1
目
一、三维设计概念 二、三维设计常用软件
录
三、三维CAD技术在机械设计中的优点 四、三维CAD的应用现状 五、MBD的发展历程
六、MBD技术概述 七、MBD数据结构
八、实例：基于MBD的飞机制造
2
三维设计概念
三维设计是新一代数字化、虚拟化、智能化设计平台的基础。 它是建立在平面和二维设计的基础上，让设计目标更立体化，更形 象化的一种新兴设计方法。
MBD技术的应用是建立在产品三维模型基础上的，装配工艺规划 与仿真、工艺文件的生成与更改都是在三维环境中进行的，各种 数据基于网络进行传递。结合国内外主要航空制造企业在软件配 置方面的经验及实际情况胡具体需求，初步搭建了基于MBD的 装配工艺规划与 仿真的平台，各 个软件是通过PPR Hub作为数据集来 管理的，确保单 一产品数据源下 实现装配工艺规 划、装配仿真、 三维工艺规程的 输出。
15
国外发达航空企业MBD技术的应用现状
近10余年,随着飞机制造技术的发展,以波音、洛马和空客公司 为代表的飞机制造业在数字化技术应用领域取得了巨大的成功。 波音公司在以波音787为代表的新型客机研制过程中，全面采用了 MBD技术，将三维产品制造信息（Product Manufacturing Information,PMI）与三维设计信息共同定义到产品的三维模型中， 摈弃二维图样，直接使用三维标注模型作为制造依据，使工程 技术人员从百年来的二维文化中解 放出来，实现了产品设计（含工艺 设计）、工装设计、零件加工、部 件装配、零部件检测检验的高度集 成、协同和融合，建立了三维数字 化设计制造一体化集成应用体系， 开创了飞机数字化设计制造的崭新 模式，确保了波音787客机的研制 周期和质量。
它是Unigraphics的缩写，这是一个交互式CAD/CAM(计算机辅助 设计与计算机辅助制造)系统，它功能强大，可以轻松实现各种 复杂实体及造型的建构。它在诞生之初 主要基于工作站，但随着PC硬件的发展 和个人用户的迅速增长，在PC上的应用 取得了迅猛的增长，目前已经成为模具 行业三维设计的一个主流应用。
16
实例：基于MBD的飞机制造
下面论述的装配工艺模型是在MBD产品发放以后，经过数据接 口导入到数字化协同应用平台中，工艺人员依据装配工艺结构模板， 通过人机交互方式进行装配工艺规划与仿真，最后汇总为各类装配 工艺数据集，并将其储存的数字化表达方法。整个装配工艺模型建 立的过程如图所示。
17
1 数字化协同应用平台的搭建
的消耗和成本，增加产品和工程的可靠性。
三维CAD的应用现状
进入21世纪，随着计算机硬件技术的发展，三维设计软件有了很大的进 展，使得设计工作突破了以往从二维平面视图开始的格局。从三维实体 造型开始，整个产品设计过程从草图，实体，装配，虚拟样机，到最后 自动生成二维工程图。它主要的特点是；基于特征、全尺寸约束、全数 据相关、尺寸驱动修改设计。三维设计的真正意义还在于进一步的专业 化应用。比如三维CAD技术创建的是参数化的模型，可以提供进行有限 元分析的原始基本数据，进而实现产品的优化设计。 10
18
2 PPR模型
为了在汽车、飞机等产品研制过程中，将产品设计部门、工艺设计 部门、加工部门等进行有效的管理，以实现MBD技术，达索公司提 出了PPR模型。PPR模型由相互联系的Product（产品MBD模型）、 Process（产品工艺模型）、Resource（制造资源）组成，通过统一 的数据库进行有 效管理，如下图 所示。PPR模型 中的数据是树形 分层结构的，这 与飞机制造业中 产品的装配层次 关系和装配工艺 层次划分（分工、 站位、工序）的 关系相吻合。
3
三维设计常用软件 1、3DS MAX
它是当前世界上销售量最大的 三维建模，动画及渲染解决方案。 他将广泛应用于视觉效果，角色 动画及下一代的游戏。
2、Maya
它是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维动画软件，应用对 象是专业的影视广告，角色动 画，电影特技等。Maya功能完 善，工作灵活，易学易用，制 作效率极高，渲染真实感极强， 是电影级别的高端制作软件。
它是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息 的方法，详细规定了三维实体模型中产品尺寸、公差的标注规 则和工艺信息的表达方法。它由三维实体模型和文字、数字、 字母所描述的其他加工、装配、检测数据信息组成。
三维实体模型成为生产制造过程中的唯一依据，改变了传统 的以工程图纸为主，而以三维实体模型仅为辅助参考依据的 制造方法。
9
三维CAD技术在机械设计中的优点
1、三维设计形象、直观 设计结构的合理性让人一目了然，且能非常
直观方便的进行干涉检查，甚至可以作运动干涉分析。在设计阶段可实现 模拟装配、模拟运转，使设计更加符合实际过程。 2、可实现参数化、变量化设计 使得零件的设计可以随着某些结构
尺寸的修改而自动修改，减少重复劳动，减轻设计工作量。 3、可实现CAD/CAM集成 使CAM直接取CAD信息进行加工。即产品从 设计到制造全过程的信息集成和信息流自动化，保证加工的产品与设计精 确的吻合。 4、可对重要零件进行有限元分析与优化设计 优化设计，降低材料
6
7、Xara3D
一个简单的3D程序，你甚至不需要学习，就可以创作出用于你的 网页的高品质的3D文字标题，所有的图片全都具有光滑平整的专业品 质，它也可以创建高品质的动画GIF和AVI。 另外还有3d动画制作软件MotionBUilder和3d渲染软件Lightscape等。
7
8、三维机械设计软件： 8.1 UG NX
8.4 Catia
ATIA 是法国Dassault Systom公司旗下CAD/CAE/CAM一体化， Dassault System 成立于1981年，CATIA 是英文Computor Aided TriDimonsional Intorface Application的缩写。 在70年代Dassault Aviation成为了第一 个用户，Dassault Aviation是世界著名 的航空航天企业，其产品以幻影2000 和阵风战斗机最为著名。
21
3.3 资源模板定制
DPE里的资源是一个广义的制造资源，是参与装配过程的所有非 产品的实物元素。如：装配工装、机床设备、工具量具、人、工 艺规范、工艺知识数据等等。资源模板定制的结构如下图所示。
22
3.4 零件属性设置
在DPE中定制零件属性是为了保持与上游CAD软件设计的零件属 性相一致，方便对产品进行工艺规划，方便通过开发程序进行的 数据批量传递及数 据更新，方便工艺 设计人员查看信息， 也为数字化工艺规 程的输出及更新提 供基础。一个结点 的属性定制是分层 次的，先定义属性 页（Page），再定 义属性（Group）、 属性项（Attribute）。 零件属性结构及定 制结果如右图所示。
23
3.5 属性设置
装配大纲AO（Assembly Outline），是指导飞机装配工艺工作的 纲领性文件。其作用是根据产品的特点、企业的生产组织方式、 人力与设备的使用情 况，对整个制造过程 和企业资源的综合优 化。在DPE中， AO属 性的定制过程类似于 零件属性的定制，如 图5.8所示。AO属性定 制好以后经过校对、 审核批准以后，就要 固定AO的属性项，方 便这些属性信息从产 品MBD数据集中获取。