MBD是這10年來制造行業(yè)的研究重點和熱點，特別是以航空制造企業(yè)為代表。MBD( Model Based Definition)是將產品的所有相關設計定義、工藝描述、屬性和管理等信息都附著在產品三維模型中的先進的數(shù)字化定義方法。從傳統(tǒng)的二維加三維數(shù)字化產品定義進化到MBD數(shù)字化定義技術，核心的轉變是原來的二維工程圖和零件表定義與應用，完全被MBD數(shù)據(jù)集（三維標注）所代替。該規(guī)范包括了從設計、工藝、生產、檢驗、質量等相關環(huán)節(jié)，其中三維工藝是建設MBD的關鍵環(huán)節(jié)。
1 國內外航空企業(yè)MBD技術的現(xiàn)狀
近10余年，隨著飛機制造技術的發(fā)展，以波音、洛·馬和空客公司為代表的飛機制造企業(yè)在數(shù)字化技術應用領域取得了巨大的成功。特別以波音公司為代表，在波音787為代表的新型客機研制過程中，全面采用了MBD技術，將三維產品制造信息與三維設計信息共同定義到產品的三維數(shù)模型中，摒棄原有的二維設計圖樣，直接使用三維標注模型作為制造依據(jù)，使工程技術人員從百年來的二維文化中解放出來，實現(xiàn)了產品設計、工藝設計、工裝設計、零件加工、部件裝配、零部件檢測檢驗的高度集成、協(xié)同和融合，建立了三維數(shù)字化設計制造一體化集成應用體系，開創(chuàng)了飛機數(shù)字化設計制造的嶄新模式。目前我國航空工業(yè)主機廠所都已經開始了MBD相關的研究和應用，分別進行了MBD相關標準規(guī)范的編制，部分廠所在某些產品的設計上都在逐步應用MBD技術，以實現(xiàn)面向制造的設計(見圖1)。
圖1 基于MBD的制造一體化平臺
在建設MBD的整個環(huán)節(jié)過程中，隨著基于MBD三維設計規(guī)范的制定和完善，為三維工藝的建設和實施奠定了基礎，三維工藝逐漸成為MBD建設的的重點和關鍵，也代表著企業(yè)生產和制造的最高水平。但大部分國內航空制造企業(yè)的現(xiàn)狀是，由于三維工藝建設過程復雜，技術難度高，特別是以機加工藝為代表，因此企業(yè)還是停留在設計采用三維，而工藝還沿用原有的二維CAPP。但二維工藝存在以下缺點和不足：
(1)二維工藝系統(tǒng)的工藝卡片主要以二維簡圖和描述信息表達為主，對于稍微復雜的工藝，這種表達方式很難進行清晰直觀有效的表達，增大生產制造環(huán)節(jié)出錯的概率，影響產品的質量。
(2)對于特征標注較多的產品，二維圖紙難以全面地表達設計信息，經常出現(xiàn)標注遺漏的情況，增加工藝規(guī)劃的難度和出錯幾率，并缺少進行工藝驗證的手段，經常在制造階段才發(fā)現(xiàn)工藝設計存在缺陷，拖延了產品交付進度。
(3)二維圖紙無法有效的利用現(xiàn)代的電子樣機技術對計產品進行虛擬仿真，更無法清晰流暢的進行各種性能分析，無法在工藝規(guī)劃階段消除問題，導致問題出現(xiàn)后續(xù)的生產制造環(huán)節(jié)，造成設計更改周期和成本的提高。
實施基于MBD的三維工藝對企業(yè)提升工藝和制造水平有著很重要的意義，它的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：
(1)基于MBD技術設計的三維產品模型，能夠最大限度傳遞和繼承設計的信息，有效減少工藝和設計理解上的偏差，降低出錯概率；
(2)通過三維仿真驗證手段，可以對產品裝配、機加過程進行全程仿真驗證，最大限度地將問題暴露在設計工藝規(guī)劃環(huán)節(jié)，降低后端更改的成本和時間；
(3)利用基于MBD的全三維產品數(shù)據(jù)，三維工藝系統(tǒng)可以實現(xiàn)三維工藝規(guī)劃功能，對于特征標注較多產品的工藝設計可以減少出錯幾率，提高工藝設計效率和準確度，同時采用直觀的三維工藝表達方式，增強了工藝信息的可讀性，提高生產制造階段的效率。
因此，實施和開展基于MBD的三維工藝對于企業(yè)提升自身的工藝和制造水平有著很大的促進作用。
2 基于MBD三維工藝的設計和實施
2.1 工藝方案設計
工藝方案中通常要劃分研究序列規(guī)劃、路徑規(guī)劃及過程仿真等過程，傳統(tǒng)的方法是將其劃分成幾個相互隔離的部分，造成了工藝規(guī)劃各部分工作結果難以及時共享，不利于提高工藝規(guī)劃效率，有悖于并行工程思想。利用DELMIA，可以使用包含MBD信息的產品模型作為唯一數(shù)據(jù)源，在同一平臺下完成序列研究、路徑規(guī)劃、過程仿真的全部內容，并且各過程之間相互關聯(lián)，可及時進行查看并做關聯(lián)修改（見圖2）。
圖2 工藝順序規(guī)劃
2.2 工藝詳細規(guī)劃設計
(1)工序規(guī)劃
工藝人員根據(jù)EBOM進行工序規(guī)劃工作：
劃分工序并調整順序：在DELMIA中添加工序，并通過PERT圖進行調整——分零組件到工序：以制造裝配的方式將零組件進行劃分，并將其關聯(lián)到工序——對工序的內容進行定義：對工序的主要內容進行描述——各工序劃分工步并定義內容：方式與工序一致——劃分工裝、工具等資源到工步：直接將PPR結構上的資源與具體操作相關聯(lián)（見圖3）。
圖3 詳細工藝規(guī)劃
(2)典型工藝模板引用
對于經常使用的裝配或加工等工藝過程，可以在DPE中定制典型裝配/加工工藝模板，并將工藝信息保存在數(shù)據(jù)庫中，而且可以進行典型工藝的添加更新。通過定制的工藝模板及腳本程序，在進行工藝編制時，可重用已有的工藝模板，按照零件特征、類別等信息快速構建裝配工藝或機加工藝，在其基礎上進行修改而非重建，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的重用，大大節(jié)省了工藝編制時間。
(3)加工過程仿真與驗證
對于需進行數(shù)控加工的零件，可以在DELMIA系統(tǒng)中進行機加工藝的規(guī)劃和模擬，驗證加工過程的合理性以及刀具可達性，并且在完成加工工藝的仿真后，可以通過后置處理程序直接生成加工NC代碼。
2.3 三維工藝文檔規(guī)劃
在完成工藝過程驗證后，工藝員開始進行詳細工藝文檔，包括裝配工藝文檔規(guī)劃和加工工藝文檔規(guī)劃。
(1)裝配工藝文檔規(guī)劃
根據(jù)工步的定義，每個工步下所劃分的零件會在系統(tǒng)自動生成一個三維視圖，并且可以自動獲取產品的節(jié)點信息。在視圖中可以添加標簽、文字說明等補充信息，可以通過放大縮小、局部詳圖、剖切、尺寸標注、高亮顯示等方式來表示當前的裝配內容(見圖4)。
圖4 裝配工藝文檔規(guī)劃
(2)加工工藝文檔規(guī)劃
填寫備料單、加工要求等信息，作為加工工藝資源庫的基礎依據(jù)（見圖5）。
圖5 加工備料單編寫示例
(3)關聯(lián)IPM模型
IPM模型是指虛擬機加仿真過程中產生的中間模型，用來描述經過特定加工步驟后加工模型的實際狀態(tài)。通過引入IPM模型，可以更好地在三維加工工藝中描述加工過程。
2.4 三維工藝文檔輸出與發(fā)布
三維工藝編制完成后，可以按照企業(yè)定制的內容與格式生成三維工藝文件，并提交到PDM系統(tǒng)進行審批（見圖6）。
圖6 三維加工工藝輸出示例
審批通過后，將三維工藝文檔輸出并發(fā)布到MES/PDM系統(tǒng)中，作為指導生產的依據(jù)。
2.5 三維工藝文檔現(xiàn)場可視化
生產現(xiàn)場可以直接瀏覽三維工藝文檔，查看產品三維模型，代替原始的二維工程圖，節(jié)省識圖時間，提高工作效率，也避免了二維工程圖的歧義描述。
3 結束語
MBD是飛機制造數(shù)字化的新階段和總趨勢，而三維工藝建設是實現(xiàn)MBD的一項重要內容，也是MBD的關鍵所在。在三維模型上進行三維工藝方案設計、三維工藝詳細規(guī)劃設計、三維工藝文檔規(guī)劃、三維工藝的卡片的輸出等，不僅提高了協(xié)同從設計部門、工藝部門和生產部門的之間的效率，更提高了企業(yè)生產制造的水平，大大縮短了飛機制造周期。
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