基于模型的定义(MBD)设计资源库的建设与应用

朱金荣，胡秦赣，廖子祥

(中国直升机设计研究所，江西景德镇 333001)

0 引言

信息技术标准化［1］是指在开发和利用信息技术的各种实践活动中，通过制定、修订、管理、宣贯和实施各种信息技术标准，达到各单位需要的统一局面，以获得最佳经济效益和社会效益。信息技术标准化是围绕信息技术开发、信息产品的研制和信息系统建设、运行与管理而展开的一系列标准化工作。其中，信息技术标准是开展信息化活动的基础和核心，而标准化信息资源库的构建与应用作为通用基础，则是保障信息化综合效益，提升工程化应用水平的基石。

在某型号数字化研制的最新实践——应用“基于模型的定义(MBD［2］，Model Based Definition)”技术中，标准化不仅通过制定、宣贯和实施MBD标准，保障型号全新的数字化研制，而且通过升级、改造和拓展各项设计资源库，实现MBD的单一数据源、规范化和集成化等应用要求。在设计资源库的建设和应用中，积极贯彻集团公司基础数据库的建设标准，在功能结构、接口设计、编码定义和数据格式等方面符合通用化、统一化要求，使设计资源库具备与集团对接的能力和在行业内推广的潜力。

1 MBD设计资源库的建设

MBD是波音公司在787项目上采用的全新三维研制方式，是产品数字化定义技术的一大飞跃。MBD主要是通过多种信息集成方式，实现以三维实体模型完整表达产品定义信息，即以标准的形式详细规定三维实体模型中产品尺寸和公差的标注规则、技术和工艺信息的表达方法，在设计、制造和装配各环节加以贯彻实施。具体应用在某型号的数字化定义中，不仅是取消二维图样，对产品模型进行三维标注，将其直接传递给制造部门，而且要实现MBD数据定义的规范化、集成化以及MBD数据集的单一数据源管理。

为达到上述目标，标准化部门在制定MBD标准及MBD模板的同时，针对设计资源库的MBD应用要求，大胆探索，发挥标准化基础资源库开放性和扩展性优势，升级标准件数据库，改造材料数据库，拓展开发技术注释数据库，以实现MBD数据规范化、集成化定义，保障MBD数据集的完整性和唯一性。

1.1 升级标准件数据库

在MBD技术应用之前，通过“航空工业三维数字化通用零部件/标准件库”项目已经建立了基于CATIA V5 CATALOG(一种CAD系统的零件集管理工具)的三维实体工程设计工程应用的数据库，该标准件库可为CATIA V5(一种CAD系统)提供无缝连接、直接集成的应用环境。但是随着MBD技术的应用，仅采用传统的CATALOG进行标准件三维数模的管理难以满足某型号使用要求。为了提高设计效率、缩短产品研制周期，需要针对MBD应用要求全面升级标准件数据库。

升级的标准件数据库，应用国际通用的标准件分类方法进行数据组织和管理，采用了便于理解和操作的树形目录视图界面，使得操作简捷而高效。对具体功能进行了全面优化，具体如下:

1)优化了查询方法，可根据标准号、标准件名称、材料、性能等级、规格等属性进行方便灵活的查询检索;

2)扩充了标准件图文管理功能，把标准件的三维模型与详细规格尺寸信息结合在一起，用户在设计过程中对标准件进行选型后即可得到该规格的模型文件;

3)补充了型号管理功能，能够方便快捷地形成型号可选标准件列表，满足型号标准件管控要求;

4)提高与三维CATIA的集成效率，把客户端程序加载到CATIA的软件界面中，设计人员在VPM系统(一种产品数据管理系统)中可快速调用标准件数据库管理系统中的标准件;

5)完善了管理流程，标准件的数据导入、导出、更改等更简单、快捷，而且为了保证数据质量，对即将发布供型号使用的标准件数据还有审签流程;

6)增加了安全环节，对数据库的每一步操作都有迹可查，可进行实时追踪，技术状态清晰;

7)提供了交流平台，系统管理员和用户之间、用户与用户之间有沟通交流的渠道。

系统功能框架见图1。

标准件库的数据项涵盖了直升机常用的国内、国外标准件，目前入库的标准件有300多种，规格数量达到13400多项，完全能够满足型号的设计需求。标准件模型也采用MBD方式进行定义，符合集团有关标准的要求;此外还通过参数化建模和参数化驱动，生成标准件的所有规格的模型，并能显示出每一个规格标准件的所有业务属性:标准件实例名、标准件名称、标准件标记、标准件级别、标准件类别、标准号、规格、表面处理、集团公司物品码、重量等，如图2所示。

图1 系统功能框架

同时，标准件数据库管理系统作为唯一的数据源，为VPM系统和紧固件快速设计系统提供数据，并能保持同步更新，保证设计人员调用的标准件处于最新状态。标准件数据库管理系统作为独立的数据源，包含的标准件规格品种齐全，只要接口程序建立，便可根据需要进行批量添加，然后批量导入VPM，简单快捷。接口架构如图3所示。

图2 标准件MBD模型

图3 接口架构

1.2 改造材料数据库

材料数据库是设计类基础数据库之一，是构成型号BOM(物料清单)的最基本要素。以往型号零部件的材料选用(包括品种、规格、标准等)及相关信息是在LCA系统(VPM系统早期)中进行管理，与CATIA模型没有直接关联。而某型号采用VPM系统进行数据管理，应用MBD技术，原材料数据库已不适应该型号的应用要求，为此，基于MBD使用环境全面改造材料数据库。MBD材料数据库功能框架如图4所示，其功能简要如下:

1)型号管理功能，能够方便快捷地形成型号可选材料列表，满足型号材料管控要求;

2)材料数据导入及修改功能，型号材料实例表列出所选型号所有零件用材料，管理员可通过导入数据表文件、手动创建和从通用材料数据库选择添加的方式添加材料实例记录，并可直接在实例表中修改实例信息。

3)型号材料实例表提供查询、导出和统计功能，能根据材料牌号、材料名称、品种代号、规格尺寸等属性对材料实例进行查询，导出功能把表中的内容导出生成数据表文件和CATIA材料库文件，统计功能对材料实例的数量进行统计。

4)CATIA客户端提供添加材料功能，系统根据当前零部件所在的型号列出该型号的材料实例表，选择一个材料实例赋予当前零件，根据MBD材料表达方式自动创建材料节点及其子节点。

1.3 开发技术注释数据库

国内，MBD技术应用处于起步阶段，没有成熟的技术注释管理系统，二维图样上的技术注释没有管理规范，针对技术注释描述或要求的更改时有发生。国外，波音公司采用的iPSM系统(集成产品标准管理系统)包含技术注释库内容，但没有对技术注释进行完全管理，只对表面处理、热处理、焊接等技术注释加以控制，设计人员仍可以直接在数模上标注和修改技术注释。

技术注释:技术注释是在产品设计过程中，设计需要对制造以及后续环节提出的产品技术要求，如热处理、表面防护、标印、引用的工艺规范和技术条件等信息。

根据技术注释在新型号中应用的业务需求和技术注释管理需求，以及计算机软、硬件资源合理利用要求，技术注释数据库系统设计成由技术注释库管理系统和技术注释应用系统两部份组成。系统架构设计如图5所示。

根据技术注释的分类，若每一注释类别均设计成一个子库，在使用和管理上会造成不便。可按照功能和同类相近原则，对技术注释进行管理合并，如表面处理注释和表面涂层注释合在一个库管理，密封注释和隔离注释合在一个库管理等，一共分成16个技术注释子库模块，见图6。

图4 MBD材料数据库功能框架

图5 系统架构

图6 技术注释库模块

在编码规则设计上，为今后与集团公司的技术注释库整合，达到全行业的统一，直升机所技术注释编号设计与中航工业集团的技术注释编号规划保持一致，对直升机技术注释数据库系统技术注释编码进行了规划，注释编号由对象类别，注释类别，明细类别和顺序号构成。

技术注释库的MBD数据表达形式见图7。

图7 技术注释库的MBD数据表达形式

2 MBD设计资源库的应用

通过标准件数据库、材料数据库和技术注释库的整体建设，型号标准化工作从“事后、事中”走到了“事前”，即在型号方案阶段，就要将设计的选用范围进行信息化，以保障各阶段设计的顺利展开。从中，型号标准化水平也得到了质的提升，优化了标准件的品种和规格，控制了材料的选用范围并统一了材料数据性能出口，规范统一了技术注释，从而提高了型号设计质量。

2.1 标准件数据库的应用

以前，要在VPM系统里添加一个标准件，必须挨个填写标准件的所有业务属性，然后将画好的CATIA模型导入，步骤多，耗时长，而且出错率高，特别是通过衍生创建的标准件。而使用升级后的标准件数据库管理系统，通过查询找到相应规格的标准件，添加型号属性后，点击导入VPM系统即可，标准件的所有业务属性会完全自动映射到VPM系统上显示出来，再也无需人工编辑，简单、快捷。

升级后的标准件数据库管理系统功能完备，数据齐全、规范，涵盖了直升机常用的国家标准、航空标准、企业标准和国外标准，满足新型号上关于标准件的MBD技术使用要求。标准件数据库管理系统是独立数据源，可同时为多个型号提供标准件，而且系统数据检索、输入、输出和更新等方面的操作简单、快捷，省时省力，大大提高了工作效率;另外，系统还设置了审签流程和权限控制，保证了工作质量。

2.2 材料数据库的应用

以往，设计人员在CATIA设计环境中对一个零件进行赋材时，在VPM材料库中进行检索，复制材料标识粘贴到零件材料属性下，材料与零件模型无关联关系。但是，应用基于MBD环境的材料数据库后，设计人员在CATIA零件设计环境中可直接选择点击添加主材和添加辅材按钮加载材料信息。

应用该数据库效果如下:

1)有效保证了型号设计过程中材料信息的正确、规范引用，实现单一数据源管理。

2)便捷的批量导入/导出功能和灵活的复制编辑功能，以及型号属性管理的可扩充性，极大地减少了数据库管理维护人员的工作量。

3)基于WEB的信息查询功能和CATIA环境的客户端软件，方便了设计人员快速搜索所需材料信息，并在CATIA环境中实现了材料数据的快速调用。

4)基于MBD建模对材料的表达要求，实现了结构材料材质的自动赋值、计算以及消耗性材料用量的输入，实现了最大外廓尺寸节点的创建与赋值，减少了设计工作量和错误率，有效提高了零件设计效率和质量。

2.3 技术注释数据库的应用

技术注释库系统应用效果如下:

1)技术注释标注的变革

在传统设计过程中，通常由设计人员标注在图纸右侧。采用MBD技术后，实现无图设计，过去技术注释自行添加和修改的情况不存在了，而是从注释库提取相关注释，标注在MBD数模的结构树上。

2)实现技术注释业务管理

通过技术注释库可以让标准化部门及相关的技术部门(工艺)提前介入到设计中，规范技术注释的应用;技术注释应用子系统使设计人员能通过特定方法选用技术注释数据库中的技术注释，并将其加载到MBD模型指定的附注中，实现CATIA MBD模型技术注释的高效、规范，大幅提高产品设计的技术注释质量和工作效率。

3)方便信息化自动处理

系统在总体设计时，充分考虑了后续制造环节的应用，采用统一信息编码，并提供开放式标准接口，将为制造方工艺分工、工艺设计等信息的自动化处理及设计制造信息集成提供便利。

4)提供优良的客户操作界面

在整个技术注释数据库系统建设过程中，始终秉承“人性化、客户化”的设计原则，通过在每类子库中增加帮助文档和在操作中进行提示，使用户无需培训和参考《用户手册》，即可顺畅使用。

5)形成了可共享的基础知识库

技术注释既反映设计对制造的要求，同时也反映产品设计制造的知识积累。通过技术注释库可将设计知识、经验加以总结、提炼、规范，再结合新材料、新技术、新工艺，通过统一技术注释编码，通过不断地积累和完善，形成企业的智力资产——直升机技术注释数据库，以有效规范、管理产品设计过程中的技术注释信息，并具备向行业推广的潜力。

3 结束语

信息技术标准化和标准的信息化贯穿预先研究和型号设计、开发、应用、产业化的全过程。通过开展信息技术标准化和标准的信息化，建立以MBD设计资源库为典型代表的基础数据库，提高产品设计和研制效率，确保产品质量。如同标准化在型号研制中的作用一样，“一代装备、一代标准”，“型号研制、标准先行”，信息技术飞速发展和快速应用离不开标准的技术支持。只有切实地开展信息技术标准化和标准的信息化才能从根本上提升产品研制能力，获得巨大的社会和经济效益。

［1］童友好，李 蕊.关于我国信息技术标准化建设的思考［J］.中国信息导报，2002，10.

［2］冯潼能，王铮阳，宋娅.MBD技术在协同设计制造中的应用［J］.航空制造技术，2010.(18).