基于MBD的三维信息分层式管理系统研究

高妮萍

(陕西国防工业职业技术学院 机械工程学院，陕西 西安 710300)



基于MBD的三维信息分层式管理系统研究

高妮萍

(陕西国防工业职业技术学院 机械工程学院，陕西 西安 710300)

分层式产品信息管理作为MBD技术的核心部分，对产品进行完整的数字化信息定义起重要作用。该项技术是波音公司在原有技术基础上充分融合研制飞机时所使用的数字化制造技术，产生的新一代分层式数字化模型定义技术。要求分层式的产品信息和数据库互联，生成产品逻辑上完整统一描述，在当前不完善的MBD基础上，使用XML标记语言的组织内容集成方式，来扩展MBD技术的信息内容，实现了MBD三维模型在分层式环境下全面的数据管理，并利用数据库技术和NX软件，设计开发分层式基于MBD的信息数据定义与管理系统。将MBD技术应用于三维标注系统，对三维模型实现了全面的数字化定义。

MBD技术；设计信息；软件开发

1　MBD信息采集

机械产品从设计到制造过程中的信息管理，一直是先进技术制造研究的重要内容。国内外(如波音公司等)已经有许多企业开始研究与应用MBD技术。随着先进制造技术的发展，数字化机械制造产品信息的定义成为研究的方向，这就使得基于模型定义MBD的技术逐渐成为数字化先进制造方向的重要领域[1]。对产品设计信息在传递到应用的过程中采用分层式的组织管理方法，可实现产品从设计部门到制造部门信息的一系列传递和应用过程的准确性、完整性与快速性。目前，大多数项目的研究和制造过程还是以传统的二维图样为主，把数字化的三维模型作为补充信息，这种方法的缺点是中间所有的数据信息在传递和存储的过程中花费比较高，没有完整的数据组织系统，产品信息的有效使用率低下[2]。空客A320和波音737—NX飞机在设计中采用新的设计方法、先进的生产技术和信息管理技术，创新点在于大范围使用数字化的三维模型，而把纸质的二维图作为制造过程中补充信息的方法。波音公司在787项目中，完全使用了先进的MBD技术[3]。

本文将在分层式环境下，针对MBD设计信息的特点，通过XML标记语言结合数据库管理系统，实现分层式产品信息的集成过程的组织与管理。

分层式三维模型产品信息包括产品从设计、制造、工艺、检验、过程管理、属性、注释和实体模型等各方面的信息及在信息的传递与应用过程中的组织与管理[4-5]。MBD技术主要是将三维模型的数据信息进行定义，但是不包括产品数据信息的过程管理过程。图1所示为补充后的三维模型MBD数据结构。

图1　MBD零件模型

由图1可知，MBD零部件模型包括制造工艺、三维注释、设计模型、属性及过程信息以及装配工艺等，建立数学模型如下：

2　基于MBD设计信息的制造模型

MBD设计信息的制造模型包括状态层、特征层、元素层和数据层，具体如图2所示。

图2　MBD制造模型

3　分层式模型信息管理系统

分层式模型信息管理系统将MBD模型信息进行系统划分、层级组织与管理，主要采用XML标记语言格式的数据转换，集成整个产品信息[6]。在MBD技术的基础上，进行三维标注系统的设计，主要包括工艺信息中的公差标注，属性信息中的注释部分标注，过程信息中的原料使用、价格、完成进度和存在问题等方面进行注释。

分层式MBD信息补充是将补充的集成产品数据信息以XML格式储存，以实现三维模型MBD数据集成[7]。MBD零件模型数据集成流程图如图3所示，具体步骤如下。

1)用户界面设计。用户需要MBD模型编号检索三维模型数据信息。

2)判断检索数据是否与模型信息一致。正确继续向下进行，错误返回第1步。

3)将数据信息转换为XML文档格式并存储，不同模块数据信息需加以区分，分成设计部分、工艺部分和制造过程部分等。

4)通过NX软件的二次开发工具API函数，实现对三维模型初始化。建立MBD模型各部分数据类及数据信息位置，方便数据信息写入三维模型。

5)数据信息的写入。将不同模块、不同层级的全部数据信息写入MBD三维模型中，实现不同层级三维模型数据信息完整化集成。

图3　MBD数据集成流程图

分层式模型信息管理系统原理图如图4所示。本文利用NX/open、NX/OpenAPI、NX/OpenMenuScript和VisualC对NX系统进行二次开发。利用数据库对原有的MBD模型信息进行补充，添加过程信息、属性信息及部分工艺信息[8-9]。根据模型不同，需要添加不同模块层级的信息，并将补充的集成产品数据信息以XML格式储存于三维模型中，将产品数据信息进行分层式组织管理。

图4　分层式模型信息管理系统原理图

4　结语

本文主要对MBD模型信息进行分层式管理，对产品进行数字化定义，保证信息的完整全面性，通过建立产品信息的数学模型，对MBD模型信息进行补充，将数据集通过XML格式进行转换，实现MBD模型数据信息集成，在NX环境下结合API开发软件，实现产品信息的分层式管理系统。从零件三维模型设计到产品的加工整个过程，三维模型信息实现分层式系统管理。该系统主要有产品模型设计、工艺设计和零件装配等内容，进行分层式管理与组织。

[1] 杨涛. 基于模型定义的飞机全三维设计实现技术[J].航空制造技术, 2013(8):26-31.

[2] 李婷婷，刘俊堂，张永辉.MBD技术在大飞机研制中的应用[J]. 航空制造技术，2014(17)：88-92.

[3]AlemanniM,DestefanisF,VezzettiE.Model-baseddefinitiondesignintheproductlifecyclemanagementscenario[J].InternationalJournalofAdvancedManufacturingTechnology, 2011, 52(1/2/3/4):1-14.

[4]ASME.Y14.5-2009Dimensioningandtolerancing:Engineeringdrawingandrelateddocumentationpractices[S].NewYork:ASMEPress, 2009.

[5] 田福军，田锡天，李洲洋，等.基于轻量化模型的CAD/CAPP系统集成技术研究[J]. 计算机集成制造系统，2010, 16(3)：521-526.

[6] 陈兴玉，张红旗，陈帝江，等. 复杂机电产品全三维工艺设计方法[J].雷达科学与技术，2010(5)：474-479.

[7] 冯延延，金霞，王珉，等. 基于MBD的飞机装配工艺模型设计[J].飞机装配技术，2010(24)：95-98.

[8] 周秋忠，范玉青.MBD技术在飞机制造中的应用[J]. 航空维修与工程，2008(3)：55-57.

[9] 潘康华，陆江峰，邵兰英.MBD技术的发展历程与展望[J].机械工业标准化与质量，2013(2)：15-17.

责任编辑郑练

Research on Three Dimensional Information Management System based on MBD

GAO Niping

(School of Mechanical Engineering, Shaanxi Institute of Technology, Xi’an 710300, China)

A hierarchical product information management which as a core part of MBD technology plays an important role in completing the definition of digital information products. It is a digital manufacturing technology based on the original technology fully integrating of the development of aircraft of Boeing company, and it’s also the new generation of layered model definition digital technology. It requests hierarchical product information and database connecting, and generates the integrated product description logically. On the basis of the current imperfect MBD, the organizational content integration method uses XML markup language , use it to expand the information content of MBD technology, implementing the MBD three-dimensional model in layered environment of data management comprehensively, and use the database technology and NX software to design and develop a hierarchical based on MBD. The MBD technology is applied to the 3D marking system, and define the 3D model in the aspect of digitizing completely.

MBD technology, design information, software development

TP 391.7

A

高妮萍(1989-)，女，硕士研究生，主要从事数字化集成等方面的研究。

2015-12-08