简化尺寸标注的MBD设计方法研究与实践

0 引言

    随着三维数字化技术的不断推广应用，MBD(基于模型的定义)数字化设计与制造已成为航空制造业信息化的发展趋势。MBD技术是用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法，产品的结构、几何、标注、工艺、制造、管理等信息均附着在三维综合化模型中，直观有效地表达了产品的设计意图。三维模型成为设计制造信息表示的唯一载体，改变了传统以二维工程图纸为主，以三维实体模型为辅的制造方法。MBD模型不仅易于工程人员理解，也易于被计算机解读，有效地解决了设计制造一体化问题。

    从国内外MBD技术的应用情况来看，MBD技术相比传统的设计方式有着巨大优势，但相比国外，当前我国机械产品制造业中MBD技术的应用还处于探索阶段，存在着一些问题，例如缺乏统一的MBD标准和管理规范，MBD数据集的“数字化”程度不高等。另外在航空发动机的设计工作中逐渐体会到，对于结构复杂的产品或大型装配件，MBD三维模型标注信息量过大，信息表达和提取十分困难，经常会出现因信息量杂乱无章而导致的“刺猬”现象，不但占用了大量的标注及校对时间，设计质量的保证也会更加困难。

    为解决“刺猬”现象，本文在借鉴国内外三维标注简化方法的基础上，结合实际设计工作，进行了简化尺寸标注的MBD设计方法研究与实践，探索了1种可以减少设计工作量，提高设计效率和质量，在现有加工水平条件下可方便转化为工艺文件并完成加工的MBD设计方法。

1 国内外企业三维标注简化情况分析

    1.1 美国军用标准

    美国军方于2013年发布了MIL-STD-31000A《技术数据包》，该标准根据模型的不同用途规定了不同详细程度的MBD标注方法。如果模型作为原型，则仅需最小级别的标注；如果设计需要进行二次操作，模型仅用于首次操作，则仅需定义部分标注；如果设计需要由外部供应商制造或交付给用户，则需要进行完整标注。不同类别模型MBD标注的内容见表1。

表1 不同类别模型MBD标注内容

    1.2 波音公司标准

    在波音公司基于CATIA建模要求的系列标准中对具有复杂外形的零件也给出了产品定义方法，包括等厚度，筋壁、腔壁、腔底的拉伸厚度，机加台阶定位，外部曲面，筋、肋、腹板的简单外部轮廓以及半径等典型结构的标注。其标注主要有2种方法，一种是在模型或图样上标注表面轮廓度，另一种是使用通用注释方法。标准对通用注释进行了标准化，即提取出能够通过制定规则进行简化的同类标注信息，将其整理归纳为默认规则而省去其在模型上的标注。

图1 最小/概念模型标注图例

图2 部分/设计模型标注图例

图3 完整/制造模型标注图例

    1.3 国内飞机产品定义中的尺寸标注简化

    国内飞机产品定义中也有对尺寸标注进行简化的应用实例，部分尺寸在三维模型中可不标注（如按一般公差制造的尺寸等），但需注明公差的尺寸（包括基本尺寸和公差）、形位公差、表面粗糙度、螺纹、结构要素（如板材和型材下陷等）等必须进行标注。

    这些标注信息简化方式一方面有效地提高了MBD标注的效率，另一方面明确了关键的重要尺寸，使信息的读取更加简便，也为后续的加工制造带来了方便。