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轻量化MBD技术研究应用

工业软件学习营】第期第1

【工业软件学习营】总第66讲,于2021年6月18日如期举行,本期讲师是北京瑞风协同科技股份有限公司仿真平台部技术总监,曾参与多个领域的设计仿真平台、材料库、知识库系统的建设, 有20余年软件开发和架构设计经验,重点研究方向为大数据技术与文本挖掘技术的。

本期课程重点分为以下四个方面:什么是MBD、模型轻量化需求、关键技术分析、MBD模型轻量化案例。

一、MBD

 1.MBD定义

  • 基于模型的设计 (Model Based Definition),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体,它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。主要包含几何尺寸、三维标注和属性描述三部分。
  • 波音公司在波音777 研制中引入虚拟产品开发技术(Virtual Product Development,VPD),采用数字化手段研制出世界上第一架“无纸客机”。
  • MBD 的概念最早源于美国机械工程师协会在1997 年制定的数字化产品定义数据规程,该标准由美国波音公司协助制定,美国机械工程师协会ASME在此基础上把它发展成国际标准ASME Y14.41-2003。目前, CATIA\NX\Creo等均提供对该标准的支持。
  • 波音公司在其梦想客机787 设计制造中全面采用了基于MBD 的全三维设计技术,其采用计算机辅助设计、辅助制造,并要求全球的合作伙伴同样采用“基于模型( Model Based Definition MBD) 作为整个飞机产品制造中的唯一依据。

 

2.MBD内容

  1. 几何模型
  • 几何模型是产品或零部件的理论精确形状表示,表达产品的几何形状,理论尺寸
  1. 工程注释
  • 工程注释包括尺寸和公差、形位公差、技术要求、特殊说明、通用注释等内容。其中技术要求中包含了主要的PMI信息,含有加工、检验、装配等方面的要求。PMI信息的内容、描述方式、管理和调用需要重点考虑,是实现MBD设计的重点。
  1. 产品属性
  • 产品属性包括材料、重量、设计审签和更改过程控制等方面的信息。
  1. 视图
  • 各种视图、刨面图

3.MBD数据类型

  1. 知识三个维度
  • 3D 尺寸
  • 参数
  • 注释集
  • 捕获
  • 视图
  • 几何尺寸&注释
  • 材料
  • 标题栏信息
  • 3D 旗注
  • 表面精度信息

 

 

四、零件MBD数据集

4、MBD形成航空产品研制的“单一数据源”

  • 飞机研发的各个阶段,都基于三维几何模型(CAD模型)开展飞机的设计、分析及其工艺设计与制造,包括基于模型的数值风洞和气动模型试验验证,飞机设计过程中使用分析模型(CAE模型)进行结构强度计算和试验分析等。
  • 在全机和部件方案设计阶段及详细设计阶段,CFD模型就是以飞机“巡航三维外形”为边界建立的大型气动计算模型;载荷计算、结构有限元计算建立的“型架外形”的模拟全机真实结构的计算模型。
  • 飞行控制系统、航电系统、液压系统、燃油系统等仿真分析,以及隐身、电磁兼容分析建立大量的数学仿真分析模型,这些模型都是以全机数模为单一数据源
  • MBD技术有效解决了设计制造一体化问题,使三维综合化模型成为设计制造过程中的唯一依据,打破了设计、制造壁垒,其设计、制造特征能够方便地被其他人员所理解。
  • 同样,在飞机制造过程中,工装设计、模具设计、数控加工等CAM模型)基于设计型架外形数模进行构建,形成了飞机“基于模型的制造”

6.基于MBD的协同设计、制造

  • 以主制造商为龙头,在各参研单位参与下,建立全机统一的三维全机“数字样机”,作为实现基于模型系统工程的设计制造单一数据源。
  • 实现三维设计环境下总体外形、结构、系统、工艺和工装等以三维数字样机为核心的协同设计,确保以外形为约束的结构系统设计一致性,避免在传统设计方式下,上游设计更改不能及时准确地传递到下游设计,而产生上下游设计的数据不一致,导致设计更改及制造返工等问题。

         

二、MBD轻量化需求

  1. MBD模型轻量化过程

 

 

    1. MBD轻量化关键因素
  • 模型保真度:各CAD软件使用了不同的技术来表示模型,使用边界描述模型Brep来表达形状,通过连接拓扑面、边、点来构造。面包括NURBS和Bezier面,或者相似的数学面描述。轻量化技术需要处理不同技术的模型,如果轻量化模型在内部使用的话,需要在轻量化的同时,不能改变几何或者丢失重要的工程信息。相反,如果轻量化模型用在外部,需要对几何信息进行处理编码,以近似的方式处理,如使用多边形网格或者简化曲面等
  • 源数据支持:针对诸如材料、精度、公差、推荐的制造技术等非几何信息是非常重要的,需要采取适当的技术直接保存在轻量化模型中,或者存储在单独的区别于CAD模型的文件中,可以作为经验知识的一部分用于后续的设计的。

 

  • 安全性:第一种方式是对模型数据加密,另外一种方式是对模型数据进行处理,如使用离散化的多边形,而不是实际的几何,或者通过尺寸缩放,或者是直接删除不需要的细节信息。第二种方式是数模加密。对于企业内部使用,安全性的处理不是十分必要,如果做了类似的处理,反而会影响数据分发和协同工作。
  • 文件大小:模型文件越小当然越好,相对于全特征的复杂模型,更小更简单的模型更容易分发,可以方便其他团队查看,甚至在一些更小的设备上如平板上可以查看,如针对维护人员和质检人员可以方便使用。
  • 软件支持:通过轻量化后,可以在一些低成本的模型浏览器和注释、圈阅工具上使用,节省成本。轻量化的格式数据支持的软件越多,更能够被广泛使用。
  • 开放性:轻量化数据格式越开放,越方便其他人员使用。                                                                                                                                 
  • MBD模型轻量化实例
  1. 产品全息轻量模型定义

紧固件全信息模型或者紧固件轻量模型:

  • 3dxml模型保存时的精度
  • 模型包围盒信息
  • 模型MBD信息
  • 模型质量特性

 

  1. 产品全息轻量模型功能
  • 装配全息轻量模型
  • 激活紧固件模型
  • 休眠紧固件模型
  • 加载MBD信息
  • 浏览零组件信息
  • 输出零组件报表
  • 基于全息轻量模型的场景管理
  • 零组件的切换显示\隐藏
  • 基于全息轻量模型的超级搜索

 

  1. 零组件版本更改比较
  • 比较非几何信息信息
  • 比较几何信息
  • 可以直观查看版本差异

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