第2章 從MBD走向MBE

2.1 概述

當前，國內外大型裝備制造企業(yè)的數(shù)字化技術發(fā)展迅速，三維數(shù)字化設計技術得到了廣泛的應用，基于模型定義（Model-Based Definition，MBD）的數(shù)字化設計與制造技術已經(jīng)成為制造業(yè)信息化的發(fā)展趨勢。MBD是產品數(shù)字化定義的先進方法，它是指產品定義的各類信息按照模型的方式組織，其核心內容是產品的幾何模型，所有相關的工藝描述信息、屬性信息、管理信息等都附著在產品的三維模型中，一般情況下不再需要二維工程圖紙。MBD改變了傳統(tǒng)的由三維實體模型來描述幾何信息，用二維工程圖紙來定義尺寸、公差和工藝信息的產品數(shù)字化定義方法。同時，MBD使三維數(shù)模作為生產制造過程中的唯一依據(jù)，改變了傳統(tǒng)以二維工程圖紙為主、以三維實體模型為輔的制造方法。

目前，國外MBD技術的應用已經(jīng)比較成熟，如波音公司在以波音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模型中，摒棄二維圖樣，將MBD模型作為制造的唯一依據(jù)，開創(chuàng)了飛機數(shù)字化設計制造的嶄新模式。

近年來，國內大型裝備制造企業(yè)已認識到MBD技術的優(yōu)勢，并逐步開始應用MBD技術進行產品設計，并將MBD模型作為制造的唯一依據(jù)。

但僅僅是MBD還無法完全實現(xiàn)最初提出的提高大型復雜系統(tǒng)的設計質量，減少制造交貨時間，以及減少工程變更、減少產品缺陷、提高首次質量等目標。為了更好地使MBD數(shù)據(jù)在產品的整個生命周期內能夠有效充分地進行利用，很多大型裝備提供商、供應商通過不同的型號項目開始研究、驗證和應用MBE（Model Based Enterprise，基于模型的企業(yè)）方法，就是要基于MBD在整個企業(yè)和供應鏈范圍內建立一個集成和協(xié)同化的環(huán)境，各業(yè)務環(huán)節(jié)充分利用已有的MBD單一數(shù)據(jù)源開展工作，從而有效地縮短整個產品研制周期，改善生產現(xiàn)場工作環(huán)境，提高產品質量和生產效率。MBE也獲得了美國國防部、美國陸軍研究實驗室等代表客戶方單位的大力支持，并在某些大型項目中提供相關的幫助，不僅對MBD/MBE進行了系統(tǒng)的闡述和研究，同時，也通過國家項目進行資助和驗證。

美國“下一代制造技術計劃（The Next Generation Manufacturing Technologies Initiative，簡稱NGMTI）”是美國軍方和重要制造企業(yè)合作發(fā)展制造技術的計劃，旨在加速制造技術突破性發(fā)展，以加強國防工業(yè)的基礎和改善美國制造企業(yè)在全球經(jīng)濟競爭中的地位。該計劃于2005年提出，將于2016年部分完成。NGMTI計劃定義的美國下一代制造技術共有6個目標，其中第一個就是“基于模型的企業(yè)（Model-Based Enterprise，簡稱MBE）”，其發(fā)展歷程見圖2-1。“基于模型的企業(yè)”項目將由美國愛荷華大學牽頭，并由Rockwell Collins公司和雷神導彈系統(tǒng)公司資助。

NGMTI提出的“基于模型的企業(yè)”是一種制造實體，它采用建模與仿真技術對設計、制造、產品支持的全部技術和業(yè)務的流程進行徹底改造、無縫集成以及戰(zhàn)略管理；利用產品和過程模型來定義、執(zhí)行、控制和管理企業(yè)的全部過程；并采用科學的模擬與分析工具，在產品生命周期的每一步做出最佳決策，從根本上減少產品創(chuàng)新、開發(fā)、制造和支持的時間和成本。

這個被美國國防部提出的詞語和內涵，慢慢的也被很多商業(yè)公司所采納。“基于模型的企業(yè)”已成為這種先進制造方法的具體體現(xiàn)，它的進展代表了數(shù)字化制造的未來。美國國防部和國家標準和技術研究所在2009年12月舉行了“基于模型的企業(yè)”首腦會議和數(shù)據(jù)包（MBE/TDP）技術研討會。會議匯集了超過75個專業(yè)課題方向的專家，針對國防部和其供應商如何有效處理技術數(shù)據(jù)提出更改建議。未來的變化都需要支持國防部過渡到基于數(shù)字模型而不是二維圖紙的全生命周期管理。

MBE的核心內涵：基于模型的定義（Model-Based Definition，簡稱MBD）是核心；MBD數(shù)據(jù)創(chuàng)建一次并能被后續(xù)各業(yè)務環(huán)節(jié)直接使用；MBD模型作為配置的基礎，并在此基礎上對MBE的外延進行了擴展和說明，其中基于模型的系統(tǒng)工程和基于模型的維護是基于模型企業(yè)的應用和實踐方向。

MBE的相關組成主要分為三大部分（見圖2-2）：基于模型的工程（Model-Based Engine-ering，簡稱MBe）、基于模型的數(shù)字化制造（Model Based Manufacturing，簡 稱MBM）、基于模型的維護（Model Based Sustainment，簡稱MBS）。其中基于模型的工程是整個MBE實施的基礎，特別大家比較熟悉的MBD也是基于模型工程的重要組成。

2.1.1 基于模型的工程MBe

基于模型的工程是將模型作為技術基線的不可分割的一部分，包括整個生命周期中需求、分析、設計、實施和驗證的能力，豐富了以前僅以MBD作為基于模型工程的一個獨立部分，且也將基于模型的系統(tǒng)工程（Model Based System Engineering，簡稱MBSE）作為MBE的一個完善和未來的發(fā)展方向之一。

● 基于模型的系統(tǒng)工程MBSE：系統(tǒng)工程國際理事會（INCOSE）出版了系統(tǒng)工程2020年遠景規(guī)劃，提出了從過去以文檔為中心的方法轉向未來基于模型的方法的發(fā)展路徑。INCOSE MBSE制定了一個路線圖，重點標示出為實現(xiàn)2020年的遠景規(guī)劃，將MBSE的標準的制定作為努力的關鍵領域。MBSE是正式的建模應用程序，用以支持開始于概念設計階段的系統(tǒng)需求、設計、分析、驗證和確認。可以說系統(tǒng)工程（System Engineering，簡稱SE）是對整個產品的開發(fā)、部署和處置階段的設計決策的協(xié)調，MBSE是一個接口，可以被認為是“將不同階段黏合在一起”的一個系統(tǒng)化的方式。最近系統(tǒng)建模標準開始對MBSE應用和使用產生重大影響。對象管理集團（OMG）的系統(tǒng)建模語言（SysMLTM）是一種通用的，用于特定的設計、分析和驗證復雜系統(tǒng)的圖形化建模語言，在2006年由OMG采納并已被廣泛實施在MBSE支持工具中。SysMLTM是一個更廣泛的家族，是包括XML元數(shù)據(jù)交換（XMI）在內的由對象管理集團正在開發(fā)的標準的一部分。本標準規(guī)定了建模工具與XML格式文件之間的信息交互手段。ISO 10303-233應用協(xié)議系統(tǒng)工程（AP233）是一種數(shù)據(jù)交換的標準協(xié)議，以支持許多不同的SE工具之間的工程數(shù)據(jù)交換。事實上，AP233和SysMLTM的要求已在很大程度上由OMG和ISO的團隊一起保持一致，并與INCOSE模型驅動的系統(tǒng)設計工作組密切合作。模型和數(shù)據(jù)交換在推進MBSE實踐以實現(xiàn)不同建模領域的一體化水平中是必不可少的。

● 基于模型的定義MBD：是指用集成的三維模型完整地表達產品定義信息，將設計信息和制造信息共同定義到產品的三維數(shù)字化模型中，以改變目前三維模型和二維工程圖共存的局面，更好地保證產品定義數(shù)據(jù)的唯一性。

基于三維模型定義的核心是將產品三維模型打造為傳遞到下游生產活動所需詳細信息的最恰當?shù)妮d體，企業(yè)所有部門和團隊都使用三維模型作為信息傳遞途徑。

MBD數(shù)字模型的價值與產品的復雜程度成正比。如果用二維圖紙描述復雜產品，則需要很多時間來培訓使用者，以理解其復雜的結構與組織。有了三維MBD數(shù)據(jù)集，對專門技能的要求可以適當降低，使用者通過對模型進行平移、旋轉和縮放就能夠很容易地理解產品幾何特征和相應的尺寸、公差。MBD數(shù)據(jù)集還可以表示隱含的信息，進行剖切或特定的測量。在三維模型加二維圖紙的定義模式下，三維模型上并沒有檢驗要求的描述，有關產品檢驗信息標注在二維圖紙上。而應用MBD方法，可大大簡化檢驗過程，應用基于三維模型的檢驗軟件，直接讀取三維模型上的尺寸和公差數(shù)據(jù)，在編制檢驗程序時，使用者的輸入達到最小。利用便攜式的坐標測量裝置，可使檢驗深入到更多的制造環(huán)節(jié)中，能及時發(fā)現(xiàn)制造缺陷和不合格產品，在后續(xù)加工之前就將廢品淘汰，避免進一步損失。基于MBD的產品研制方法將質量保證部門納入到MBD技術體系中，使得產品設計制造形成具有反饋的封閉環(huán)，縮短了新產品研制周期，降低了研制成本。

針對MBD數(shù)字模型的表達，美國機械工程師協(xié)會從1997年1月發(fā)起關于三維模型標注標準的起草工作，以解決圖紙與信息系統(tǒng)傳輸之間的矛盾。此標準于2003年7月被美國機械工程師協(xié)會接納為新標準（ASME Y14.41）。隨后，Siemens、PTC、Dassault等公司將該標準應用于各自的CAD系統(tǒng)中，對三維標注進行了支持。作為該項技術的發(fā)起者之一，波音公司在787項目中開始推廣使用該項技術，從設計開始，波音公司作為上游企業(yè)，全面在合作伙伴中推行MBD技術。波音公司采用MBD技術后，在生產管理和生產效率上取得了本質的飛躍。

通過應用MBD技術可以為企業(yè)帶來的好處包括：

● 當制造工程師使用3D模型時，將大大減少物理樣機的制造；

● 3D工具應用將縮短30%～50%的產品開發(fā)周期；

● 標準件庫在總成裝配上應用將減少大量時間；

● 3D模型的使用將減少30%～40%的模型不一致。30%～40%的模型不一致是由2D圖紙的不準確造成。

正是鑒于MBD技術的效益和國外先進裝備企業(yè)采用MBD技術后取得的巨大成功，國內的大型裝備制造企業(yè)逐漸開始學習MBD技術，并逐步將MBD應用于現(xiàn)實生產中。但國內大型裝備制造企業(yè)對于MBD技術的學習與應用起步比較晚，現(xiàn)實生產中的應用并不成熟，需要深入研究和逐步推廣。

2.1.2 基于模型的數(shù)字化制造MBM

基于模型的企業(yè)（MBE）是由許多相關的過程組成，基于模型的數(shù)字化制造（MBM）是其中關鍵的過程之一，MBM使用基于模型的定義（MBD）過程中創(chuàng)建的模型，不僅重用MBD中所包含的產品幾何表示，還重用很多的文本或存儲在MBD模型中的“元數(shù)據(jù)”。這消除了傳統(tǒng)的以手工方式重建數(shù)據(jù)以創(chuàng)建用于生產的工藝過程定義的過程。

MBM模型用于虛擬制造環(huán)境內部進行工藝規(guī)劃設計、優(yōu)化和管理，直至提供給生產現(xiàn)場。MBM過程交付物成果包括：三維零件工藝、三維裝配工藝、數(shù)控程序、三維電子作業(yè)指導書、傳統(tǒng)的作業(yè)指導書、離散事件仿真等。所有這些活動或工作都可以在某些情況下開始并有可能在完成設計之前完成。事實上，如果使用得當，MBM允許在切削任何實物之前都能進行制造和裝配過程仿真，反過來說，這使得制造工程師可以向設計團隊提供反饋以創(chuàng)建一個可制造性更好的設計。

作為MBM中重要組成部分的基于模型的作業(yè)指導書（Model Based Instruction，MBI）是連接虛擬和生產現(xiàn)場的關鍵環(huán)節(jié)。MBI是在MBM制造過程系統(tǒng)中生成和管理的，并基于3D設計模型生成的車間工作指導書。MBI在車間現(xiàn)場消除了紙質的二維作業(yè)文檔，直接使用MBD的相關3D數(shù)據(jù)和基于三維的工藝信息。MBI和現(xiàn)場的制造執(zhí)行系統(tǒng)MES集成在一起，在MBI的主屏幕上，設置人機交互功能，可以采集及時發(fā)生的問題，并加入到數(shù)字模型中以進行未來的改進和版本管理。

通過使用基于模型的數(shù)字化制造（MBM），可以解決以下問題：

● 減少轉換產品定義到可用的工藝過程定義所需的時間；

● 通過限制或消除重建模型的需求以減少出錯的機會；

● 允許在產品正式生產制造前進行制造工藝過程的虛擬驗證；

● 允許早期制造數(shù)據(jù)向設計的反饋。

2.1.3 基于模型的維護MBS

國防行業(yè)隨著維持武器系統(tǒng)運行的時間比原來設計的越來越長，以及國防在未來越來越少的預算，迫切需要采取類似于MBS的維持技術以提高運行維護效率和降低生命周期成本。同時，隨著MBE在各類裝備制造業(yè)的實踐和實施，未來基于模型的技術應用必然會擴展到產品生命周期的維修階段。在產品和工藝開發(fā)過程中創(chuàng)建的模型和模擬仿真結果可以直接在整個產品生命周期的維護保障階段使用，給用戶和維護支持人員提供不斷向下游傳遞的3D模型和相關數(shù)據(jù)。企業(yè)價值鏈成員將使用真實世界的效果和維護/維修/故障數(shù)據(jù)來評估產品和工藝的集成作業(yè)環(huán)境，反饋給產品設計，進行產品設計的改進。

目前大型裝備維護領域還是由基于紙質及其他的非智能化數(shù)字化過程為主導，因此在維護保障領域基于模型的維護（MBS）具有節(jié)約成本的最大提升空間。當前這些過程都因為缺乏高品質的跨越整個供應鏈的集成系統(tǒng)工程數(shù)據(jù)而只能實現(xiàn)部分的優(yōu)化：

● 系統(tǒng)修改和升級。

● 定點維護，維修和大修。

● 現(xiàn)場維修和保養(yǎng)。

● 有競爭力的采購零件。

● DMSMS（Diminishing Manufacturing Sources and Material Shortages）制造源萎縮、材料短缺管理和報廢管理。

● 預測和狀態(tài)檢修。

一個基于模型的企業(yè)（MBE）的實施成功，模型必須成為企業(yè)流程中各環(huán)節(jié)協(xié)作的核心數(shù)據(jù)，該模型必須包括一個完整的產品定義，在應用上也必須是中性的數(shù)據(jù)。MBE的宗旨是：數(shù)據(jù)是創(chuàng)建一次，并能直接被所有數(shù)據(jù)使用者重復使用。該模型應該被視為系統(tǒng)記錄和配置控制的基礎。

下游業(yè)務過程中模型使用者應該使用模型參與產品開發(fā)周期的早期工作，如制造、成本和產品維護支持都可以基于模型來做，因此，模型不能僅僅包含幾何模型信息，還必須包含制造信息，比如公差配合、注釋和功能參數(shù)，以幫助溝通設計意圖。該模型必須是一個完整的技術數(shù)據(jù)包，必須包含或關聯(lián)相關的材料數(shù)據(jù)、過程規(guī)范、產品支持信息、測試和分析數(shù)據(jù)和其他文件。同時，另外一個關鍵因素是如何在組成企業(yè)的各個工程和業(yè)務部門之間有效傳遞和使用。

判斷一個企業(yè)處于MBE的哪個階段，可以從圖2-3中的一些指標進行基本判斷。該圖是美國國家標準與技術研究院從超過10家美國的大型企業(yè)及其供應商的現(xiàn)場評估，參照MBE的定義得到的一個能力指數(shù)定義，通過一套詳細的標準來定義MBE的能力，以幫助企業(yè)判斷當前的狀態(tài)并制定企業(yè)MBE的發(fā)展路線圖。

● Level 0：企業(yè)這個階段能力水平是其他各級建立的基礎。它的特點是主要依靠傳統(tǒng)的二維圖紙，有很少的地方使用3D模型。另外，事實上大多數(shù)（如果不是所有）下游數(shù)據(jù)使用者必須通過一種或多種方式來重新生成產品定義數(shù)據(jù)以有效利用上游數(shù)據(jù)。這一級別具有如下特點：

?二維工程圖為主；

?沒有或有少量三維模型；

?比較少的重用上游產品定義數(shù)據(jù)；

?手動創(chuàng)建技術數(shù)據(jù)包（Technical data package，TDP）；

?有很少或沒有與擴展企業(yè)連接；

?很少使用產品生命周期管理工具。

● Level 1：這個級別開始有效使用三維模型了。雖然仍是二維工程圖為主，但是已經(jīng)與三維模型關聯(lián)并在一起進行管理。這一級也是第一次開始重用三維CAD模型數(shù)據(jù)，盡管都是通過輸出中間格式文件來實現(xiàn)的。這個級別也由于開始重用數(shù)據(jù)而開始能夠減少錯誤率和縮短交付時間。這一級別具有如下特點：

?二維工程圖為主；

?三維模型與二維工程圖關聯(lián)；

?初始三維模型數(shù)據(jù)重用，通過輸出中性格式文件（如STEP和IGES）；

?手動創(chuàng)建TDP；

?有很少或沒有與擴展企業(yè)連接；

?很少使用產品生命周期管理工具。

● Level 2：除了使用的不再是中性文件，而是重用原始的CAD數(shù)據(jù)文件外，本級能力水平本質上與Level 1是一樣的。在有特別請求的情況下，原始CAD數(shù)據(jù)也可以被下游單位或者企業(yè)獲得。當企業(yè)內部或下游企業(yè)使用相同的產品套件并且能夠不需要數(shù)據(jù)轉換就能充分使用三維模型時，對這些模型的訪問將變得尤為重要。這進一步降低了錯誤的機會和任務交付時間。這一級別具有如下特點：

?二維工程圖為主；

?三維模型與二維工程圖關聯(lián)；

?初始三維模型數(shù)據(jù)重用，通過原始三維模型數(shù)據(jù)格式；

?手動創(chuàng)建的TDP；

?有很少或沒有與擴展企業(yè)連接。

● Level 3：這個能力級別是第一次考慮3D模型與二維工程圖的結合作為產品定義的主要來源，在這個級別模型是幾何定義，二維工程圖作為特例并且是來自于包含了相關的產品制造信息（Product Manufacturing Information，簡稱PMI）模型的輸出。采用了產品生命周期管理工具和輕量化的三維可視化文件作為交付使用，這個可視化文件是一個CAD的中性文件，并可為整個企業(yè)提供完整的產品定義，它們可以取代圖紙。這個級別由于減少了對圖紙的依賴，從而大大縮短了錯誤和交付時間。這一級別具有如下特點：

?3D模型與受控的二維工程圖為主；

?二維工程圖僅僅特殊情況下創(chuàng)建；

?模型被用于整個生命周期；

?手動創(chuàng)建的TDP；

?有很少或沒有與擴展企業(yè)連接；

?內部使用產品生命周期管理工具。

● Level 4：這個能力級別是建立在Level 3級能力基礎上。在這個級別，模型是唯一的產品定義，它也開始進一步將制造工具套件融入整個環(huán)境中，不僅僅是模型的重用，還包括各類元數(shù)據(jù)信息的直接重用。這也是進一步使用產品生命周期管理工具的結果，質量方面也是如此，最終使得在整個擴展企業(yè)中產品定義的交付實現(xiàn)了自動化。這一級別具有如下特點：

?3D模型為主；

?二維工程圖創(chuàng)建屬于例外；

?模型和元數(shù)據(jù)都集成并應用到了制造和質量領域；

?產品定義交付實現(xiàn)自動化；

?有很少或沒有與擴展企業(yè)連接；

?內部使用產品生命周期管理工具…

● Level 5：這個級別的能力是第一次成為一個真正的基于模型的企業(yè)，它同樣建立在前面幾個層級之上，但是增加了企業(yè)的連接。這樣做可以使企業(yè)的所有人都可以訪問到實時的、最新的產品定義，并可以全自動配置TDP。這一級別具有如下特點：

?3D模型為主；

?二維工程圖創(chuàng)建屬于例外；

?模型和元數(shù)據(jù)現(xiàn)在可以被整個擴展企業(yè)所訪問、使用；

?自動化的TDP配置；

?在擴展企業(yè)之間有完全的連接；

?內部和外部使用產品生命周期管理工具。

● Level 6：這是迄今為止MBE能力定義的最高水平。本級建立在Level 5級基礎之上，但是增加了大量的自動化處理，使得自動化的TDP正式交付成為可能。它也消除了所有使用二維圖紙的情況（也沒有例外）。應當指出，Level 6被認為是一個遠期目標并且目前也不知道有哪些組織已經(jīng)達到了這個水平，但并不是說技術上不可用來實現(xiàn)它。這一級別具有如下特點：

?3D模型；

?不允許存在二維工程圖；

?模型和元數(shù)據(jù)現(xiàn)在可以被整個擴展企業(yè)所訪問、使用；

?完全自動化的TDP；

?有完全連接的擴展企業(yè)；

?內部和外部使用產品生命周期管理工具。

MBE的效益在MBD創(chuàng)建并在整個企業(yè)應用時就已經(jīng)開始了，對于大型裝備的原始制造商和供應商來說，在整個MBE企業(yè)的方案、設計、驗證、制造、維護的各個環(huán)節(jié)都會帶來如下實實在在的效益：

● 縮短新訂/經(jīng)修訂的產品的交付時間，并降低了工程設計的返工周期；

● 整合并精簡設計和制造流程，降低成本；

● 生產規(guī)劃時間減少，減少生產延誤的風險；

● 提高生產過程的設計質量，減少制造交貨時間；

● 減少工程變更，減少產品缺陷，提高首次質量；

● 改善與利益相關者的合作、協(xié)同，縮減在產品的開發(fā)管理生命周期中的所有要素的周期和整體項目的成本；

● 提高備件的采購效率；

● 改進作業(yè)指導書和技術出版物的質量；

● 在維修過程中的活動中提供互動的能力，以減少時間和維護產品。

2.2 中國企業(yè)實施MBD的實踐與挑戰(zhàn)

2.2.1 MBD技術應用狀況

MBD技術采用包含了三維幾何模型、尺寸和幾何形位公差標注，以及屬性注釋等產品制造信息的單一主模型來完整表達產品定義信息，并將其作為產品制造過程中的唯一依據(jù)，從而實現(xiàn)設計、工藝、制造、檢測等各業(yè)務的高度集成。MBD技術實現(xiàn)了單一數(shù)據(jù)源，消除了傳統(tǒng)研發(fā)模式中的三維模型與二維圖紙之間的信息沖突，減少了創(chuàng)建、存儲和追蹤的數(shù)據(jù)量，保證了產品制造信息的正確、快速傳遞，從而有效地縮短了產品研制周期，減少了重復工作，提高了企業(yè)生產效率和產品質量。

隨著MBD技術應用的逐步深入，MBD技術在國外已經(jīng)得到了廣泛的認同和較為深入的應用，主要體現(xiàn)在：

● 數(shù)字產品定義相關標準的制訂和發(fā)布。美國機械工程師協(xié)會于2003年發(fā)布了ASME 14.41“數(shù)字產品定義數(shù)據(jù)實踐”標準，為MBD技術的應用設置了基本準則。該標準現(xiàn)今已經(jīng)被國際標準化組織所采用，并于2006年采納為ISO-16792“技術產品文件——數(shù)字產品定義數(shù)據(jù)實踐”標準。另外，很多企業(yè)根據(jù)自身的特點和需求，在這些標準基礎上，做了進一步研發(fā)工作，制訂了自己的標準規(guī)范，例如波音公司制訂了基于模型定義的MBD技術應用規(guī)范BDS-600系列，為順利實現(xiàn)MBD技術的應用奠定了基礎。

● 三維可視化JT文件格式標準ISO 14306發(fā)布，促進了MBD模型數(shù)據(jù)的共享和可視化。2012年12月，ISO發(fā)布了ISO 14306“三維可視化JT文件格式”標準。輕量化的JTTM數(shù)據(jù)格式可實現(xiàn)數(shù)字化三維產品數(shù)據(jù)在產品生命周期各階段的實時共享和可視化。通過JT，制造商可在支持JT標準的大量計算機輔助設計（CAD）軟件和產品生命周期管理（PLM）軟件應用之間實現(xiàn)三維產品數(shù)據(jù)（即MBD模型數(shù)據(jù)）的即時、無縫傳遞，促進各業(yè)務環(huán)節(jié)和數(shù)據(jù)的有效協(xié)同。

● MBD技術在國外眾多企業(yè)中得到應用。例如波音公司在以波音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（Product Manufacturing Information，PMI）與三維設計信息共同定義到產品的三維標注模型中，摒棄二維圖樣，直接使用三維標注模型作為制造依據(jù)，開創(chuàng)了飛機數(shù)字化設計制造的嶄新模式；某些公司開始應用主模型驅動的技術，以具有PMI三維標注的模型作為單一數(shù)據(jù)源，貫穿產品研發(fā)的各個環(huán)節(jié)；另外，也有公司提出了3D PMI的計劃，通過具有PMI的三維產品模型在產品研制各階段的應用，不斷完善企業(yè)的業(yè)務流程。

應用以主模型/PMI驅動的技術（其內涵與MBD相似）已經(jīng)成為了國外航空企業(yè)的共識，通過多個應用案例的研究，大家都認同了以PMI驅動的少圖紙或無圖紙的產品研制流程，PMI驅動的最佳實踐貫穿了整個產品全生命周期，具體包括：

● 將PMI作為需求進行描述和管理；

● 創(chuàng)建關聯(lián)PMI的產品模型；

● 基于PMI的公差仿真；

● PMI驅動的基于特征的加工；

● PMI驅動的CMM數(shù)控檢測編程；

● 將具有PMI的模型數(shù)據(jù)共享給供應商，使其更易于瀏覽查看；

● 基于PMI的裝配和3D現(xiàn)場作業(yè)指導說明；

● 基于PMI的自制或外購；

● PMI在生產/供應商處的應用；

● PMI在MRO（維護/維修）中的應用；

● 基于PMI的CMM執(zhí)行和質量記錄；

● PMI分析，規(guī)劃與實做之間的比較。

MBD技術不僅在國外得到了應用，其應用的優(yōu)勢在國內也得到實踐證明，例如：中航工業(yè)某設計研究院在某型號飛機機頭物理樣機的研制中，與制造單位合作，首次把全三維設計技術應用于型號的研制中。在此研制過程中，沒有使用一張二維圖樣，全部使用三維模型，效果顯著，得到了設計、制造及其行業(yè)內各方認可（此處內容摘自報刊、網(wǎng)絡）。

MBD技術從2007～2008年開始逐步引入國內，現(xiàn)今，在國內的應用得到了快速的發(fā)展，主要表現(xiàn)在：

● MBD技術現(xiàn)已在國內得到了極大的推崇，包括航空、航天和國防等行業(yè)都在全面研究和應用MBD技術。眾多的研究院所和企業(yè)已經(jīng)開展了MBD技術的試點應用，并已經(jīng)開始了基于MBD的產品設計模型數(shù)據(jù)的發(fā)放；部分單位還形成了自身的MBD應用規(guī)范。

● 有關MBD技術的研討和交流持續(xù)進行。近年來，有關MBD技術研究和應用的文章、資料不斷增多，例如《大型飛機數(shù)字化制造工程》就對MBD技術及其在飛機部件中的應用進行了介紹。同時，隨著MBD技術應用的深入，大家對MBD技術有了更深的認識并積累了更多的經(jīng)驗，有關MBD技術的研討和技術交流也持續(xù)進行。

● MBD技術應用標準規(guī)范的制訂正在進行。“SAC/TC146全國技術產品文件標準化技術委員會”根據(jù)目前我國機械制造企業(yè)的現(xiàn)狀及具體情況，開展了基于模型定義的標準（Model Based Definition of Standards，MBDS）的制訂工作，提出了MBDS標準的基本模型（摘自2012年SAC/TC146桂林會議MBD&S論文集），如圖2-4所示。

已經(jīng)發(fā)布的部分成熟的MBD國家標準包括：GB/T 24734-2009“技術產品文件數(shù)字化產品定義數(shù)據(jù)通則”的標準，該標準從2010年9月開始實施；GB/T 26099-2010“機械產品三維建模通用規(guī)則”標準，該標準從2011年10月開始實施；GB/T 26100-2010“機械產品數(shù)字樣機通用要求”標準，該標準從2011年10月開始實施；GB/T 26101-2010“機械產品虛擬裝配通用技術要求”標準，該標準從2011年10月開始實施。

為了制定“機械產品三維圖樣技術規(guī)則”和“機械產品三維圖樣文件管理”標準，SAC/TC146全國技術產品文件標準化技術委員會在2012年組織了分屬航空、汽車、鐵道機車、通用機械等不同行業(yè)的企業(yè)開展了MBDS標準制訂的試點工作，通過試點總結，為進一步完善標準內容提供依據(jù)。

另外，一些企業(yè)在實踐中也制訂了自己的MBD標準規(guī)范，從而幫助企業(yè)有效地推進MBD在企業(yè)中的實踐應用。

雖然MBD技術在國內已經(jīng)具有了一定的應用基礎，但與國外發(fā)達企業(yè)相比，國內的企業(yè)在此方面仍然存在很大的差距，主要表現(xiàn)在：

● 基于MBD技術的產品定義工作尚處于探索階段，大部分企業(yè)處于試點或局部應用階段；

● 以MBD為核心的數(shù)字化工藝設計和產品制造模式尚不成熟，對如何進行三維零件機加工藝設計及在制造車間的應用還沒有統(tǒng)一的認識；

● 三維數(shù)字化模型并沒有貫穿于整個產品數(shù)字化制造過程中；

● MBD的設計、制造和管理規(guī)范還有待完善；

● 三維數(shù)字化設計制造一體化集成應用體系尚未貫通。

2.2.2 MBD技術對產品研發(fā)模式的影響

基于MBD的數(shù)字化產品研發(fā)模式的內涵是關鍵業(yè)務過程的無圖紙化和全三維實現(xiàn)，這必將對以二維圖紙或二維圖紙加三維模型為數(shù)據(jù)傳遞依據(jù)的傳統(tǒng)研發(fā)模式帶來巨大的變革，其影響包括對產品設計、工藝規(guī)劃、產品制造和檢測等關鍵業(yè)務過程的影響，對供應商、合作伙伴及客戶之間交流協(xié)同的影響，對標準化、檔案、信息化等管理的影響，具體體現(xiàn)如下：

● 產品設計

?三維模型包含所有產品研制相關的信息，包括設計模型、注釋、屬性，這需要有效的工具來定義和管理；

?對三維模型上的信息進行分類管理和顯示，便于不同的人員按照不同的視圖進行快速查詢；

?面向制造的設計，確保MBD模型既反映產品的物理和功能需求，即客戶需求的滿足，又滿足可制造性，即創(chuàng)建的MBD模型能滿足制造應用的需求，在后續(xù)的應用中可直接應用；

?產品設計與工藝制造的協(xié)同，實現(xiàn)產品研制的并行協(xié)同；

?設計結果的審校模式的轉變，由基于圖樣的審校轉變?yōu)榛谌S模型的審校，并需要有相應的手段來實現(xiàn)基于三維模型的審校、圈閱及追蹤。

● 工藝規(guī)劃

工藝規(guī)劃將以三維產品模型為依據(jù)，從二維文檔卡片式工藝設計方式轉變?yōu)榻Y構化三維工藝設計方式，并且由三維可視化工序模型取代傳統(tǒng)二維工序簡圖，從而實現(xiàn)工藝設計的：

?數(shù)據(jù)來源三維化；

?工藝結果結構化；

?工序模型三維化；

?工裝設計三維化；

?工藝編制三維可視化；

?工藝仿真三維化；

?工藝輸出三維化；

?車間執(zhí)行三維化。

● 產品制造

?操作信息的展示由現(xiàn)場的終端顯示取代了圖紙；

?數(shù)控作業(yè)所占比例大幅度提高。

● 質量檢測

?基于圖樣的檢驗轉變?yōu)榛谌S模型的檢驗；

?數(shù)控檢測作業(yè)所占比例大幅度提高。

● 上、下游協(xié)同

?基于技術要求、圖樣、報告的與用戶、合作伙伴、供應商之間的交流溝通和交付方式，被三維模型的交流溝通、交付方式所取代。

● 標準化

?需要有基于三維數(shù)字化產品研發(fā)的標準規(guī)范來適應新的產品研發(fā)模式。

● 檔案和信息化平臺

?電子歸檔代替了實物歸檔；

?必須要有統(tǒng)一的PDM系統(tǒng)對三維電子數(shù)據(jù)進行有效的管理和維護。

2.2.3 MBD實現(xiàn)的挑戰(zhàn)與對策

MBD將設計、制造、檢驗、管理信息融為一體，是目前被業(yè)界普遍認同的數(shù)字化設計、制造的先進技術，是數(shù)字化制造的關鍵技術之一，是未來設計技術的發(fā)展方向。但從上述MBD技術對產品研發(fā)模式的影響可以看出，MBD技術是產品定義方式的一次革命，不僅僅要解決技術問題，更主要的是要有效解決由此帶來的對企業(yè)文化、管理體制、生產方式的沖突。MBD的實施是一項長期、復雜而又艱巨的工作，國內企業(yè)在MBD技術的應用方面還將面臨以下諸多問題：

● MBD規(guī)范，還沒有統(tǒng)一完善的MBD行業(yè)標準規(guī)范，正處于研究階段；

● 設計要求，下游部門和合作伙伴所需要的MBD文件覆蓋了很多內容，并不是所有內容都可以在CAD中由設計師進行定義，同時企業(yè)中能夠應用MBD技術的工程師、工人嚴重缺乏。

● 傳統(tǒng)習慣，傳統(tǒng)設計方法及設計習慣的阻礙與限制，特別對于制造部門，MBD的實施無疑是一場革命，將改變原有的研制流程，與現(xiàn)行生產、檢驗制度有很大的沖突。比如有些車間工人在生產工作中必須以設計圖紙為依據(jù)，實施MBD后將大量取消二維圖，使生產工作無依據(jù)。

● 設計效率，基于MBD的業(yè)務流程需要產生和管理海量數(shù)據(jù)模型和裝配，MBD包含的信息遠多于傳統(tǒng)圖紙，它涉及的具體工作也只是確定局部信息，而若缺乏有效的數(shù)據(jù)提取工具和技巧將有可能使工作效率變得更低。

● 數(shù)據(jù)傳遞，在編制者和使用者傳遞數(shù)據(jù)所選擇的機制上會給各類供應商和合作伙伴帶來壓力，是否屬于同一地理區(qū)域上的公司或者供應鏈是否是分散的？是否有合適的IT架構和查看軟件工具等。

● 不同的應用領域標準要求，使用MBD數(shù)據(jù)的人員的需求變化比較大，如需要哪些MBD數(shù)據(jù)的子集？這些數(shù)據(jù)如何顯示？

只有有效解決以上這些問題，才能進一步推動MBD技術在國內的普及應用，發(fā)揮其潛能。

以下是國內企業(yè)實施MBD時常見的挑戰(zhàn)和應對策略。

● 基于MBD的產品設計

?挑戰(zhàn)：

〇 三維模型包含所有產品研制的信息；

〇 對三維模型上的信息進行分類管理和顯示；

〇 面向制造的設計。

?應對：

〇 根據(jù)行業(yè)和企業(yè)自身特色和產品特點，定義詳細的企業(yè)標準，并按標準進行產品信息的定義和管理（見圖2-5）。

〇 充分聽取工藝、工裝、檢測人員的意見，本著便于制造和檢測的原則，建立三維MBD模型，并利用合規(guī)性檢查和可制造性檢查工具確保設計結果滿足制造的要求。

● 基于MBD模型的工藝設計

?挑戰(zhàn)：

〇 MBD模型數(shù)據(jù)的訪問與瀏覽；

〇 工藝結構的快速搭建（見圖2-6）。

〇 零件工藝中工序模型的創(chuàng)建與編輯。?應對

〇 輕量化數(shù)據(jù)的應用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速查看；

〇 典型工藝模板的應用，實現(xiàn)結構化工藝快速設計；

〇 WAV E技術和同步建模技術的應用，實現(xiàn)工序模型的關聯(lián)設計（見圖2-7）。

● 數(shù)控工序數(shù)據(jù)的編制與管理

?挑戰(zhàn)：

〇 NC加工程序的快速編制；

〇 NC加工程序的有序管理；

〇 數(shù)控加工的一次性正確制造。

?應對

〇 加工模板和基于特征加工等NC加工編程的自動化應用；

〇 基于PDM的加工數(shù)據(jù)管理；

〇 車間對加工數(shù)據(jù)的直接訪問。

● 工作指令的生成和輸出

?挑戰(zhàn)：

〇 工作指令的正確獲取；

〇 工作指令的靈活呈現(xiàn)。

?應對：

〇 獨立文檔：2D-PDF、3D-PDF、紙質；

〇 在線文檔：EWI（電子作業(yè)指導書）。

● 基于MBD的FAI檢驗計劃編制

?挑戰(zhàn)：

〇 質量規(guī)劃中尺寸、注釋和幾何形位公差的提取和錄入；

〇 被檢對象的編號和拷屏圖像。

?應對：

〇 利用BCT自動提取PMI信息，將其存入Teamcenter作為對象管理，并按AS9102生成檢驗計劃表格。

2.2.4 MBD的實施建議

MBD技術是產品定義方式的一次革命，MBD的實施是一項長期、復雜而又艱巨的工作，涉及信息化平臺的支持、標準規(guī)范的建立、管理模式和人員培養(yǎng)等各方面。

● 有效的產品數(shù)據(jù)管理平臺是成功應用MBD的基礎。產品數(shù)據(jù)管理平臺是產品研發(fā)的基礎平臺，支持產品研發(fā)的核心業(yè)務流程。將三維設計軟件（如NX軟件）存放于與之高度集成的產品數(shù)據(jù)管理平臺系統(tǒng)中，才是實現(xiàn)MBD的唯一途徑。

● MBD模型的建立應與MBD標準和規(guī)范的建立緊密關聯(lián)。需要針對各種不同的典型零部件，詳細定義每種零部件的標準建模過程和方法，形成規(guī)范，并貫徹執(zhí)行，確保三維模型的一致性以及三維建模的質量。

● 全面應用主模型技術是實現(xiàn)MBD的關鍵之所在。

● 數(shù)字化樣機的建立將使MBD應用擴展到整個協(xié)同環(huán)境。基于輕量化模型的可視化，可以進行整機查看，便于在早期驗證更多的問題，在整個企業(yè)流程中實現(xiàn)“可視化”。

● 知識的捕獲和重用（聚焦設計）是實現(xiàn)三維設計的路徑。

● MBD要求實施基于設計/制造的并行協(xié)同流程。

為了順利實施MBD，逐步實現(xiàn)從傳統(tǒng)產品研發(fā)模式到MBD模式的平穩(wěn)過渡，建議采用總體規(guī)劃，分階段由點到面，最終實現(xiàn)全企業(yè)MBD應用，即實現(xiàn)基于模型的企業(yè)MBE（Model Based Enterprise），如圖2-8和圖2-9所示。

● 第一階段：打下基礎

?MBD標準規(guī)范定義；

?宣傳貫徹MBD概念；

?對應工具培訓；

?典型零部件MBD實現(xiàn)。

● 第二階段：擴展

?MBD標準規(guī)范完善；

?典型型號基于MBD設計實現(xiàn)；

?典型型號基于MBD工藝實現(xiàn)；

?典型型號基于MBD制造實現(xiàn)；

?典型型號基于MBD檢測實現(xiàn)。

● 第三階段：整合實現(xiàn)MBE

?所有型號基于MBD的實現(xiàn)；

?完善MBD/MBE標準規(guī)范。

2.3 MBD標準規(guī)范及在西門子軟件系統(tǒng)中的實現(xiàn)

2.3.1 ASME Y14.41簡介

ASME Y14.41-2003“數(shù)字產品定義數(shù)據(jù)實踐”標準的開發(fā)最初是于1997年1月份在堪薩斯州由波音公司主辦的一個會議上提出的，并在隨后的1997年ASME春季會議上組成了項目成員，并開始了該標準的起草定義。

該標準為基于三維的數(shù)字化產品定義設置了基本準則，為三維數(shù)據(jù)貫穿設計、制造和檢測的全方位應用奠定了基礎。該標準于2003年7月被批準為美國國家標準，開始推廣執(zhí)行。

ASME Y14.41-2003“數(shù)字產品定義數(shù)據(jù)實踐”標準包含了以下10部分：

● 通用描述

● 數(shù)據(jù)集的標識與控制

● 數(shù)據(jù)集要求

● 設計模型要求

● 產品定義數(shù)據(jù)通用要求

● 注釋與特殊符號

● 模型值與尺寸

● 正負公差

● 基準的應用

● 幾何公差

ASME Y14.41-2003“數(shù)字產品定義數(shù)據(jù)實踐”標準既適用于純三維產品研發(fā)模式（Model Only），也適用于三維和二維混合的模式（Model and Drawing）。

● 產品定義數(shù)據(jù)集（見圖2-10）。ASME Y14.41-2003對完整地定義產品的數(shù)據(jù)進行了描述，除了模型數(shù)據(jù)、修訂歷史等之外，還包括材料、工藝、分析數(shù)據(jù)、測試要求等相關數(shù)據(jù)。針對全三維模式，可以不需要圖紙。

● 模型數(shù)據(jù)（見圖2-11）。模型

數(shù)據(jù)包括：設計模型、注釋、屬性，其中注釋是不需要進行查詢等操作即可見的各種尺寸、公差、文本、符號等；而屬性則是為了完整地定義產品模型所需的尺寸、公差、文本等，這些內容在圖形上是不可見的，但可通過查詢模型獲取。

模型數(shù)據(jù)的管理需要數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)來提供數(shù)據(jù)集的控制和跟蹤信息，包括對數(shù)據(jù)工作狀態(tài)、評審狀態(tài)、發(fā)布狀態(tài)的控制，數(shù)據(jù)的存儲、數(shù)據(jù)版本歷史的記錄等。

2.3.2 ISO-16792簡介

國際標準化組織采用了ASME Y14.41-2003“數(shù)字產品定義數(shù)據(jù)實踐”標準，并于2006年12月使其成為ISO標準，發(fā)布了ISO-16792“技術產品文件——數(shù)字產品定義數(shù)據(jù)實踐”。

ISO-16792標準包括以下11個部分：

● 范圍

● 標準引用

● 術語與定義

● 數(shù)據(jù)集的標識與控制

● 數(shù)據(jù)集要求

● 設計模型要求

● 產品定義數(shù)據(jù)通用要求

● 注釋與特殊符號

● 模型值與尺寸

● 基準的應用

● 幾何公差

ISO-16792標準的內容與ASME Y14.41-2003的內容一致。

2.3.3 GBT 24734-2009簡介

全國技術產品文件標準化技術委員會（SAC/TC146）于2009年根據(jù)ISO-16792“技術產品文件——數(shù)字產品定義數(shù)據(jù)實踐”標準，發(fā)布了GBT 24734-2009“技術產品文件——數(shù)字化產品定義數(shù)據(jù)通則”標準。

GBT 24734-2009標準包括以下11個部分：

● 術語和定義

● 數(shù)據(jù)集識別與控制

● 數(shù)據(jù)集要求

● 設計模型要求

● 產品定義數(shù)據(jù)通用要求

● 幾何建模特征規(guī)范

● 注釋要求

● 模型數(shù)值與尺寸要求

● 基準的應用

● 幾何公差的應用

● 模型幾何細節(jié)層級

GBT 24734-2009標準除了幾何建模特征規(guī)范和模型幾何細節(jié)層級兩部分內容外，其余與ISO 16792標準的內容一致。

GBT 24734-2009標準的幾何建模特征規(guī)范部分給出了三維CAD應用中幾何建模特征的術語和定義、分類等方面的規(guī)范化要求。它將幾何建模特征分為基本建模特征、附加建模特征和編輯操作特征幾大類，如圖2-12所示。

GBT 24734-2009標準的模型幾何細節(jié)層級部分規(guī)定了產品數(shù)字化定義過程中三維模型的標準級表示、簡化級表示和擴展級表示（見圖2-13），以及螺紋、孔、埋頭孔、倒角、溝槽、齒輪、軸承和螺紋彈簧等的各級表示要求。

● 標準級表示。在標準級表示中，對識別功能目的所需的幾何形狀和設計細節(jié)進行建模或顯示。除非有特別說明，否則對小于最大長度0.5%以及表達功能目的所不需要的元素可不建模或不顯示。

● 簡化級表示。在簡化級表示中，只有零件或裝配體的基本形狀需要建模或顯示。倒角、溝槽、刻痕等元素以及內部細節(jié)不需要建模或顯示。

● 擴展級表示。在擴展級表示中，所有的零件組成、模型特征的建模或顯示都應能表現(xiàn)其完整的細節(jié)。在滿足功能需要的前提下，建模或顯示的精度可以低于零件或模型特征的實際形式。除非有特別說明，小于最大長度0.1%的元素可不建模或不顯示。有限體積的內部細節(jié)只有在必要時方予顯示。

2.3.4 基于西門子軟件的MBD規(guī)范

以上ASME Y14.41、ISO-16792和GBT 24734標準從立法的角度使三維模型的使用合法化，三維模型作為被這些標準批準的產品與制造信息的傳遞工具，貫穿產品的整個生命周期，促進產品研制過程的改進。

但是，這些標準只是規(guī)定了三維數(shù)字化產品定義的原則和基礎框架，對具體操作層面的內容并沒有規(guī)定。全三維數(shù)字化產品研發(fā)模式MBD的實現(xiàn)，離不開具體的產品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和CAD/CAM等信息化工具，為了確保MBD技術實現(xiàn)的可操作性，需要針對特定的信息化工具和企業(yè)自身的情況，在ASME Y14.41，ISO-16792和GBT 24734標準規(guī)定的框架下詳細定義MBD技術的應用規(guī)范。

西門子工業(yè)軟件公司的Teamcenter+NX已經(jīng)被眾多的企業(yè)作為實現(xiàn)MBD技術的信息化平臺，在國內外得到了廣泛的應用，很多企業(yè)制定了基于Teamcenter+NX的MBD技術應用規(guī)范，例如以中航工業(yè)沈陽發(fā)動機研究所牽頭制定了“基于模型的定義UGNX實施指南”規(guī)范，對在Teamcenter+NX進行三維幾何模型的創(chuàng)建、三維標準的表達、數(shù)據(jù)的組織和管理等都進行了規(guī)范。下面是相關規(guī)范中的一些內容。

● 基于MBD應用的NX三維模型的通用要求：

?最終的交付模型應為滿足產品設計要求的完整、精確三維模型。

?三維模型應按1∶1 比例全尺寸建模。

?除特殊要求外，三維模型應按名義尺寸建模。

?除特殊要求外，零件模型應為單一實體模型。

?一個NX部件文件只能定義一個零件模型，產品裝配應使用UGNX裝配功能實現(xiàn)。

● 基于MBD應用的NX三維標注的要求。

?三維標注應基于NX的PMI功能定義。

?三維標注信息應直觀、明確。

?三維標注信息應與其標注對象保持關聯(lián)。

?三維標注信息應標注在合理的標注平面上。

?三維標注信息應建立在其指向的模型元素附近。

?在視圖方向上查看標注時，標注不應相互重疊。

?在視圖方向上查看標注時，標注文本不應遮擋模型的關鍵部位。

?應盡可能以較少的視圖和標注表達產品的完整信息。

?三維標注應以視圖進行組織和管理。

● 屬性定義。通過NX的屬性定義來給定文件屬性和對象屬性。

2.3.5 基于西門子軟件的MBD應用系統(tǒng)

標準文檔和規(guī)范文檔需要融入MBD的信息化平臺當中，才能得到充分的貫徹和執(zhí)行。基于西門子軟件的MBD應用系統(tǒng)是易之恒軟件技術有限公司（http://www.njplm.com）針對MBD在數(shù)字化設計與工藝中的應用，運用NX OPEN、ITK等開發(fā)工具，將MBD的相關標準和規(guī)范融入NX與Teamcenter平臺中，通過定制國標化、規(guī)范化、流程化、自動化的工具，幫助客戶在已有的PMI技術基礎上，方便快捷地完成各流程的設計與定義。

基于西門子軟件的MBD應用系統(tǒng)包括MBD三維設計系統(tǒng)、MBD三維工藝系統(tǒng)、MBD標準檢驗系統(tǒng)三部分。

1.MBD三維設計系統(tǒng)

MBD三維設計系統(tǒng)是基于NX與Teamcenter平臺，運用NX OPEN、ITK等開發(fā)工具，通過數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡等開發(fā)技術為工程技術人員提供三維產品制造信息的標注、管理、查詢、導出工具，輔助工程技術人員方便快捷地完成MBD模型的設計。

● 系統(tǒng)具有如下特點：

?采用C/S體系架構，客戶端與CAX集成，服務端與PLM協(xié)同平臺構建在同一服務器中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫共享；

?內嵌了MBD標準規(guī)范，創(chuàng)建的標注符合相關標準；

?集成了企業(yè)常用設計數(shù)據(jù)，通過圖形化界面查詢選用；

?采用對象組與模型視圖復合結構組織、管理三維產品制造信息；

?具有支持查詢、統(tǒng)計、匯總三維產品制造信息的功能。

● 系統(tǒng)主要內容和功能：

?尺寸公差標注

快速方便地生成符合HB 5800、GB/T 1800-79、GB/T 1801-79、GB/T 1802-79、GB/T 1803-79、GB/T 1800.1、GB/T 1800.2、GB/T 1800.3的尺寸公差。

?常用尺寸公差

常用的尺寸公差包括上偏差、下偏差、等值偏差。支持在配置文件中添加自定義公差值。

?形位公差標注

快速創(chuàng)建符合國標的形位公差，如圖2-14所示。

支持的形位公差標準有：GB/T 1182-80、GB/T 1183-80、GB/T 1182-96。

?標印

快速方便地生產和查詢標印信息。

?技術要求，如圖2-15所示。

①支持多種特殊符號的輸入。

②支持多種查找技術要求的方式。

③支持多種在CAX中顯示技術要求的方式，如是否顯示標題、編碼或導引線。

④支持方便快捷地導入/導出技術要求庫。

● 特殊PMI標注工具箱，如圖2-16所示。

?孔標注：創(chuàng)建帶有孔特征參數(shù)信息的標注，如：孔直徑、孔深度等信息。

?球標注：針對球形實體自動創(chuàng)建三維標注。

?倒角：創(chuàng)建帶有倒角特征參數(shù)信息的標注，如：距離、角度等。

?常用符號標注：提供一些常用符號的快速標注。

?格式文本：支持復雜格式的文本輸入。

?φ與M轉換：提供快捷的直徑符號（φ）與螺紋符號（M）之間的轉換，并支持在尺寸前后標注注釋文字。

● 常用參數(shù)表如圖2-17所示。

快速生成常用參數(shù)表，提供開放的接口，支持添加符合國標、企標的參數(shù)表。

● 加載種子配置信息，如圖2-18所示。

依據(jù)MBD標準體系，設置三維產品制造信息的管理方式并建立建模模板，通過加載模板信息，完成MBD三維設計系統(tǒng)的設置。

● PMI規(guī)則化檢查，如圖2-19所示。

通過檢測、查詢并顯示所有PMI信息，通過自動或手工規(guī)則化，實現(xiàn)PMI分類、分組管理。顯示的PMI信息包含所屬視圖、類型、數(shù)值。

● 組對象管理，如圖2-20所示。

對采用組方式管理的PMI進行重新編輯處理，實現(xiàn)PMI對象的組織管理。

● PMI匯總統(tǒng)計，如圖2-21所示。

通過添加類型過濾與視圖過濾的方式，匯總、統(tǒng)計所有符合條件的PMI信息，并將PMI信息按一定的格式與內容顯示在對話框上。

2.MBD三維工藝系統(tǒng)

MBD工藝設計系統(tǒng)根據(jù)三維工藝的特點與要求，基于NX和Teamcenter協(xié)同平臺，通過開發(fā)形成的工藝設計系統(tǒng)，輔助工藝人員完成零件的三維工藝設計與車間工藝文檔的設計。

系統(tǒng)具有如下特點：

● 工藝結構化。在Teamcenter中創(chuàng)建和管理總工藝、工藝、工序、工藝資源等，形成結構化的零件工藝。

● 相對獨立。完整的MBD零件工藝設計系統(tǒng)的主要功能包括：創(chuàng)建零件工藝結構、工藝路線設計、工藝資源調用、工序模型創(chuàng)建、PMI標注、工序卡片編制、合成整本工藝、流程審批、工藝規(guī)程修訂等。

● 規(guī)范設計模型。工序模型之間的關系與創(chuàng)建模式，能夠繼承設計模型的PMI標注信息和相關屬性，提高工藝設計效率。

● 系統(tǒng)集成了典型工藝、工裝設備資源，能夠實現(xiàn)Teamcenter協(xié)同平臺與NX之間信息的實時交互。

● 制定規(guī)范的MBD結構化零件工藝設計流程、系統(tǒng)內嵌工藝設計標準環(huán)境和工序卡片模板，并可以對工藝數(shù)據(jù)進行標準檢查與修正。

● 支持基于NX的二維工序圖表創(chuàng)建，并以PDF格式輸出。

系統(tǒng)的主要內容和功能：

● 工藝數(shù)據(jù)組織與管理。

● 在PLM協(xié)同平臺中構建包含總工藝、工藝、工序的零件工藝BOM。在CAX

中，工藝、工序以裝配的方式顯示。如果工序還需細分工步，則通過視圖的方式區(qū)分工步信息。

● 創(chuàng)建工藝，如圖2-22所示。

工藝（工藝規(guī)程）類型包括鍛造工藝、鑄造工藝、熱處理工藝、焊接工藝、機加工藝、噴漆工藝和表面處理工藝。在零件工藝的結構中，放在總工藝下面，其下節(jié)點為工序。工藝編碼和命名符合公司規(guī)范。

● 工藝路線設計，如圖2-23所示。

在Teamcenter上定義工序類型，包括領料工序、鍛造工序、鑄造工序、熱處理工序、焊接工序、機加工序、特種工序、檢驗工序、表面處理工序等。在零件工藝結構中，放在工藝（工藝規(guī)程）下面。根據(jù)零件工藝要求，創(chuàng)建不同工序、調整工序順序等，工藝編碼和命名符合公司規(guī)范。

● 工序模型創(chuàng)建，如圖2-24所示。

設計模型通過鏈接或克隆的方式引用到工藝BOM樹下，作為最終檢驗模型存在；工序模型通過特征回溯、特征簡化、特征分解、典型模型、特征共享等技術手段創(chuàng)建；通過開發(fā)實現(xiàn)零件與工序模型間PMI信息和模型的關聯(lián)復制。

● 工藝設計標準環(huán)境設置，如圖2-25所示。

基于行業(yè)和公司標準，設置工序模型的標準創(chuàng)建環(huán)境，具體環(huán)境設置包含：圖層，模型及PMI標注信息的顏色、字體、線形等涉及國家標準的內容。

● PMI標注信息，如圖2-26所示。

?尺寸標注：直觀方便地查看、選用、標注國標公差，而且尺寸偏差值能隨模型基本尺寸的更改而自動更新。

?形位公差標注：提供多種國標形位公差類型，直觀方便地根據(jù)公差等級確定形位公差值，生成形位公差PMI。

?格式文本：提供復雜格式的文本標注。

?技術要求：調用工藝知識庫中的技術要求，并顯示在模型視圖中。

● PMI工步信息定義，如圖2-27。

在模型視圖中直觀方便地創(chuàng)建PMI工步信息，并支持工步包含特殊工藝符號，方便調整工步順序。

● 檢驗順序號定義，如圖2-28所示。

通過PMI的設置，自動生成PMI的加工順序號，并在模型窗口中顯示；為后續(xù)三維工藝卡片中檢驗數(shù)據(jù)的定義做準備；可以設定加工順序的起始號并進行更新。

● 裝夾找正位置定義，如圖2-29所示。

在工序模型上，對加工面、基準面、定位面和夾緊面位置進行定義，并用不同顏色標識。

● 工藝/工序屬性定義，如圖2-30所示。

實現(xiàn)對工藝/工序屬性的填寫及修改，還可以在工序間進行復制、粘貼屬性值的操作和繼承零件屬性的操作。

● 工藝資源指派，如圖2-31所示。

實現(xiàn)與PLM協(xié)同平臺的集成，從PLM中獲取工裝、刀具、量具等工藝資源信息，并定義工藝資源；提供查詢功能，實現(xiàn)工藝資源的便捷查詢顯示；提供虛擬裝配，完成工裝設備的定義與加載。

● 工序卡片導航器，如圖2-32和圖2-33所示。

工序卡片導航器方便用戶進行添加新頁、添加續(xù)頁、刪除選中頁、替換選中頁模板、上移卡片、下移卡片、編輯工序屬性和返回工藝等操作。

● 合成整本工藝

創(chuàng)建工藝規(guī)程封面、工序目錄、工裝目錄、工序卡等工藝卡片的合并，生成整本工藝PDF。整本工藝按照一定的順序排列，放置于工藝規(guī)程版本下。

3.MBD標準檢驗系統(tǒng)

MBD標準檢驗系統(tǒng)是基于PLM協(xié)同平臺，根據(jù)MBD標準規(guī)范，通過數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術為工程技術人員提供三維模型及產品制造信息的檢驗工具，輔助標檢人員完成數(shù)模的標準檢驗。

系統(tǒng)具有如下特點：

采用KF開發(fā)檢驗Checker，與系統(tǒng)的Check-Mate無縫集成；

● 檢驗結果以HD3D的方式顯示；

● 檢驗的標準符合MBD標準規(guī)范。

● 系統(tǒng)主要內容和功能如圖2-34所示。

2.4 西門子MBE解決方案綜述

2.4.1 引言

“基于模型的企業(yè)（MBE）”已成為當代先進制造體系的具體體現(xiàn)，它的進展代表了數(shù)字化制造的未來。合理構建企業(yè)MBE的能力體系，能夠減少50%～70%的非重復成本，縮短50%的上市時間。基于此，全世界眾多裝備制造企業(yè)正逐步加入到MBE企業(yè)能力建設的大軍中。

MBE主要由基于模型的工程、基于模型的制造、基于模型的維護三大部分組成，并且在統(tǒng)一的系統(tǒng)工程的指導下形成有機的整體。MBE不僅僅局限在MBD模型的定義，它涵蓋產品設計、制造和服務的完整的產品全生命周期業(yè)務，需要以MBD模型為核心，在各業(yè)務環(huán)節(jié)實現(xiàn)MBD模型的順暢流通和直接重用。MBE的能力等級評價指標包括MBD模型數(shù)據(jù)、技術數(shù)據(jù)包、更改與配置管理、企業(yè)內外的制造數(shù)據(jù)交互、質量需求規(guī)劃與檢測數(shù)據(jù)、擴展企業(yè)的協(xié)同與數(shù)據(jù)交換等六個方面，其更加強調的是擴展企業(yè)跨供應鏈的產品全生命周期業(yè)務的MBD模型以及相關數(shù)據(jù)在企業(yè)內外能夠順暢流通、可直接重用。基于MBD的MBE生命周期如圖2-35所示。

完整的MBE能力體系構建，就是以MBD模型為統(tǒng)一的“工程語言”，按系統(tǒng)工程方法的指導，全面優(yōu)化梳理企業(yè)內外、產品全生命周期業(yè)務流程、標準，采用先進的信息化技術，形成一套嶄新的完整的產品研制能力體系。企業(yè)需要一套面向MBE的信息化環(huán)境，幫助企業(yè)實現(xiàn)MBD模型以及相關數(shù)據(jù)在企業(yè)內外能夠順暢流通、可直接重用。對于每一個制造企業(yè)，跨企業(yè)內外的產品全生命周期業(yè)務是非常復雜的，基于現(xiàn)有各自獨立的信息化技術和工具，不可避免需要處理大量的系統(tǒng)集成和數(shù)據(jù)轉換，才勉強能保障MBD模型以及相關數(shù)據(jù)的流通或可重用，這將是實現(xiàn)MBE企業(yè)面臨的最大的問題。

西門子工業(yè)軟件公司提供一整套完整的面向MBE的解決方案與服務，幫助企業(yè)形成完備的MBE能力體系，減少繁重的集成與數(shù)據(jù)轉換工作，能實現(xiàn)最大限度的數(shù)據(jù)暢通與可直接重用。西門子工業(yè)軟件不僅具備專項MBE能力與工具，更能聚合整個西門子的優(yōu)勢，為制造企業(yè)提供完整的MBE解決方案，支撐企業(yè)實現(xiàn)跨供應鏈的產品全生命周期的MBE業(yè)務。

2.4.2 西門子MBE解決之道

西門子支持行業(yè)客戶的整個價值鏈——從產品設計到生產、服務，將自動化技術、產業(yè)控制技術和工業(yè)軟件無縫地結合在一起。運用先進的全集成的軟硬件解決方案，實現(xiàn)產品與生產的生命周期的集成，即打造數(shù)字化企業(yè)（工廠），實現(xiàn)虛擬世界與實物世界的無縫連接，幫助企業(yè)降低產品研發(fā)成本、縮短新產品上市時間，如圖2-36所示。

多年來，西門子工業(yè)軟件公司不斷在內部PLM研發(fā)方面進行大量的投資，以完善其PLM相關的產品和解決方案，同時花費巨額資金，通過收購策略，擴充其解決方案，增加新的功能，幫助客戶應對新的挑戰(zhàn)。例如，2011年完成對Vistagy的收購，實現(xiàn)向復合材料設計與制造的深入；2013年完成對LMS的收購，實現(xiàn)向系統(tǒng)級仿真、專業(yè)試驗等領域的拓展，如圖2-37所示。

憑借西門子在工業(yè)自動化領域強大的軟硬件全面集成的技術能力，以及完整的產品生命周期管理（PLM）解決方案的能力，西門子工業(yè)軟件公司從一開始就積極參與MBD定義的技術開發(fā)、標準制定，以及諸多客戶驗證性項目的實踐。經(jīng)過多年的實踐應用完善，形成了以NX為MBD定義工具、通過Tecnomatix直接基于MBD進行數(shù)字化制造、通過LMS進行仿真和試驗、以Teamcenter為MBE企業(yè)提供全生命周期業(yè)務管理/數(shù)據(jù)重用/供應鏈協(xié)同的統(tǒng)一管理平臺的全面的MBE解決方案，幫助制造企業(yè)打造完整的MBE能力體系，實現(xiàn)MBD模型橫跨產品全生命周期的應用，如圖2-38所示。

● NX，MBD定義工具：NX作為CAD/CAE/CAM一體化工具，涵蓋了概念設計、數(shù)字化產品定義、數(shù)字化仿真分析、評審分析、驗證、多學科優(yōu)化仿真分析等。它提供完整的MBD模型定義（三維產品模型加產品制造信息PMI）、瀏覽、交互的能力。

● Tecnomatix，基于MBD的數(shù)字化制造解決方案：涵蓋工藝BOM管理、工藝分工、零件工藝規(guī)劃、裝配工藝規(guī)劃、機械運動仿真、公差仿真、人機仿真、裝配仿真、工廠規(guī)劃仿真優(yōu)化、生產路線仿真優(yōu)化、MES集成化管理等。通過各種技術最大化地利用MBD模型，開展數(shù)字化制造工作。

● Teamcenter，MBE的全生命周期管理平臺：涵蓋智能決策、投資組合、多項目組合管理、需求管理、系統(tǒng)工程、多CAD管理、多學科優(yōu)化仿真分析管理、數(shù)字樣機、可視化協(xié)同、異地協(xié)同、BOM生命周期管理、維護保障管理、企業(yè)知識管理等。保障MBD模型以及相關數(shù)據(jù)能夠被有效配置管理，能夠在MBE企業(yè)內部以及供應鏈之間流通。

● LMS，仿真和試驗解決方案：將三維功能仿真、試驗系統(tǒng)、智能一維仿真系統(tǒng)、工程咨詢服務有機地結合在一起，專注于系統(tǒng)動力學、聲音品質、舒適性、耐久性、安全性、能量管理、燃油經(jīng)濟性和排放、流體系統(tǒng)、機電系統(tǒng)仿真等關鍵性能的開發(fā)和研究。

西門子完整的MBE解決方案，以系統(tǒng)工程思想為指導，貫穿從產品需求開始，經(jīng)過產品設計、產品制造直至產品服務的完整產品全生命周期的過程，在各個階段的各種信息能夠被準確的定義到以MBD模型為核心的技術數(shù)據(jù)包中，并始終保持上游的技術數(shù)據(jù)包能夠被下游直接重用，一直拓展到生產現(xiàn)場或服務現(xiàn)場。西門子MBE解決方案，是通過綜合利用NX為基礎的MBD定義工具、Tecnomatix支持MBD模式的數(shù)字化制造解決方案、Teamcenter支撐MBE企業(yè)產品全生命周期管理平臺，LMS支持的仿真和試驗，有機形成了從設計、工藝、制造、試驗及服務和維護全面的MBE解決方案體系，包括：基于模型的系統(tǒng)工程、基于模型的產品設計、基于模型的分析應用、基于模型的機電一體系統(tǒng)工程、基于模型的全生命周期質量管理、基于模型的工裝設計、基于模型的零件工藝、基于模型的裝配工藝、基于模型的質量檢測、基于模型的作業(yè)指導書、基于模型的制造執(zhí)行、基于模型的實物樣機測試——集成的振動噪聲、基于模型的MBE供應鏈管理、基于模型的MBE數(shù)字化服務管理、復雜產品的構型管理、基于MBD的標準和規(guī)范等。通過這些各種專業(yè)的MBE能力靈活應用與組合，可幫助制造企業(yè)分階段、分步驟實現(xiàn)MBE企業(yè)能力體系構建。西門子MBE解決方案的總體架構如圖2-39所示。

2.4.3 西門子MBE解決方案

西門子MBE解決方案，通過對各項專業(yè)MBE能力的靈活組合，以最大的方式保障MBD模型的準確定義、可直接重用、企業(yè)內外能快捷訪問。

1.基于模型的系統(tǒng)工程解決方案

西門子基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）的解決方案（見圖2-40），為復雜產品的研制提供了一個獨特的MBD模型驅動的系統(tǒng)工程工作環(huán)境，它從需求階段開始即通過模型（而非文檔）的不斷演化、迭代遞增而實現(xiàn)產品的系統(tǒng)設計；通過模型的結構化定義可以清晰地刻畫產品設計初期結構、功能與行為等各方面的需求；基于模型可以盡早通過模擬分析發(fā)現(xiàn)大量不合理的設計方案；同時模型還為各方提供了一個公共通用的、無二義性的設計信息交流工具，這一點尤其對復雜產品異地分布的系統(tǒng)設計具有重要意義。

2.基于模型的三維產品設計解決方案

西門子MBD模型的三維產品設計解決方案（見圖2-41）為實現(xiàn)基于MBD的三維數(shù)字化產品研發(fā)提供了工具保障。NX知識工程應用實現(xiàn)產品的快速設計：NX重用庫幫助企業(yè)管理和重用大量的工程數(shù)據(jù)，產品設計模板實現(xiàn)典型零部件的快速重用，過程向導工具實現(xiàn)知識的積累和應用。NX Check-Mate（一致性質量檢查工具），通過可視化方式，對MBD模型數(shù)據(jù)的合規(guī)性和可制造性進行自動驗證，確保MBD模型數(shù)據(jù)的正確性。NX PMI提供了完整的三維標注環(huán)境、全面的工具套件，實現(xiàn)MBD模型定義過程的流暢；簡單化的創(chuàng)建、放置和編輯，便于MBD模型的快速定義和PMI數(shù)據(jù)的有序管理。Teamcenter提供了工程協(xié)同管理環(huán)境，對MBD模型數(shù)據(jù)及其創(chuàng)建過程的有效管理，便于設計/制造/服務和供應鏈的全面協(xié)同。集成的NX PMI，通過PMI的一次創(chuàng)建，多次多點應用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)重用的最大化。

3.基于模型的設計分析應用解決方案

西門子NX提供CAD/CAE一體化的工具平臺，把先進幾何創(chuàng)建工具的能力與同步建模技術的速度和靈活性完美地結合在一起，為設計者提供邊設計邊分析的可能性，極大限度提高對MBD模型直接利用的效率。同時Teamcenter提供統(tǒng)一管理平臺，實現(xiàn)設計與仿真數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，提高了仿真數(shù)據(jù)查詢，分析過程和知識重用的效率，完整的多學科一體化仿真環(huán)境，降低了軟件使用的復雜度，使得設計與分析工程能夠共用一個圖形界面環(huán)境，易于交流與溝通，有效實現(xiàn)結構與性能等多專業(yè)的協(xié)同與融合（見圖2-42）。

4.基于模型的機電一體化系統(tǒng)工程

LMS將仿真和基于試驗的工程方法結合在一起，既可以在開發(fā)的早期對子系統(tǒng)進行驗證，又可以為最終系統(tǒng)驗證提供高效的測試手段。隨著LMS Imagine.Lab平臺的最新發(fā)展，LMS為走向基于模型的系統(tǒng)工程開發(fā)流程提供了解決方案。LMS Imagine.Lab采用基于模型的系統(tǒng)工程方法，面向機電一體化系統(tǒng)仿真，為工程師提供了一個從功能需求直到物理建模和仿真的開放開發(fā)流程：Imagine.Lab AMESim創(chuàng)建和運行多物理場仿真模型以分析復雜的系統(tǒng)特性，并支持控制系統(tǒng)的設計，從早期的技術參數(shù)確定到子系統(tǒng)測試（硬件在環(huán)）；Imagine.LabSysDM存儲和管理橫跨不同部門的受控對象和控制系統(tǒng)的模型以及數(shù)據(jù)；Imagine.Lab System Synthesis對工程設計問題進行綜合，根據(jù)性能需求創(chuàng)建產品的架構，對不同技術方案以及配置進行綜合的工況設定，驅動仿真并對結果進行后處理的綜合環(huán)境。通過LMS Imagine.Lab功能驅動設計的理念，用戶可以在早期開發(fā)階段，分析智能系統(tǒng)的功能特性；在樣機測試前，優(yōu)化機械、液壓、氣動、熱和電子/電氣系統(tǒng)間的復雜交互作用；同時，支持工程師對關鍵功能的主動設計，以提高產品的整體性能和品質；避免主要設計缺陷，探索創(chuàng)新設計，加速產品開發(fā)。

5.基于模型的驗證管理解決方案

基于Teamcenter平臺的驗證管理方案，包括用于1D系統(tǒng)仿真管理的Teamcenter與LMS Imagine.Lab集成方案，以及面對廣泛3D CAE仿真數(shù)據(jù)流程管理平臺的Teamcenter for Simulation模塊，還有針對試驗業(yè)務流程開發(fā)的試驗數(shù)據(jù)流程管理加速方案（Catalyst Solution），三者綜合構建成西門子的驗證管理解決方案（VerificationManagement）（見圖2-43）。該方案能夠實現(xiàn)對仿真和試驗的數(shù)據(jù)與流程的有效管理，提高驗證工作的協(xié)同性，有效存儲了基于模型系統(tǒng)工程需求的相關驗證數(shù)據(jù)，并提供了相互校驗與工作交流權衡設計方案的平臺，記錄追蹤仿真與試驗的過程，保證各項工作的合規(guī)性。該方案是基于Teamcenter開發(fā)的、柔性化的架構，上述方案可與廣泛的第三方工具、試驗分析軟件集成，為客戶帶來集成化仿真、試驗業(yè)務的管理價值，有力地實現(xiàn)對系統(tǒng)的功能驗證，推進基于模型的系統(tǒng)工程研發(fā)架構落地實施。這些方案是與Teamcenter軟件的PDM功能，以及基礎的需求管理、項目管理、流程管理、可視化等無縫集成的模塊，其功能增強了Teamcenter平臺全生命周期解決方案的完整性。

6.基于模型的全生命周期質量管理解決方案

針對產品全生命周期質量管理，西門子公司提出了Tecnomatix VATM、NX CMM、Tecno-matix DPV組合的基于模型的解決方案，如圖2-44所示。在產品設計階段，VATM直接從MBD模型中提取數(shù)模和GD&T（PMI）進行尺寸建模，通過仿真產品的制造和裝配過程來預測產品的尺寸質量和偏差源貢獻因子，實現(xiàn)MBD模型中公差分配的優(yōu)化，提高產品設計質量。在工藝規(guī)劃階段，NX CMM基于實體模型三維PMI標注驅動的智能化離線編程與虛擬仿真，借助基于模型的PMI信息重用，可有效準確地傳遞尺寸設計信息，從而確保數(shù)字化測量路徑規(guī)劃與虛擬仿真驗證結果的可靠性與唯一性，為輸出高質量零缺陷的CMM執(zhí)行程序提供有力支持。在產品生產階段，DPV通過對實時生產質量信息跟蹤、分析和發(fā)布，幫助用戶及時發(fā)現(xiàn)生產過程中的質量問題，通過對制造數(shù)據(jù)的深度關聯(lián)分析，尋求問題的根本解決方案，從而提高產品的最終質量，同時提高生產效率并降低生產成本。DPV還可將產品開發(fā)過程中制造質量和設計質量掛鉤，形成企業(yè)質量管理的閉環(huán)。以先進的三維容差仿真分析技術，結合高精度坐標測量機與其他檢測手段以及生產過程中的尺寸測量規(guī)劃與驗證技術，基于包含產品制造信息的MBD模型為單一信息源和連續(xù)載體，實現(xiàn)基于模型的全生命周期質量管理。

7.基于模型的工裝設計解決方案（見圖2-45）

西門子提供基于MBD的全三維數(shù)字化研發(fā)模式，將模塊化設計的理念應用到工裝設計中，通過對工裝的模塊化分類應用，實現(xiàn)工裝設計知識和經(jīng)驗的積累和重用，促進工裝的創(chuàng)新設計；實現(xiàn)工裝上游數(shù)據(jù)的有效管理和狀態(tài)控制，實現(xiàn)工藝工裝設計的快速并行協(xié)同作業(yè)；實現(xiàn)工裝數(shù)據(jù)的全面管理，工裝設計結果在資源庫中的管理；實現(xiàn)工裝數(shù)據(jù)查詢、參考和重用；最終達到縮短周期、改進質量、減少成本的目的。

8.基于模型的零件工藝解決方案（見圖2-46）

基于模型的零件工藝解決方案將協(xié)同設計與制造，直接利用設計3D數(shù)據(jù)進行結構化工藝設計，關聯(lián)產品、資源、工廠數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了從產品設計到工藝、制造的業(yè)務集成，包括：產品設計（數(shù)據(jù)獲取）、工藝設計、工裝設計、工藝仿真、工藝卡片與統(tǒng)計報表、MES/ERP集成、知識管理及資源管理。在數(shù)字化工藝設計方面，可以及時獲取準確設計MBD模型，維護工藝與設計的一致性；提高工藝編制質量與效率，減少錯誤與返工；相關部門獲取實時、準確工藝數(shù)據(jù)，改進了工作質量和效率；豐富、直觀的工藝報表，減少了無效工作時間和出錯機會。在制造數(shù)據(jù)管理方面：與產品相關的設計、工藝、工裝、制造、項目管理等部門在統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺協(xié)同工作，在正確的時間獲取正確的數(shù)據(jù)，減少差錯，提高效率；在數(shù)控編程及管理方面：面向產品設計MBD模型的編程，識別零件特征與公差要求，基于典型零件和特征的模板化編程，極大地提高編程效率，改善質量，減少對員工經(jīng)驗的依賴。

9.基于模型的裝配工藝解決方案

基于模型的裝配工藝解決方案，將裝配工藝與仿真建立于企業(yè)PLM平臺之上，充分利用設計MBD模型、資源、工程MBD模型，由流水分工、MBOM創(chuàng)建、結構化工藝設計、工藝仿真與優(yōu)化、可視化工藝輸出、工藝統(tǒng)計報表部分組成，并實現(xiàn)各環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)管理，與PLM系統(tǒng)共用制造資源庫。系統(tǒng)與產品設計、工裝設計、維護維修、試驗測試等系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和協(xié)同，與ERP、MES實現(xiàn)系統(tǒng)集成。

同時把裝配工藝仿真放在PLM環(huán)境中統(tǒng)一考慮，提供在PLM環(huán)境下的裝配工藝仿真能力。可以與數(shù)字化裝配工藝規(guī)劃結合起來，為改進產品裝配制造過程提供了一個全新的方法和手段，來研究產品的可裝配性分析、裝配工藝的優(yōu)化，裝配質量的控制，裝配工裝的驗證，以得到保證產品質量，縮短產品生產周期的目的。

10.基于模型的質量檢測解決方案（見圖2-47）

西門子數(shù)字化檢測解決方案，提供了從三坐標測量機（CMM）檢測編程到三坐標測量檢測執(zhí)行的基于MBD的數(shù)字化檢測一體化解決方案，涵蓋了從制造工程到生產執(zhí)行的環(huán)節(jié)。包含NX CMM檢測編程和CMM檢測執(zhí)行兩大模塊。該解決方案通過重用MBD模型，極大地縮短了編程時間（最低可達80%）；確保按公司標準檢查所有的零部件是否合乎要求；捕捉并分享最佳實踐；無需物理部件或機床，就能創(chuàng)建離線程序；有利于在整個流程中快速高效地傳達設計變更；簡化了軟件部署的流程（只需一套系統(tǒng)，就能實現(xiàn)CAD、CAM和CMM）；確保最低的培訓要求。

11.基于模型的作業(yè)指導書解決方案

基于模型的作業(yè)指導（Model-Basic Work Instruction，簡稱MBI）是整個MBE體系的重要一環(huán)，是連接虛擬世界（Product）和物理世界（Production）的紐帶和媒介（見圖2-48）。傳統(tǒng)的媒介一般是紙質媒介，如藍圖、打印的工藝卡片等。

MBI是工藝知識的集中展現(xiàn)。如何將格式多樣、關系復雜的產品定義、制造過程定義和積累的工藝知識等信息展現(xiàn)到制造現(xiàn)場或維護維修現(xiàn)場，并被現(xiàn)場人員精準、快速地理解和執(zhí)行，是MBI研究的重要課題。MBI的解決方案水平是體現(xiàn)MBE和數(shù)字化制造解決方案水平的重要指標。

作業(yè)指導書根據(jù)使用介質類型可分為紙質和電子。

作業(yè)指導書根據(jù)使用實時性可分為脫機和實時聯(lián)機。

作業(yè)指導書從車間執(zhí)行角度可以分為單向展示和展示/反饋雙重功能兩種。

作業(yè)指導書從能力角度，對應于MBE的能力矩陣（見圖2-49），MBI大致可分為以下4個能力層次。

● Level 0：嵌入二維圖和圖片的紙質作業(yè)指導。一般國產CAPP輸出的就是這種格式的工藝卡片。有些系統(tǒng)從三維模型截圖嵌入卡片中，也是屬于這個能力層次。

● Level 1：嵌入三維模型的電子作業(yè)指導文件。這種作業(yè)指導一般都不需要打印。很多三維創(chuàng)作軟件也能實現(xiàn)這種能力的作業(yè)指導（注1）。

● Level 2：嵌入三維模型的在線作業(yè)指導系統(tǒng)。這種作業(yè)指導能直接從三維工藝系統(tǒng)中獲取結構化的工藝信息（注2）。

● Level 3：嵌入三維模型、能反饋的在線作業(yè)指導系統(tǒng)。除了Level 2能力，還支持現(xiàn)場執(zhí)行中的操作記錄、過程檢驗數(shù)據(jù)、FAI（First Article Inspection，首件檢驗）等實物技術狀態(tài)的反饋。這種能力的實現(xiàn)往往需要和MES結合。

12.基于模型的制造執(zhí)行管理（見圖2-50）

西門子提供從產品研發(fā)到生產的“一站式”完整解決方案，實現(xiàn)從產品、工藝、工裝、工廠的虛擬設計與驗證，到產品的實物制造、檢測、交付等全過程，實現(xiàn)虛擬世界與實物世界緊密整合，為現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展提供了新動力。

基于MBD的產品、工藝數(shù)據(jù)精確、實時地下發(fā)到生產現(xiàn)場，實現(xiàn)了設計意圖的精確數(shù)字傳遞與展示，減少了以往2D、3D多次轉換和理解帶來精度和時間上的損耗，使工人的操作更規(guī)范、便捷，提高了生產效率和產品質量。基于MBD的產品檢驗更有效地簡化手工操作，提高檢驗精度和效率，并將檢驗數(shù)據(jù)與產品模型、標注關聯(lián)，實現(xiàn)質量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，達到及早糾正偏差，預防質量問題的發(fā)生的目標。實現(xiàn)基于MBD的現(xiàn)場問題反饋，有效減少技術員與工人處理問題的時間，提高工作效率和質量，減少現(xiàn)場停工時間。基于MBD實時數(shù)據(jù)的采集，再返回PLM系統(tǒng)在實時BOM中進行管理，可有效應用于后期產品維護維修，以及產品改型、改進設計和制造。

13.基于模型的的實物樣機測試——集成的振動噪聲及疲勞耐久性解決方案（見圖2-51）

LMS Test.Lab是一套完整的集成振動噪聲及疲勞耐久性試驗解決方案，包括疲勞耐久性試驗、傳遞路徑分析、聲學試驗、旋轉機械試驗、結構試驗、環(huán)境試驗、振動控制、電子報告生成及數(shù)據(jù)管理等，它可以與LMS SCADAS系列數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)高度集成，在統(tǒng)一軟硬件平臺上完成所有試驗室內及外場試驗中的測試、數(shù)據(jù)采集、分析及電子報告生成等任務，確保了整個試驗過程的數(shù)據(jù)準確性及工作的高效性。LMS Test.Lab可以為仿真模型設計早期提供高質量的數(shù)據(jù)，用于修正仿真模型，或是構建基于試驗的部件或子系統(tǒng)的模型，這些模型可以方便地集成到其他仿真平臺中，從而提高了仿真模型的精度及建模效率，實現(xiàn)基于模型的仿真設計與試驗驗證的閉環(huán)流程。

14.基于模型的MBE供應鏈管理（見圖2-52）

西門子基于Teamcenter平臺，提供一套靈活的、成熟的供應鏈管理解決方案的組合，幫助OEM快速建立完整的供應鏈管理解決方案，而不需要復雜的集成定制，也極大限度降低供應商的投入。

基于Teamcenter平臺的多站點協(xié)同的能力、協(xié)同社區(qū)的能力以及基于公文包的供應關系管理能力，通過靈活組合，可以形成嵌入式、同步協(xié)同、異步協(xié)同（自助式）、異步協(xié)同（贊助式）等四種協(xié)同集成模式實現(xiàn)MBD模型的順暢流通。實現(xiàn)高效的MBE數(shù)據(jù)交互能力，減少管理成本；支撐廣泛供應鏈內的閉環(huán)MBE流程；幫助MBE企業(yè)快速構建供應鏈（各種供應商包括OEM下屬單位、戰(zhàn)略合作伙伴、各種低成本供應商）全面集成協(xié)同與數(shù)據(jù)交互的能力，同時消除供應鏈管理中非增值的活動。

15.基于模型的MBE數(shù)字化服務管理（見圖2-53）

Teamcenter的數(shù)字化服務（TC MRO）解決方案可建立完整的產品服務工程，支持維護、維修和大修的功能，從而滿足產品服務生命周期管理和企業(yè)實物產品管理的需求。提供了整個生命周期的完全的可視性，可以使用配置驅動的產品服務的能力來規(guī)劃服務運作，優(yōu)化服務執(zhí)行，并更好地利用實物產品與零件、工具和設備庫存，最大限度地提高服務部門的效率。針對MBE企業(yè)，提供基于產品服務所需要的基于MBD模型的IETM（交互式電子技術手冊）創(chuàng)建、有效性管理以及多語言翻譯管理的全套能力；充分直接利用MBD模型，實現(xiàn)多種實物的可視化展現(xiàn)及分析的能力；提供強大的基于MBD模型的維護維修的虛擬仿真能力；利用TC WEB客戶端與TC Mobility（基于IPAD等移動設備的TC），把產品服務所需的技術數(shù)據(jù)包TDP或IETM快捷延伸到維護現(xiàn)場。數(shù)字化服務（TC MRO）解決方案以面向產品全生命周期的視角，通過有效閉環(huán)連接產品規(guī)劃、產品設計、產品制造與產品服務的業(yè)務環(huán)境，不僅僅提高產品服務的質量、效率和服務知識，同時通過服務反饋來提升產品規(guī)劃、設計、制造的質量。

16.面向產品全生命周期的構型管理解決方案（見圖2-54）

Teamcenter作為全球領先的產品全生命周期管理平臺，通過其強大的產品配置器、更改管理和全生命周期的信息追溯與管理的能力，為業(yè)界提供了最為完善的復雜產品構型管理方案，幫助企業(yè)高效自覺履行構型管理的5大功能和37個原則。

● 提供業(yè)界最全的產品全生命周期平臺，真正涵蓋全生命周期業(yè)務與數(shù)據(jù)，為面向全生命周期的構型管理奠定堅實基礎。

● 適用于汽車和飛機產品架構管理的最佳的產品配置器，能高效支撐復雜產品的全生命周期BOM管理。

● 嚴格符合CMII的更改與有效性管理機制，有效貫徹構型管理標準。

● 以需求驅動的信息端到端的關聯(lián)與追溯，同時實現(xiàn)信息系統(tǒng)對構型管理范疇從虛擬產品到實物產品的拓展，達到全生命周期的構型管理。

● 通過對MBD模型的有效關聯(lián)與高效重用，真正實現(xiàn)MBE企業(yè)內MBD模型的單一數(shù)據(jù)源，確保模型的技術狀態(tài)有效管控。

17.MBD標準規(guī)范及在西門子軟件系統(tǒng)中的實現(xiàn)

基于西門子軟件的MBD應用系統(tǒng)包括MBD三維設計系統(tǒng)、MBD三維工藝系統(tǒng)、MBD標準檢驗系統(tǒng)三部分。

西門子工業(yè)軟件公司的Teamcenter+NX已經(jīng)被眾多的企業(yè)作為實現(xiàn)MBD技術的信息化平臺，在國內外得到了廣泛的應用，很多企業(yè)制定了基于Teamcenter+NX的MBD技術應用規(guī)范。這些規(guī)范對在Teamcenter+NX進行三維幾何模型的創(chuàng)建、三維標準的表達、數(shù)據(jù)的組織和管理等都進行了規(guī)范。針對MBD在數(shù)字化設計與工藝中的應用，運用NX OPEN、ITK等開發(fā)工具，將MBD的相關標準和規(guī)范融入NX與Teamcenter平臺，通過定制國標化、規(guī)范化、流程化、自動化的工具，構建基于西門子軟件的MBD應用系統(tǒng)，幫助客戶在已有的產品制造信息PMI技術基礎上，方便快捷地完成各流程的設計與定義。

2.4.4 西門子MBE解決方案的價值定位

憑借西門子在工業(yè)自動化領域的強大的軟硬件全面集成的技術能力，以及完整的產品生命周期管理（PLM）解決方案的能力，西門子工業(yè)軟件公司在為各制造企業(yè)提供MBE的專業(yè)技術能力同時，也提供一套完整的MBE解決方案，并將以領先一步的方式幫助制造企業(yè)打造MBE能力體系。西門子MBE解決方案與服務：

● 為制造企業(yè)提供包括MBD模型定義、基于模型的工程（MBe）、基于模型的制造（MBM）和基于模型的服務（MBS）等世界領先的各種MBE專業(yè)能力，使其能夠在某些具備條件的專業(yè)業(yè)務領域快速具備MBE的能力，獲得MBE的收益。

● 為制造企業(yè)提供構建MBE完整能力體系的整體解決方案，可以引領企業(yè)逐步平滑的走上MBE的最高等級，減少中間過程繁重的系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)轉換的非增值活動，并以最小成本保障MBE的能力體系能夠得以持續(xù)的升級優(yōu)化。

● 通過數(shù)字化技術與自動化技術的融合，使制造企業(yè)在邁向MBE企業(yè)的同時，可逐步走向真正的數(shù)字化企業(yè)（工廠），通過MBE能力與數(shù)字化工廠能力的融合，更大程度降低產品研發(fā)成本、縮短新產品上市時間。

● 以西門子中央研究院進行MBE能力技術的突破，通過西門子眾多行業(yè)企業(yè)的實踐應用，始終保持領先一步的優(yōu)勢，引領制造企業(yè)邁向的MBE的最高境界。