航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司飞机设计研究所 黑龙江 哈尔滨 150066
摘要：MBD是波音公司推出的新一代产品定义方法。与传统的设计方法相比，在提高生产效率、降低成本、保证数据唯一性方面具有无可比拟的优势。本文基于CATIAV5平台，详细介绍了MBD技术在飞机结构设计中的应用。
关键词：MBD技术；飞机结构设计；应用
1 MBD结构数据集的基本内容
采用MBD技术定义的三维实体模型又叫MBD数据集，分为零件模型与装配模型两种，其组织定义如图1所示。
2.1 零件设计模型的基本要求
零件的设计模型主要包括由外部参考、工程几何、构造几何和零件几何体等，零件的设计模型必须构建在规定的图层内，必须使用一致的模型组织方法和标准的命名规则。设计模型应按1：1比例建模，模型应按名义尺寸详细建模。外部参考：外部参考必须是模型中关联到其父级产品实例的几何元素，这些元素是产品模型间关联关系的载体，并驱动着其它线框、表面和实体模型元素的定义。
零件几何体：零件几何体是描述最终零件实体形状的模型几何，包括了建模过程中生成的一系列特征，由设计员在CATIA中根据需要生成。
2.2 零件设计模型的基本要求
MBD模型中仅需要标注具有特殊要求的尺寸、公差和注释，而模型中的名义尺寸则不需要标注。设计模型的标注通过CATIAV5的“FunctionalTolerancing&Annotation”模块来实现。捕获（Captures）：CATIA系统中，采用捕获的方式来实现对标注信息进行组织和显示管理。每个捕获面必需有明确的标识，一般情况下至少要有三个捕获，只表达几何模型的“三维模型”捕获、包含几何模型和标注基准的“基准”捕获，包含几何模型、标注基准、全部尺寸标注的“全部”捕获。标注平面（View/AnnotationPlane）：标注平面是一个在三维空间中定义的平面，其上可以定义三维标注的信息。对于不同角度与位置的标注，需要有不同的标注平面。
参考框架（ReferenceFrames）：参考系是指几何框架中的参考基准，参考框架包括三类，单一基准、公共基准和基准体系，参考框架应使用“公差顾问”（TolerancingAdvisor）进行定义。
受限区域：特殊工艺、表面处理、应力划分或涂镀标识的适用区域应采用限定区域在模型中表示出来。限定区域是对限定测量范围的精确几何表达，它可以表示为实体、曲面或线架几何，如图2所示。
图2 以线架几何标识的限定区域
构造几何图形：可采用辅助几何以辅助表达标注要求，中心点、中心轴和中心平面采用“构造几何”（ConstructedGeom-etryCreation）创建。构造几何应与模型实体具有明显区别，其相关几何要素在“构造几何图形”中进行管理。图2以线架几何标识的限定区域。
2.3 模型属性
模型属性是产品数据管理过程中必要的非几何信息，作为单独的几何图形集管理，以“参数”形式表达，包括型号、名称、版本、成熟度、零部件类型、重量代码、单装（单件）重量、特性分类、工艺方法、强度值、使用寿命、外廓尺寸、物料代码、供应商，模型属性。
2.4 其它标注类型
更改说明：更改说明是以注释形式记录产品更改信息的几何图形集，当模型发生更改时，填写更改说明内容，当更改记录无法用语言描述时，可借助捕获图片或标注旗注来说明。
材料注释：材料注释包含了相关的原材料，通常用来定义采购原材料要求，主要包括材料名称、材料牌号、材料规范、毛料尺寸、允许替代材料等注释。
旗注说明：旗注说明是模型中旗注的详细说明，其编号应与旗注的编号一致。旗注仅适用于模型的局部区域，旗注符号及编号应在其应用的模型数据元素附近显示，并与其应用的数据元素相关联。
3 装配模型的MBD数据集
MBD装配件数据集包括一个（或多个）表示装配关系的装配信息模型CATPart文件和一个装配件实体的CATProduct文件。表2列出了MBD装配信息模型数据集的基本内容。
表2 装配信息模型的基本内容
3.1 装配信息
装配信息模型CATPart文件的编号必须遵循一定的规律，如在装配件实体的CATProduct文件编号前加R_，如装配件实体的文件名为D***.CATProduct，装配信息模型的文件名为R_D***.CATPart。装配信息模型较大时，可建立多个装配信息模型，命名方式为R_1D***.CATPart、R_2D***.CATPart。
3.2 标注辅助几何
在装配信息模型中进行紧固件的点定义及连接区域的定义过程中的辅助元素建立在标注辅助几何图形集节点下，为了便于对辅助几何进行管理应在该几何图形集下建立密封定义、垫片定义等几何图形集。
3.3 模型属性
装配件的模型属性在装配信息模型中填写，装配件实体模型中不填写属性信息。模型属性以“参数”形式表达，包括型号、名称、版本、成熟度、零部件类型、重量代码、单装（单件）重量、特性分类。
3.4 紧固件安装定义
首先在零件模型结构树的“连接定义”几何图形集下定义紧固件的安装中心点，在通过紧固件快速定义工具自动生成“紧固件安装定义”几何图形集，紧固件安装定义主要包括铆钉连接和螺栓连接等机械连接，每个紧固件定义的几何图形集的名称由紧固件的标准号和规格组成，单个紧固件包含的参数由名称、重量、重心、ID号、规范及要求等组成。
3.5 密封定义
当装配连接中有密封要求时，应增加“密封定义”数据集，密封定义表示零组件的密封区域及使用的密封规范。当密封的部位可以用语言描述清楚，或用相关的技术文件表达清楚时。每条密封定义信息应包含：密封区域、密封说明、密封材料、密封类型、相关旗注、密封顺序、密封长度、密封厚度、重量信息。
3.6 润滑定义
润滑定义用于描述零件的润滑要求。润滑定义信息定义在“润滑定义”几何图形集中。每条润滑定义信息应在“润滑定义”几何图形集中单独定义。每条润滑定义信息应包含润滑区域、润滑说明、润滑材料、相关旗注、润滑顺序、重量信息。
结束语
全三维数字化定义方法主导思想不能只是简单地将二维图纸的信息反映到三维数据中，而要充分利用三维模型所具备的表现力，提供便于用户理解、且更具效率的设计信息表达方式。其中最为艰难的是“研从二维图纸文化这种现有概念中跳出来，从零开始研究新的信息表达方式”。为此，首先应针对飞机概念设计、初步设计、详细设计、生产准备、评估与检验等每个阶段，弄清楚“哪些是产品制造中所必须的信息”。
参考文献
[1]史龍.MBD的数字信息化探讨及应用[J].科技风，2011（16）：30.
[2]范玉青.机械产品数字化定义的数据内容及其组织[J].航空制造技术，2002（3）：41～43.
论文作者:高瑞睿
论文发表刊物:《防护工程》2019年第1期
论文发表时间:2019/5/23
标签：模型论文; 定义论文; 几何论文; 几何图形论文; 信息论文; 零件论文; 区域论文; 《防护工程》2019年第1期论文;