建筑行业三维标注(MBD)技术研究和应用展望

随着建筑业数字化、工业化的大力发展,业内对三维标注技术(MBD)的需求日益提升。然而在目前的工作流程中,设计、模拟以及生产的数据一体化框架仍不完善,难以满足实际建筑工程的需要。现阶段BIM技术缺乏关于MBD技术的方法与标准,导致即便设计流程采用全三维设计方式,但最终仍需转换为二维图纸交付生产,其与传统设计流程在本质上并未产生明显区别。本文主要围绕建筑行业MBD技术进行研究与应用展望,包括MBD技术发展历程、相关标注标准的体系构建以及应用的潜在方向,旨在为建筑产品全生命周期管理(PLM)提供基础理论技术支持,也为建筑行业发展提供新的发展思路。

基于MBD的电子装备研发数字化集成协同环境构建

电子装备的研发是一项复杂且系统化的工程,而现有研发模式下存在多专业协同不足、产品研发周期长、技术状态变更频繁、研发成本高等问题,已无法满足市场需求。针对上述问题,以产品研发流程再造和优化为基础,开展数字化集成协同研发环境构建,系统性探索产品多专业协同、多领域共享的研发管控模式。通过基于模型定义(Model-based Definition,MBD)技术,规范了装备研制过程,实现了电子装备基于xBOM的数字化定义和数字量的传递,以及设计工艺一体化数据管理,从而提高了研发效率,缩短产品研制周期10%以上,设计重用率超过30%,降低了研发成本,提高了装备的性能和可靠性。

基于MBD和多Agent的飞机结构件协同设计

针对飞机结构件同步协同设计中非几何信息的表达、传递和相关性修改困难等问题,提出了基于MBD和多Agent的飞机结构件协同设计方法。基于本体将MBD模型的非几何信息进行语义表达和信息共享,构建了基于MBD和多Agent的协同设计框架,实现了CAX软件间的协同通信和互操作。在CATIA V5和JADE平台上开发了飞机结构件协同设计系统,且已在国内某大型航空企业中得到初步应用,提高了飞机结构件的设计质量和效率。

基于MBD模型的工序模型构建方法

针对"基于模型驱动"的产品研制模式中,难以高效地构建工序模型以准确描述实际加工过程的问题,开展机加件工序模型构建方法的研究,提出以基于模型定义(MBD)模型为输入的工序模型构建方法.以零件MBD模型为输入,采用CAD系统二次开发技术进行模型参数提取,提出MBD模型参数信息结构化表达方法.交互进行加工工序设计,建立常见的机加工序工艺信息库辅助具体加工方案设计;根据MBD模型参数和工序参数得到工序模型构建数据文件.读取工序模型构建数据文件,实现工序模型快速建模.开发了工序模型辅助构建工具,以某航空企业典型机加件为例,验证了所提方法的有效性.

基于关联规则的MBD数据集定义研究与实现

针对产品全三维数字化研制需求,提出了一种基于关联规则的基于模型定义(MBD)数据集定义方法.首先,对产品研制过程中所有设计、制造和检验的标准进行细化分解,并对所有这些标准的工作方法、指令、要求即工程注释项进行统一编码,并由计算机管理和发布;其次,对MBD数据集创建过程的历史记录进行关联规则挖掘,发现工程注释项间潜在的关联关系;最终,根据工程注释项间关联关系,实现MBD创建过程中相关工程注释项的推荐.该方法以数据挖掘中关联规则理论为基础,从MBD数据集构建历史数据中获取有用的知识和经验,通过相关工程注释项推荐,进而提高MBD数据集创建效率.

MBD技术在航空发动机设计中的应用

为解决MBD技术在航空发动机设计应用中的标准规范不统一和标注信息管理等问题,结合行业特点,制订了独特的通用+典型零部件MBD行业标准,同时,考虑到知识信息表达和多领域应用,提出了基于视图的标注信息(Definition Based Model Views-DBMV)管理方法,使得3维MBD模型成为惟一有效的知识信息数据源贯穿应用于产品的全生命周期,成功将MBD技术工程化应用于航空发动机结构设计中。

MBD技术在数字化协同制造中的应用与展望

随着信息技术、先进制造技术、新材料技术的迅猛发展,航空制造技术正面临着重大的变革,处于产业革命的前夜。数字化协同设计制造技术是航空产业革命的关键技术之一,本文探讨了在大型飞机研制中的基于模型的定义(Model based definition,MBD)技术在数字化协同设计制造中应用的一些方式方法以及存在的问题,提出了比较适合于目前国内航空企业实施MBD的一些思路。

MBD技术发展及在航空制造领域的应用

作为新一代产品定义技术,基于模型定义(Model-Based Definition,MBD)将设计、制造、检验等制造过程中的全部信息集成于一个综合的产品模型中,并使之成为贯穿制造全过程乃至产品全生命周期的唯一数据源,从而为推进数字化环境下的设计制造检验一体化提供有力支撑。回顾了产品定义方法的发展历史,分析了MBD技术的发展及在航空制造领域的应用现状,探讨了MBD技术的发展方向。

基于MBD的飞机工装数字化定义与管理技术研究

为在飞机工艺装备上应用基于模型定义(MBD)技术,结合飞机工装特点,对工装MBD模型的定义与管理技术进行了研究。首先,构建了工装MBD的数学模型,阐述了通过几何元素、特性和标注的方式完整描述模型的方法,并对工装需求信息进行了具体定义和分类说明。然后,详细探讨了工装模型非几何信息的管理方法,介绍了基于集成界面分类显示的特性管理模式和基于三视图的标注管理模式,并研究了标注信息分类显示的方案。最后,在CATIA V5R18平台上利用组件应用架构(CAA)技术开发了工装MBD定义与管理系统。该系统已在某大型航空企业工艺装备部门得到了应用。

MBD环境下加工元的三维机加工艺设计方法

针对目前基于模型定义(Model-Based Definition,MBD)环境下三维机加工艺设计过程中出现的信息不一致问题,在MBD加工元的概念基础上,提出基于MBD加工元的三维机加工艺设计方法和设计过程。研究基于MBD加工元的生成方法,并在此基础上研究基于MBD加工元的工艺方法决策。基于工序模型的关联复制技术和布尔运算,建立基于MBD加工元的工艺模型。开发基于MBD加工元的机加工艺设计系统,并以飞机盒类零件为例验证所提方法的有效性。

阀门壳体类零件MBD制造模型研究

针对航天典型阀门壳体类零件进行研究,建立MBD制造模型信息的表达公式。通过视图、剖视图、特征、过滤器、工艺设计表等方法相结合,对某阀门壳体零件三维制造模型的设计信息和制造信息进行综合表达,提出一种利用UG数控加工仿真建立MBD工序模型的方法。阀门壳体类零件MBD工序模型的建立过程表明:该方法在保证工序模型正确的基础上,将MBD工序模型的创建效率提高了7.106%。

面向MBD模型的相似匹配方法研究

在基于模型的定义(Model-Based Definition,MBD)的三维工艺设计环境下,实现MBD模型的重用能够提高工艺设计效率和质量。但是,解决MBD模型重用的前提是快速匹配已有MBD模型。目前围绕MBD模型相似匹配方面还存在着跨平台性差、匹配准确率低等问题。为此,引入知识图谱技术,提出了一种面向MBD模型的相似匹配方法。该方法首先通过特征识别将MBD模型数据进行分解,并构建基于MBD模型数据的零件信息模型;其次,通过对关系型数据到图数据的映射,构建了基于知识图谱技术的MBD模型案例知识库;然后,为了快速筛选出相似的MBD模型,提出了基于包含度的子图匹配算法,并构建了基于零件信息模型的MBD模型相似度计算方法;最后,在Intellij IDEA平台中对所提方法的可行性进行了验证。结果表明,以轴类零件为例,实现了对案例库中的零件进行预选及相似度计算,最终输出与匹配模型相似度值最高的MBD模型。

面向飞机全生命周期的MBD数据管理解决方案探讨

基于模型的定义(Model Based Definition,MBD)技术的应用将工程技术人员从百年来的二维文化中解放出来,给飞机的研制手段和研制过程带来了革命性的变化。通过在三维模型上定义完整的产品定义信息,替换过去依靠二维图样飞机定义方式,使得设计、工艺、工装等参与飞机研制的人员能够在直观、语义信息丰富的三维可视化环境下进行并行研制和沟通交流,有助于促进飞机研制周期的缩短和产品质量的提高。

基于用户自定义特征的壁板类工件MBD工序模型设计方法研究

针对当前航天壁板工件批量少、改型多,三维工序模型设计效率低、重复劳动多的问题,提出了基于用户自定义的壁板类工件MBD工序模型设计方法。通过分析壁板类工件,将壁板类工件特征分为槽腔、筋、孔特征,建立其三维参数化特征模型,并结合MBD标注,形成完善的用户自定义特征库。以DFM方式综合应用UDF特征实例,实现壁板工件工序模型的快速生成。最后,通过实例验证了提出方法的可行性和有效性。该方法可为壁板工件的MBD三维工序模型的快速生成提供技术参考。

基于MBD的船舶管件三维工艺设计方法

针对目前船舶管件设计与制造阶段的不协同问题,提出一种基于MBD的船舶管件三维工艺设计方法,在三维环境下将船舶管件MBD设计模型作为工艺设计的基础,在工艺知识库的支持下实现工艺路线的自动规划、工艺信息的自动生成等工艺设计过程,基于MBD数据集规范定义方式生成用于指导加工制造过程的船舶管件MBD工艺模型,该方法将MBD模型作为唯一数据源,贯穿整个工艺设计过程,进而实现设计阶段与制造阶段的协同。

面向MBD模型的特征信息自动识别算法研究

针对特征识别技术对产品制造信息识别的缺失以及匹配算法的复杂性问题,提出了一种基于MBD模型的特征信息自动识别算法。首先,通过EXPRESS和Java映射,构建STEP文件解析器解析MBD模型信息。其次,建立基于图和提示的几何特征识别算法,用表征面邻接图作为匹配算法的数据结构,以提示作为搜索与特征库进行匹配。然后,提出基于关系树的产品制造信息识别方法识别产品制造信息。最后,以轴和机匣作为测试对象,在Intellij IDEA平台中对所提方法进行了验证,分析了匹配算法时间复杂度。结果表明,该方法能够识别几何特征信息和产品制造信息,本匹配算法时间复杂度为O(n),优于时间复杂度为O(n2)的传统匹配算法。

分布式产品描述中MBD模型数据组织与管理技术研究

分布式产品描述作为武器装备采办实施关键技术,要求分布式的产品信息能够通过网络技术互联对产品形成逻辑上的统一描述。针对传统基于模型定义(MBD)中模型定义内容不够丰富、定义过程不够全面的特点,在目前MBD技术基础上,通过扩展MBD模型信息内容与使用可扩展标记语言(XML)信息集成方式,实现了分布式环境下MBD模型数据的组织与管理,并在此基础上利用COM组件技术和CATIA软件开发了分布式产品信息集成与管理系统。

设计MBD模型及其在特征加工中的应用

随着我国航空事业的迅速发展,我国的航空制造技术日新月异。通过对MBD技术的应用,改变了传统的信息传递模式。探讨在应用MBD技术过程中,对如何有效地创建设计MBD模型以及如何通过FBM的加工方式实现设计MBD模型信息的高效利用进行了论述,对于如何在我国航空业中迅速完善地实施MBD技术具有重要意义。

基于MBD的工艺模型集成化建模与表达

在以设计模型为核心的信息传递模式下,根据工艺设计过程的信息定义、信息传递和信息管理要求归纳出工艺模型基本属性,包括工艺过程信息定义、工艺设计意图表达和工艺信息数据载体3个方面。以参数化为主要方式规范地定义了整个工艺设计过程中工艺设计依据、工艺规划、详细工艺设计、工艺文件导出和工艺审批与管理等环节相关数据。指出CAD系统中可应用于工艺模型建模的5种关联机制,并根据工艺模型集成化特点设计出File Link和Capture/Resource Link两种新的关联机制。在基于模型定义(Model Based Definition,MBD)技术的参数化与三维标注表达方式基础上设计了几何元素引用、捕获视图关联与文件关联表达方法,丰富了MBD技术的表达方式。最后给出了工艺模型在三维CAPP系统集成环境下的设计流程与建模实例。

基于MBD的数控工艺设计及快速编程方法研究

面向基于模型定义技术在工艺设计中的应用,从提高工艺设计自动化及编程质量和效率出发,提出了一种基于MBD的数控工艺设计及快速编程方法,该方法根据基于MBD的特征信息描述,采用特征实例化方法,从易于制造及加工应用的角度对产品特征信息进行提取与构造。通过加工特征将几何信息与工艺信息相结合,分析三维关联的数控工艺信息模型内容。最后,利用工艺约束与制造数据库支持进行数控工艺设计,基于工艺结果以加工操作为基本单位驱动与数控加工系统的智能参数化映射,完成数控程序信息的自动生成。采用该方法进行工艺设计可以缩短编程周期,改善和提高加工编程质量和效率。