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[摘 要]文章通过对MBD技术的简要研究与分析，阐述了MBD条件下模型轻量化研究的意义，并结合当前实际提出了MBD条件下模型轻量化中需要遵循的技术标准，为轻量化技术的进一步研究和深入推广提供了理论基础。
[关键词]MBD 轻量化模型 数字化产品
中图分类号：TH152 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0128-01
引言
飞机产品结构复杂，零件生产精度要求高、组部件装配技术要求高。伴随着计算机技术的发展，数字化产品定义经历了二维到三维模型发展的三个阶段。如表1所示：
作为全球飞机制造企业的先导者，波音公司率先在787项目中推广使用了MBD（Model Based Definition）技术，即基于模型的产品数字化定义技术。波音公司作为上游企业，将MBD技术贯穿于设计、制造和装配之中，将MBD技术全面的在合作伙伴之中进行了推广落实。目前我国的航空设计院所和制造企业也正在慢慢地将MBD技术推广开来。
MBD的主导思想不是简单地用三维数据模型来反映二维图纸的信息，而要充分利用三维模型所具备的表现力，提供一种异于二维图纸理念、便于用户理解、且更具效率的全新的设计信息表达方式；可作为设计、指导生产制造和装配、检测的单一数据源。因此，一个完整的MBD模型需要由几何属性、非几何属性、管理属性等多重信息数据元素构成。
1.模型轻量化管理的要求
MBD模型由与产品有关的各种信息有机地构成，其基本信息如下：
1.几何信息及拓扑信息；2.材料信息及热处理信息；3.工艺信息，如表面粗糙度、形位公差等；4.装配信息，如装配结构及装配特征等；5.产品的管理信息；6.产品功能信息及技术要求信息。
零件数据主要包含了用于快速现实模型的显示数据和用于精确查询的几何数据[2]。其中主要部分为显示数据，几何数据仅为轻量化模型的辅助部分。这种数据组织方式主要是满足保密需求，当涉及保密同时又有非密人员需要使用三维数模时，管理员可以将几何信息删除只留下显示信息。
装配数据记录了轻量化的装配信息包括子装配件和零件的数量、文件名等结构信息；装配体的颜色、透明度等属性信息以及装配关系等。由于零件的几何信息在零件数据中已经充分的表达，装配数据不再重复记录零件的几何信息，只是进行相应的引用，这样的数据组织方式便有效地避免了装配体零件数据的重复使用以及数据量过大的问题。
基于以上对轻量化模型的分析，一个标准化的轻量化模型应当满足以下要求：
1.1 与原模型的一致性：
1.轻量化模型在独立存在的基础上保持与原零件模型一一对应；
2.轻量化模型的坐标系、点、线、面等几何元素的精度、元素的颜色以及显示状态等应与原模型保持一致；
3.严禁在轻量化模型中添加原模型中没有的元素、信息；
4.保证轻量化模型中三维标注信息中的内容、显示状态、颜色、字体、关联关系等元素与原模型的一致性；
5.轻量化模型中的装配数据信息应与原模型保持一致；
1.2 必要信息的完整性
1.轻量化模型应保留原模型中实体元素及参与MBD模型三维标注的点、线、面、坐标系元素；
2.轻量化模型中应保留原模型中结构树中及零件属性内大量参数信息，并保证其余原模型的一致性、完整性、准确性及可读性。
1.3 满足便捷化、可视性需求
1.轻量化模型应能够在OFFICE等常用办公软件中实现读取、缩放等操作；
2.轻量化模型中应包含与原模型一致的捕获视图且显示内容、视角应与原模型保持一致；
3.轻量化模型应支持视图平移、缩放、旋转、剖切、标注、测量操作，同时支持将操作结果保存；
4.轻量化模型应支持在系统数据库中的上传、下载和使用。
1.4 文件物理大小合理
轻量化模型文件物理大小应在满足以上要求的条件下降低至原模型的1/10，有更高轻量化需求的可降低至原模型的1/20-1/70。
2.MBD条件下轻量化模型的优点
2.1 提升使用效率
MBD条件下的数据模型中含有大量的信息，这必然导致三维产品模型数据文件非常庞大。然而，对于工作人员而言，不同阶段的使用者所需要的信息仅有几项，其他信息均为非必要信息；比如对于装配工艺设计人員而言，只需要获取模型的几何信息和装配信息，其他大量非相关信息的存在使得工作效率下降。
2.2 便于异地协同作业
在航空制造业飞速发展的今天，大型的工艺管理体系中不可避免地会遇到设计部门、生产部门异地协同作业的情况；而为了便于快速相应生产，需要快速、便捷的在异地之间进行网络传输数据。然而，将携带大量信息的模型用于网络传输必然会造成网络传输速率低、浪费网络资源等。轻量化的模型可以最高可实现达到原有模型文件大小的1/20-1/70[1]。
2.3 降低计算机成本
随着MBD模型的文件增大，对于计算机显示器等硬件水平的要求也将会增大；将MBD模型转化为轻量化模型用于使用，可大幅度降低计算机使用成本。
3.结论及展望
MBD技术改变了传统的研制模式，使设计、制造、装配、检验都参与到设计中，可以保证数据的可控性、可视化程度高、可操作性强，高效地体现了数字化技术带来的便捷，是现代飞机数字化研制的基础。轻量化模型作为MBD模式的一种表现形式，由于涵盖了原模型的装配关系等信息，使得轻量化模型可以用于指导生产和进行检验。而由于其异于MDB模型的数据组织模式和显示模式，使得其與专业的三维模型设计软件比较更易于操作，便于航空制造业一线工人的便捷使用；同时，借助轻量化模型，可以有效快捷地实现异地的数据共享和交流，实现异地协同作业。
深化应用和提升轻量化技术，必将实现提升产品质量、缩短产品研制周期、减少生产准备时间、降低人工培训成本等，为飞机的快速研制提供强劲有力的技术支撑。
参考文献
[1] 刘清华，刘云华，万立.支持协同的3维轻量化模型与圈阅工具的研究[J].计算机集成制造系统，2006，12（9）：1385-1390.
[2] 赵伟.基于轻量化模型的三维装配动画研究[D].华中科技大学，2006.
[关键词]MBD 轻量化模型 数字化产品
中图分类号：TH152 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）30-0128-01
引言
飞机产品结构复杂，零件生产精度要求高、组部件装配技术要求高。伴随着计算机技术的发展，数字化产品定义经历了二维到三维模型发展的三个阶段。如表1所示：
作为全球飞机制造企业的先导者，波音公司率先在787项目中推广使用了MBD（Model Based Definition）技术，即基于模型的产品数字化定义技术。波音公司作为上游企业，将MBD技术贯穿于设计、制造和装配之中，将MBD技术全面的在合作伙伴之中进行了推广落实。目前我国的航空设计院所和制造企业也正在慢慢地将MBD技术推广开来。
MBD的主导思想不是简单地用三维数据模型来反映二维图纸的信息，而要充分利用三维模型所具备的表现力，提供一种异于二维图纸理念、便于用户理解、且更具效率的全新的设计信息表达方式；可作为设计、指导生产制造和装配、检测的单一数据源。因此，一个完整的MBD模型需要由几何属性、非几何属性、管理属性等多重信息数据元素构成。
1.模型轻量化管理的要求
MBD模型由与产品有关的各种信息有机地构成，其基本信息如下：
1.几何信息及拓扑信息；2.材料信息及热处理信息；3.工艺信息，如表面粗糙度、形位公差等；4.装配信息，如装配结构及装配特征等；5.产品的管理信息；6.产品功能信息及技术要求信息。
零件数据主要包含了用于快速现实模型的显示数据和用于精确查询的几何数据[2]。其中主要部分为显示数据，几何数据仅为轻量化模型的辅助部分。这种数据组织方式主要是满足保密需求，当涉及保密同时又有非密人员需要使用三维数模时，管理员可以将几何信息删除只留下显示信息。
装配数据记录了轻量化的装配信息包括子装配件和零件的数量、文件名等结构信息；装配体的颜色、透明度等属性信息以及装配关系等。由于零件的几何信息在零件数据中已经充分的表达，装配数据不再重复记录零件的几何信息，只是进行相应的引用，这样的数据组织方式便有效地避免了装配体零件数据的重复使用以及数据量过大的问题。
基于以上对轻量化模型的分析，一个标准化的轻量化模型应当满足以下要求：
1.1 与原模型的一致性：
1.轻量化模型在独立存在的基础上保持与原零件模型一一对应；
2.轻量化模型的坐标系、点、线、面等几何元素的精度、元素的颜色以及显示状态等应与原模型保持一致；
3.严禁在轻量化模型中添加原模型中没有的元素、信息；
4.保证轻量化模型中三维标注信息中的内容、显示状态、颜色、字体、关联关系等元素与原模型的一致性；
5.轻量化模型中的装配数据信息应与原模型保持一致；
1.2 必要信息的完整性
1.轻量化模型应保留原模型中实体元素及参与MBD模型三维标注的点、线、面、坐标系元素；
2.轻量化模型中应保留原模型中结构树中及零件属性内大量参数信息，并保证其余原模型的一致性、完整性、准确性及可读性。
1.3 满足便捷化、可视性需求
1.轻量化模型应能够在OFFICE等常用办公软件中实现读取、缩放等操作；
2.轻量化模型中应包含与原模型一致的捕获视图且显示内容、视角应与原模型保持一致；
3.轻量化模型应支持视图平移、缩放、旋转、剖切、标注、测量操作，同时支持将操作结果保存；
4.轻量化模型应支持在系统数据库中的上传、下载和使用。
1.4 文件物理大小合理
轻量化模型文件物理大小应在满足以上要求的条件下降低至原模型的1/10，有更高轻量化需求的可降低至原模型的1/20-1/70。
2.MBD条件下轻量化模型的优点
2.1 提升使用效率
MBD条件下的数据模型中含有大量的信息，这必然导致三维产品模型数据文件非常庞大。然而，对于工作人员而言，不同阶段的使用者所需要的信息仅有几项，其他信息均为非必要信息；比如对于装配工艺设计人員而言，只需要获取模型的几何信息和装配信息，其他大量非相关信息的存在使得工作效率下降。
2.2 便于异地协同作业
在航空制造业飞速发展的今天，大型的工艺管理体系中不可避免地会遇到设计部门、生产部门异地协同作业的情况；而为了便于快速相应生产，需要快速、便捷的在异地之间进行网络传输数据。然而，将携带大量信息的模型用于网络传输必然会造成网络传输速率低、浪费网络资源等。轻量化的模型可以最高可实现达到原有模型文件大小的1/20-1/70[1]。
2.3 降低计算机成本
随着MBD模型的文件增大，对于计算机显示器等硬件水平的要求也将会增大；将MBD模型转化为轻量化模型用于使用，可大幅度降低计算机使用成本。
3.结论及展望
MBD技术改变了传统的研制模式，使设计、制造、装配、检验都参与到设计中，可以保证数据的可控性、可视化程度高、可操作性强，高效地体现了数字化技术带来的便捷，是现代飞机数字化研制的基础。轻量化模型作为MBD模式的一种表现形式，由于涵盖了原模型的装配关系等信息，使得轻量化模型可以用于指导生产和进行检验。而由于其异于MDB模型的数据组织模式和显示模式，使得其與专业的三维模型设计软件比较更易于操作，便于航空制造业一线工人的便捷使用；同时，借助轻量化模型，可以有效快捷地实现异地的数据共享和交流，实现异地协同作业。
深化应用和提升轻量化技术，必将实现提升产品质量、缩短产品研制周期、减少生产准备时间、降低人工培训成本等，为飞机的快速研制提供强劲有力的技术支撑。
参考文献
[1] 刘清华，刘云华，万立.支持协同的3维轻量化模型与圈阅工具的研究[J].计算机集成制造系统，2006，12（9）：1385-1390.
[2] 赵伟.基于轻量化模型的三维装配动画研究[D].华中科技大学，2006.