1. MBD技术概述
1.1 MBD思想
基于模型定义（MBD）是一种基于全三维模型特征的产品定义方法。MDB的核心思想是采用三维数模进行产品的数字化完整描述，定义设计数据信息和制造数据信息，包括设计中三维数模尺寸标注规则、公差标注规则、工艺信息和制造信息等。MBD技术目标是为了规范产品数字化定义信息，实现以三维数字化模型为核心的设计制造信息传递模式，彻底取消二维工程图，保证数据的唯一性和完整性。
1.2 MBD技术优势和意义
（1）信息表述更直观清晰
二维图纸+三维模型的双源数据转变为三维数模标注的单源数据
（2）打破设计制造的壁垒
（3）减少数据丢失和更改，缩短研制时间
（4）大大减少设计数据的输入和存储数据的冗余
2. MBD目前应用现状
航空领域是MBD技术应用最为广泛的，这是由于波音公司在新一代的737飞机的研制中率先提出了MBD思想，并逐步沿用到各系列机型项目中。一般从设计开始，作为上游企业的波音公司就全面地在合作伙伴中推行MBD技术，包括定义3D模型产品形状及特征信息，并完全以3D模型作为设计制造的依据。波音在20世纪90年代中期将三维模型为主、二维图纸为辅的研制方法取代了由二维图纸为主的设计授权方法。尽管没有完全的三维模型化，但也使得产品的研制和生产、检验、后期技术服务体系发生了巨大的变革。由于在技术转型阶段，波音及其供应商在某些设计生产流程已固化，手段还未达到MBD技术体系要求，仍然保留部分二维图纸为制造依据。2004年波音787项目是波音全面向下游推行MBD制造技术体系的标志，完全由三维数模取代了二维工程图纸。同期，像空客和庞巴迪也布局MBD技术。
目前在我国，MBD技术还没有成熟的应用。我国航空工业中的大部分型号仍沿用二维图纸为中心，三维数模为辅的研制模式。这种模式相比MBD会导致管理复杂，效率低下和成本高昂的问题。当然MBD技术的广泛应用并不是一蹴而就的事。循序接近坚定不移地推行MBD技术的同时，相关的必要的管理理念也要更新和消化。航空领域方面，由于融入了全球航空产业链，尤其是民用航空方面，在使用MBD技术时具有先驱，引领着数字化技术发展的大趋势。
3. MBD三维数模的构成要素
MBD数据构成及分类
（1）MBD技术在产品全生命周期涉及设计、工艺、生产过程中的BOM数据集。
EBOM：是通过设计部门发放到制造部门的产品结构数据，是制造部门工艺和生产的依据。
PBOM：是指在接收到设计部门产生的EBOM后，工艺系统针对后续生产性质自行添加的工艺信息和工艺组件，从而形成的BOM。
MBOM：在工艺编织过程中从装配、制造的角度建立的BOM数据结构。
（2）MBD数字化标注体系
为了更好传递三维数模的信息，产品数据平台需要调取MBD数据定义中的几何信息和非几何信息，从而反映到产品数据管理系统中，让设计、工艺和制造人员更好的识别和检索。
MBD数字化标注体系包括几何信息、属性信息、注释信息、材料信息、特殊工艺要求信息和三维标注信息六类。
几何信息：描述产品的形状、尺寸、零件间的位置关系、装配关系、中心、重心等等参数。
属性信息：描述零组件的编号、名称、对称件信息、关重件的属性信息。
注释信息：通过集合的形式定义在零件的规范树上。其中包括航空标准、设计规范和工艺规范以及设计人员自定义的注释。注释数据通过数据库整理和编码，实现信息的统一管理调用，减少设计人员定义的随意性，达到MBD数据集的标准化和规范化，使设计和工艺共享统一标准。
材料信息：通过集合的形式定义在零件的规范树上。包括材料的编号、类型、材料规范、毛料尺寸和毛料重量等参数。材料信息来源于材料库，保证材料及规范不超出型号材料库的选取范围。通过在数模中添加链接可以材料库中的材料信息，方便设计人员和工艺人员查看材料参数和性能等完整信息。
特殊工艺要求信息：零组件的喷漆、黏结、密封和加垫等特殊工艺信息需要集中编码入库规范化管理。
4. 基于MDB三维数模在PDM中的管理
产品数据管理（Product Data Management，PDM）是一门用来管理所有与产品相关信息包括：零件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信息和产品相关过程，包括过程定义和管理的技术思想。在制造业，PDM的出现和普遍应用大大缩短了研制周期，提高了数据管理的效率，使得产品数据得以高度集成、协调、共享。PDM系统是最好的3C集成平台，CAD、CAPP、CAM之间的数据和信息可以自动地在PDM系统中传递和转换。它可以把与产品相关的数据信息统一的、分门别类的管理起来。
4.1 产品数据管理系统的功能要素
（1）电子仓库机制
电子仓库是用来管理数据和储存数据的数据库，包括指向底层数据的数据链接，指向电子文档储存位置的文档链接和管理外部文档及上述两者所需要的数据。并且在电子仓库上设置了不同用户的不同操作权限。
（2）文档管理
PDM的图纸文档管理提供了对分布式异构数据的储存、检索和管理功能。不仅是工程设计文档，所有需要版次控制的文档都可以交给PDM系统来管理。文档管理提供文档各种属性数据的检索功能，具有权限的用户可以根据需求修改文档，并控制文档图纸的创建/修改、审签、发放等工作流程。
（3）产品结构化管理
产品结构和配置管理是PDM系统的核心功能之一。用户可以利用PDM中图形化交互界面来对产品结构进行查看和编辑。零部件按照装配关系被组织起来，用户可以产品定义数据和零部件关联起来，形成对产品结构的完整描述。物料清单（BOM）也是利用PDM系统自动生成的。同时对产品结构的管理还包括件的版次管理和关联关系的管理。
（4）构型管理
当产品定义和产品结构确定了最终产品的所有方法后，就可以提取出待定状态下的一个产品系列或者一个产品，也就是产品的一种构型。PDM系统包括产品型号和客户构型管理以及有效性管理。
（5）工程更改
PDM系统工程更改功能管理着设计文档和图纸的更改工作流程。系统将此过程分为工程更改请求（Engineering Change Request，ECR）和工程更改贯彻/指令（Engineering Change Order，ECO）.前者负责更改需求的提出、涉及更改数据的提出、更改审签、更改发布等工作流程。后者负责对更改所涉及的文档图纸的修改、关联的维护、更改内容的传达及发布等工作流程的控制。
（6）模块化嵌入，集成化管理
PDM是以软件为基础的技术，以产品为核心，实现产品相关数据、流程、资源一体化的集成管理技术。整个生命周期内所需的各种数据都被有组织地储存和管理，并提供了与产生数据的CAD/CAPP/CAM/ERP等系统的接口。不仅能接收各系统的数据输出，而且能定义一套统一的数据格式和标准，避免数据的冗余和混乱。
4.2 MBD信息数据的管理
为清晰全面的解释MBD数据管理模型，可以将数据管理模型分为设计层、工艺层和制造层三类，三层之间相互关联，通过PDM产品数字平台完成信息的交互。
1）设计层数据信息
设计层是整个MBD数据构建的基础，其目的是建立零件的坐标系和基本尺寸。其次建立零件的三维模型，建立模型尺寸信息，为后期工艺设计打下基础。最后以产品结构树形式作为产品数据管依据。
2）工艺层数据信息
工艺层是MBD数据管理的核心层，建立的首要目的是清晰的描述产品的工艺信息，然后制定工艺规划方案和工艺工具的制定与选型，接着实现制造方案的验证和分析，最后实现设计层和制造层的信息交互。
3）制造层数据信息
制造层是MBD数据管理的最顶层。这层的数据构成并不复杂，没有零件设计层的产品结构树和坐标系等原始模型信息。制造层的目的是将工艺产品的数据准确地传递到制造部门，满足制造的工装要求，实现顺利制造。
4.3 基于Windchill系统的MBD数据管理
基于Web技术的PDM系统是PDM系统类型的一个新的技术分支。Web浏览器支持多用户，不同计算机的应用，在不同平台都具有相同外观和风格。其系统架构在Internet/Intranet/Extranet之上，提供企业产品开发最佳的、跨越延展供应链的产品信息和PLM（Product Lifecycle Management，PLM）一体化解决方案。美国的Matrix One公司的eMatrix和PTC公司的Windchill就是这类系统的代表。Windchill目前在全球航空企业应用最为广泛，它所提供的MBD数据管理能力契合了MBD技术在航空领域的普遍应用。
在MBD数据管理表现为以下两个方面：
1）MBD三维数模可视化
由于电子三维数模的整个生命周期需要被不同角色人员查看，但全部采用昂贵且使用复杂的原始CAD工具查看又比较难。因此Windchill系统提供了可以将MBD模型自动转换为轻量级的可视化中性格式，这种格式并不意味着信息量的减少。轻量化后的数模不但包括几何信息，还包括MBD模型定义中的PMI（Product Manufacturing information，PMI）。这种工具可以使得用户不需要依赖原始CAD如CATIA或Pro/E等软件查看三维数模。MBD模型数据量庞大，因此Windchill系统还支持大规模MBD数模组成的DMU（Digital Mock up，DMU）的浏览查看，方便用户了解飞机研制情况。
2）MBD数据的储存
Windchill提供给CAD或者VPD等工具良好的集成接口，使得工具产生的MBD数据能够进入系统进行管控。以CATIAV5为例，Windchill提供CATIAV5的商品化集成接口Workgroup Manger for CATIAV5，从而实现MBD三维数模的检入/检出、修改、非几何参数的属性映射、MBD数模结构和Windchill产品结构的双向射和模型关联管理等。Windchill强大的数据管理，工作流程管理以及构型管理构建了统一的数据源，并向各业务提供准确有效的MDB数模数据，保证了MBD数据的有效性、一致性、完整性和可追溯性。具体来说，Windchill可根据MBD定义的模型结构和转配关系自动建立产品结构，并提取MBD模型中的非几何信息存放在相应的零件组（Part）或装配关系对象中，自动生成制造所需的零件细目表（PartList）等文件。减少了零件数据重复录入，确保了数据的一致性。最后在Windchill中构建出装配件的EBOM。
5 MBD技术展望
尽管学术界对于MBD概念的论述如汗牛充栋，但行业对于MBD的标准的制定仍然比较模糊，这导致了MBD技术在国内仍处于发展阶段。另外，目前市面上的CAD软件只是支持最基本的三维标注。若想全面达到深层次实现MBD的相关功能，还需要对CAD软件进行二次开发。以航空制造行业为例，主机的设计主要用CATIA，而发动机设计主要用UGNX。总之，MBD是一种理念、一种方法，不是简单的三维标注。本文主要阐述了MBD数据的构成以及与PDM集成后的数据管理，以寻求适用于不同行业的MBD数据管理思路。当然，MBD数据管理业依旧面临几个挑战。1）行业MBD模型数据标注的标准制定2）MBD和PDM系统的集成和数据互通的完整性3）不同软件设计平台下MBD模型协同设计的信息流的完善和准确性。
