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基于MBD复合材料结构设计与工艺一体化设计方法研究-

机械制造论文

基于MBD复合材料结构设计与工艺一体化设计方法研究

撰文/中国运载火箭技术研究院研究发展中心邓云飞张帆姚纳新

许健

本文分析了复合材料传统设计模式存在的问题，提出了基于MBD的复

合材料设计与工艺一体化设计方法并应用到某产品研制过程，取得了良好的应用

效果。

一、引言

人类几百年的工业革命历史上，以二维机械制图为代表的产品设计模式至

今为止已延续了近二百年，随着近代计算机技术的飞速发展，产品设计模式逐渐

向三维数字化设计方向转变，进而到当前世界先进企业形成较为完善的MBD

（Model-BasedDefinition）设计模式，如图1所示。

对于航空航天飞行器以及先进装备结构设计，复合材料应用逐步提高是技

1

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术发展的必然趋势。复合材料在提高产品性能、降低产品重量方面有重要作用，

美国波音公司在2004年开始的复合材料787客机设计中，全面采用基于模型

定义MBD（ModelBasedDefinition）新技术，取得了显著的应用效果，如图

2所示。

二、当前产品设计模式存在的问题

1.MBD理解存在的问题

MBD技术是工业4.0模式下实现智能化、数字化制造的关键设计技术，

相关制造企业必须深刻理解其数字化传递的内涵。当前，国内很多企业处于初步

接触三维设计阶段，没有完全理解MBD的真实内涵，存在三个显著的认识误

区。

（1）在数据集表达上，没有认识到MBD区别二维图时代的革命性意义

是模拟量和数字量的根本差别，部分技术人员认为MBD就是“三维标注”，

是“电子视图”，没有掌握MBD模型包含的数据集的定义，也不了解模型数

2

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据集对制造设备的接口意义，只是按照传统二维图的方式将大量尺寸标注在模型

上。由于“尺寸”本身起源于二维图时代用量具量取两点之间的距离这种模拟量

传递方式，与MBD设计数字化传递、智能化制造的思想格格不入，差了一个

时代。笔者通过多年的MBD工程研发和研究，目前国内这个现象十分普遍，

充分表明国内企业在正确理解国外MBD设计方法上还存在相当差距。

（2）在设计流程上，没有认识到MBD基于设计制造一体化的设计流程

要求，部分技术人员认为设计人员实现了三维模型下厂就实现了MBD。三维模

型下厂后，工艺需要重新生成大量二维工程图或者工艺文件，或者要求设计补充

设计图样和技术文件，然后进行工艺可行性分析反馈设计，由此将带来大量不协

调问题，严重降低产品质量，甚至造成方案翻车，延缓研制周期。

（3）在管理模式上，没有认识到MBD基于模型成熟度进行项目管理要

求，部分单位设计上使用三维设计，管理上仍然按照工作成熟度进行，而不是根

据模型的成熟度划分产品研制阶段，造成流程冗长，成本浪费严重。

2．传统复合材料产品设计方法存在的问题

当前国内对三维设计模式的研究方兴未艾，但是主要集中在金属结构的研

究，复合材料的设计方法基本仍沿用传统基于设计工艺相对分离，三维模型与二

维图样并存共用的方法，如图3所示。