公司新聞。
第一代工程語言
工程定義需要明白和無歧義的表達(dá)。中國古代工匠就有采用物理實(shí)體模型（如：故宮“樣式張”）和二維繪圖法表達(dá)工程思想的歷史。1795年法國科學(xué)家加斯帕爾?蒙日（Gaspard Monge，1746～1818）系統(tǒng)地提出了以投影幾何為主線的畫法幾何，把工程圖的表達(dá)與繪制高度規(guī)范化、唯一化，工程圖便成為工程界常用的定義產(chǎn)品的語言——第一代工程語言。
這種工程設(shè)計(jì)語言的缺陷是顯而易見的，設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)，首先涌現(xiàn)在腦海里的是三維的實(shí)體形象而不是平面視圖。但為了向制造它的人傳遞產(chǎn)品的信息，必須將這個(gè)活生生的實(shí)體通過嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)和投影關(guān)系變成為復(fù)雜的、但為工程界所共識(shí)的標(biāo)準(zhǔn)工程圖。這當(dāng)中的浪費(fèi)不僅是投影圖的繪制，還包括了從實(shí)體形象向抽象的視圖表達(dá)方式轉(zhuǎn)換的思維，以及在轉(zhuǎn)換過程中不可避免出現(xiàn)的表達(dá)不清和存在歧義。制造工程師、工人在使用這種平面圖紙時(shí)，又要通過想象恢復(fù)它的立體形狀，以理解設(shè)計(jì)意圖。這又是一番思維、腦力和時(shí)間的浪費(fèi)。平面圖紙的再利用能力幾乎沒有，定義的質(zhì)量完全依賴設(shè)計(jì)人員的個(gè)人能力。有時(shí)不是創(chuàng)意而是對(duì)平面圖形的理解程度，制圖技術(shù)的好壞往往是能否設(shè)計(jì)、制造出好的產(chǎn)品的關(guān)鍵。對(duì)二維圖樣的繪制和理解是需要嚴(yán)格的專門訓(xùn)練，要求工程人員有良好的空間想象能力。直到今日畫法幾何和工程制圖仍然是工科大學(xué)最重要的必修課之一。二百年來，制造業(yè)為這種平面圖形的轉(zhuǎn)換付出了巨大的代價(jià)。
2.2 第二代工程語言
20世紀(jì)50年代后期，隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展，在計(jì)算機(jī)屏幕上繪圖變?yōu)榭赡埽珻AD技術(shù)越來越成為工程表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)方式，逐漸成為第二代工程語言。
二維CAD將手工二維繪圖計(jì)算機(jī)化，人們借助此項(xiàng)技術(shù)來擺脫煩瑣、費(fèi)時(shí)、精度低的傳統(tǒng)手工繪圖，從而甩掉了沿用200多年的圖板。
60年代初期出現(xiàn)了三維CAD系統(tǒng)，起初是極為簡(jiǎn)單的，只能表達(dá)基本幾何信息線框系統(tǒng)，不能有效表達(dá)幾何數(shù)據(jù)間的拓?fù)潢P(guān)系，缺乏形體的表面信息。進(jìn)入70年代，由于飛機(jī)和汽車工業(yè)的蓬勃發(fā)展，飛機(jī)及汽車制造過程中遇到大量自由曲面問題，此時(shí)，基于三視圖方法的多截面視圖、特征緯線近似表達(dá)所設(shè)計(jì)自由曲面產(chǎn)生的不完整性，已經(jīng)不能滿足工程要求，大大拖延了產(chǎn)品研發(fā)時(shí)間。由于貝塞爾算法的提出，使得用計(jì)算機(jī)處理曲線及曲面問題變得可行，從而結(jié)束了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)單純模仿工程圖紙的三視圖模式，首次實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)完整描述產(chǎn)品零件的主要信息，同時(shí)也使得CAD技術(shù)的開發(fā)有了現(xiàn)實(shí)的基礎(chǔ)。曲面造型系統(tǒng)為人類帶來了第一次CAD技術(shù)革命，改變了以往只能借助油泥模型來近似表達(dá)曲面的落后的工作方式。
由于曲面造型技術(shù)只能表達(dá)形體的表面信息，難以準(zhǔn)確表達(dá)零件的其他特征，如質(zhì)量、重心、慣性矩等，從而提出了對(duì)實(shí)體造型技術(shù)的需求。實(shí)體造型技術(shù)能夠精確表達(dá)零件的全部屬性，在理論上有助于統(tǒng)一CAD/CAE/CAM的模型表達(dá)，給設(shè)計(jì)帶來了驚人的方便性?？梢哉f，實(shí)體造型技術(shù)的普及應(yīng)用標(biāo)志著CAD發(fā)展史上的第二次技術(shù)革命。
2.3 第三代工程語言
80年代中期，一種比無約束自由造型更新穎、更好的算法———參數(shù)化特征造型方法開始出現(xiàn)。它具有基于特征、全尺寸約束、全數(shù)據(jù)相關(guān)、尺寸驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)修改的特征?？梢哉J(rèn)為，參數(shù)化技術(shù)的應(yīng)用主導(dǎo)了CAD發(fā)展史上的第三次革命。此時(shí)眾多CAD/CAE/CAM軟件開發(fā)公司群雄逐鹿。80年代后期到90年代，CAD向系統(tǒng)集成化方向發(fā)展，引起了CAD發(fā)展史上的第四次革命。特別是波音777實(shí)現(xiàn)了全數(shù)字樣機(jī)，進(jìn)一步發(fā)展了數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)，此后， 波音公司在以波音787為代表的新型客機(jī)研制過程中，全面采用了MBD技術(shù)，將三維產(chǎn)品制造信息與三維設(shè)計(jì)信息共同定義到產(chǎn)品的三維模型中，摒棄二維圖樣，將MBD 模型作為制造的唯一依據(jù)。至此，基于三維模型定義技術(shù)的MBD已經(jīng)成為第三代工程語言。
二、基于模型的定義（Model Based Definition-MBD）
傳統(tǒng)的產(chǎn)品定義技術(shù)主要以工程圖為主，通過專業(yè)的繪圖反映出產(chǎn)品的幾何結(jié)構(gòu)以及制造要求，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)和制造信息的共享與傳遞?；谀Ｐ偷亩x（MBD）以全新的方式定義產(chǎn)品，改變了傳統(tǒng)的信息授權(quán)模式。它以三維產(chǎn)品模型為核心，將產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息、制造要求共同定義到該數(shù)字化模型中，通過對(duì)三維產(chǎn)品制造信息和非幾何管理信息的定義，實(shí)現(xiàn)更高層次的設(shè)計(jì)制造一體化。
MBD是一種超越二維工程圖實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化定義的全新方法，使工程人員擺脫了對(duì)二維圖樣的依賴。MBD是一個(gè)管理和技術(shù)的體系，并不僅僅是一個(gè)帶有三維標(biāo)注的數(shù)據(jù)模型。MBD使制造信息和設(shè)計(jì)信息共同定義到三維數(shù)字化模型中，使其成為生產(chǎn)制造過程的唯一依據(jù)，實(shí)現(xiàn)CAD和CAM（加工、裝配、測(cè)量、檢驗(yàn)）的高度集成。ASMEY14.41、BDS600系列等標(biāo)準(zhǔn)是MBD的重要基礎(chǔ)，這些標(biāo)準(zhǔn)的制定促進(jìn)了CAD軟件公司參照其開發(fā)軟件新功能，使MBD的思想得以實(shí)現(xiàn)，并很快應(yīng)用到以波音787為代表的生產(chǎn)實(shí)踐中。
1、數(shù)字化產(chǎn)品定義技術(shù)
200對(duì)年前，蒙日在《畫法幾何學(xué)》的開篇稱畫法幾何學(xué)有兩個(gè)主要目的，第一個(gè)目的是在只有長(zhǎng)、寬兩種尺度的圖紙上，為表達(dá)一切具有長(zhǎng)、寬、高三種尺寸的自然物體提供方法，而這些物體應(yīng)是嚴(yán)格確定的，這種圖與使用何種語言表達(dá)無關(guān)。第二個(gè)目的則是根據(jù)準(zhǔn)確的圖形，推導(dǎo)出物體的形狀和物體各個(gè)組成部分的相互位置。以畫法幾何為基礎(chǔ)的二維工程圖表達(dá)，奠定了以二維準(zhǔn)確定義三維，用平面表達(dá)空間乃至加工制造需求的思維模式和工程管理規(guī)范，統(tǒng)治工程設(shè)計(jì)與制造長(zhǎng)達(dá)200多年，并依舊發(fā)揮作用。
計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)，使表達(dá)的通用介質(zhì)突破了“只有長(zhǎng)、寬兩種尺度的圖紙”。人們逐步把三維模型引入到工程定義中，三維模型在工程定義中的地位從參考、輔助過度到主導(dǎo)地位。隨著三維技術(shù)的日趨成熟，使得以數(shù)字化完整準(zhǔn)確定義三維產(chǎn)品成為可能。基于模型的數(shù)字化定義技術(shù)是具有三維模型主要元素的完整產(chǎn)品定義，它不再使用或依賴于二維圖樣或正投影視圖為主要制造依據(jù)，是數(shù)字化定義的最新階段。由于其無可比擬的直觀性和與其他計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的集成，漸漸成為新的工程定義的標(biāo)準(zhǔn)，最終必然得到推廣并取代圖紙文化。
新的東西常常帶來大量的特殊問題。在通常的CAD系統(tǒng)中，工程技術(shù)人員所建立的產(chǎn)品數(shù)字化模型僅僅是三維幾何模型，而制造工藝信息還在二維圖樣上。這樣僅依據(jù)三維幾何模型往往難以進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)和檢驗(yàn)。也就是說，三維模型中沒有讓技術(shù)人員以清晰確定的方式，將工藝、模具設(shè)計(jì)與生產(chǎn)、部件裝配、部件與產(chǎn)品檢驗(yàn)等工序所必需的設(shè)計(jì)意圖添加進(jìn)來。三維模型雖然包含了二維圖樣所不具備的詳細(xì)幾何形狀信息，但三維模型中卻不包括尺寸及公差的標(biāo)注、表面粗糙度、表面處理方法、熱處理方法、材質(zhì)、結(jié)合方式、間隙的設(shè)置、連接范圍、潤滑油涂刷范圍、顏色、要求符合的規(guī)格與標(biāo)準(zhǔn)等僅靠幾何形狀無法表達(dá)的（非幾何）信息。另外，在三維建模中，基于形狀的注釋提示、關(guān)鍵部位的放大圖和剖面圖等能夠更為靈活而合理地傳達(dá)設(shè)計(jì)意圖的手段也存在不足。這在實(shí)際工程中就會(huì)產(chǎn)生既使用三維模型，又離不開二維圖樣的矛盾狀態(tài)。這些在實(shí)際生產(chǎn)中遇到的問題是ASME關(guān)于MBD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研制的根本動(dòng)力，并推動(dòng)了ASME Y14.41-2003標(biāo)準(zhǔn)的頒布，與此同時(shí)，以波音公司為代表的世界頂級(jí)制造企業(yè)和軟件廠商也在加緊在此標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上開發(fā)與應(yīng)用，進(jìn)一步發(fā)展基于模型的定義技術(shù)。目前MBD技術(shù)及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)仍在不斷發(fā)展之中。
在MBD技術(shù)發(fā)展應(yīng)用過程中，航空工業(yè)始終走在前列。飛機(jī)產(chǎn)品作為復(fù)雜、制造難度最大的工業(yè)產(chǎn)品，迫切需要數(shù)字化技術(shù)尤其是數(shù)字化定義技術(shù)來提高設(shè)計(jì)質(zhì)量以及設(shè)計(jì)效率。單項(xiàng)數(shù)字技術(shù)，如CAD技術(shù)、數(shù)字化仿真分析技術(shù)、數(shù)字化加工檢驗(yàn)技術(shù)等已經(jīng)取得了明顯的進(jìn)步。但缺乏整體的軟硬件體系建設(shè)，以綜合發(fā)揮整體數(shù)字化技術(shù)帶來的優(yōu)勢(shì)。目前航空企業(yè)已經(jīng)使用CAD軟件建立產(chǎn)品的三維實(shí)體模型，但在數(shù)據(jù)傳遞過程中不得不經(jīng)常將三維模型轉(zhuǎn)換成二維圖樣進(jìn)行傳遞。同時(shí)，基于圖樣的信息傳遞，無法有效地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，無法大規(guī)模推廣協(xié)同設(shè)計(jì)。因此，需要通過對(duì)基于模型的定義技術(shù)進(jìn)行研究，來充分繼承并行工程數(shù)字化定義的要求，同時(shí)，需要通過更高集成度的數(shù)據(jù)集成技術(shù)，來實(shí)現(xiàn)信息傳遞過程的無紙化，實(shí)現(xiàn)更高應(yīng)用水平的數(shù)據(jù)共享技術(shù)。
在此過程中，其主導(dǎo)思想不能只是簡(jiǎn)單地將二維圖樣的信息反映到三維模型中，而要充分利用三維模型所具備的表現(xiàn)力，去探索便于用戶理解且效率更高的設(shè)計(jì)信息表達(dá)方式。其中最為艱難的是，“要從二維圖紙文化這種現(xiàn)有概念中跳出來，從零開始研究新的信息表達(dá)方式”。為此，首先應(yīng)針對(duì)概念設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、生產(chǎn)準(zhǔn)備、評(píng)估與檢驗(yàn)等每個(gè)階段，弄清楚“哪些是產(chǎn)品制造中所必需的信息”，哪些是囿于二維圖紙時(shí)代技術(shù)條件限制而提出的，在當(dāng)前情況下已非必需或者可以從根本上改變形式的信息。
隨著計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，那種以投影法為基礎(chǔ)的“只有長(zhǎng)、寬兩種尺寸的”傳統(tǒng)產(chǎn)品定義的方法逐漸受到顛覆，信息技術(shù)將以往的“靜態(tài)”的思維范式和工作方式引領(lǐng)到“液態(tài)”的模式，制造企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)將不再以傳統(tǒng)的“靜態(tài)”的工程語言和工程文件進(jìn)行開展，一種跨時(shí)代的革命性的數(shù)字化定義工程技術(shù)應(yīng)用的序幕正在拉開。MBD技術(shù)使倡導(dǎo)多年的并行工程、協(xié)同設(shè)計(jì)乃至數(shù)字化企業(yè)成為可能。
2、數(shù)字化產(chǎn)品定義規(guī)范
美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)頒布的數(shù)字化產(chǎn)品定義規(guī)范（ASME Y14.41-2003 DIGITAL PRODUCT DEFINITION DATA PRACTICES）是基于模型定義的基本規(guī)范要求的基礎(chǔ)。這一標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)字化技術(shù)發(fā)展時(shí)期順應(yīng)工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用需求而提出的，規(guī)范制定始于業(yè)界頂端航空制造業(yè)。1997年1月，在波音公司主持的會(huì)議上確定了對(duì)這一規(guī)范的需求，以波音公司多年數(shù)字化制造經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，經(jīng)過幾年的修訂，規(guī)范于2003年7月7日被批準(zhǔn)為美國國家標(biāo)準(zhǔn)，這期間三維設(shè)計(jì)系統(tǒng)的發(fā)展也使得標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容不斷擴(kuò)充。
ASME Y14.41-2003標(biāo)準(zhǔn)建立了應(yīng)用于數(shù)字化產(chǎn)品定義的數(shù)據(jù)——數(shù)據(jù)集的要求及參考文檔。這一標(biāo)準(zhǔn)和其他現(xiàn)行ASME標(biāo)準(zhǔn)（如ASME Y14.5M-1994（R1999），尺寸和公差標(biāo)注）配套使用。它支持兩種應(yīng)用方法，僅使用模型（三維），及模型和數(shù)字化格式的圖樣（2D Drawing）相結(jié)合。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定從對(duì)這兩個(gè)方法的公共要求開始，然后分別敘述其他各部分對(duì)這兩種方法的各自要求。
標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)三維CAD軟件提出了建模和標(biāo)注功能的要求，直接促進(jìn)了CAD軟件三維標(biāo)注功能的發(fā)展，CAD軟件公司已把此標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)到軟件中。波音公司在此標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上根據(jù)公司具體實(shí)踐制定了BDS600系列標(biāo)準(zhǔn)，并在2004年開始的波音787客機(jī)設(shè)計(jì)中，全面采用基于模型定義的新技術(shù)。這使得三維產(chǎn)品制造信息（Product Manufacturing Information，PMI）與三維設(shè)計(jì)信息共同定義到產(chǎn)品的數(shù)字化模型中，使CAD和CAM（加工、裝配、測(cè)量、檢驗(yàn)等）實(shí)現(xiàn)真正的高度集成，可不再使用二維圖紙。2006年，ISO頒布了ISO 16792，規(guī)定了全面的三維模型標(biāo)注規(guī)范，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用有了新的跨越式發(fā)展。
3、MBD數(shù)據(jù)集
根據(jù)ASME Y14.41-2003標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，數(shù)字化產(chǎn)品定義（Digital Product Definition，DPD）數(shù)據(jù)集可以以下面四種格式之一存在：
（1）DPD數(shù)據(jù)集包括三維CAD模型和全尺寸標(biāo)注的二維圖樣；
（2）DPD數(shù)據(jù)集包括三維CAD模型和標(biāo)注了工程要求但未標(biāo)注全尺寸的二維工程圖；
（3）DPD數(shù)據(jù)集三維模型，工程要求在三維模型里以文本顯示；
（4）DPD數(shù)據(jù)集僅包括模型和工程要求。
這四種方式都可以認(rèn)為是DPD方式，第二種有時(shí)稱為減少尺寸工程圖樣（Reduced Dimension Drawing，RDD）或簡(jiǎn)化圖樣（Simplified Drawing，SD），第三種和第四種方式稱為基于模型的定義方法。
3.1 MBD數(shù)據(jù)集的基本內(nèi)容
MBD數(shù)據(jù)集提供完整的產(chǎn)品信息，集成了以前分散在三維模型與二維工程圖樣中的所有設(shè)計(jì)與制造信息。零件的MBD數(shù)據(jù)集包括實(shí)體幾何模型、零件坐標(biāo)系統(tǒng)、尺寸、公差和標(biāo)注、工程說明、材料需求及其他相關(guān)定義數(shù)據(jù)。裝配件的數(shù)據(jù)集包括裝配狀態(tài)的實(shí)體幾何模型、尺寸、公差和標(biāo)注、工程說明、零件表或相關(guān)數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)的幾何文件和材料要求。其中，工程說明由標(biāo)注注釋、零件注釋、標(biāo)注說明（與特殊工程需求有關(guān)的說明）組成，其基本內(nèi)容見下圖。圖中所示數(shù)據(jù)由分析數(shù)據(jù)、零部件表、試驗(yàn)要求、材料規(guī)范、工藝過程和最終要求等組成，但不限于這些數(shù)據(jù)。相關(guān)數(shù)據(jù)將在數(shù)據(jù)集中引用。
