概括

• 基于模型的定义 (MBD) 是在 3D CAD 模型中定义产品和工程数据的过程。
• MBD 方法创建了用于制造、检查和装配等下游流程的单一事实来源。
• MBD 提高流程效率、减少返工、创造更好的产品并缩短上市时间，并影响利润。

• 目录
• 什么是 MBD（基于模型的定义）？
• MBD 是什么，MBD 不是什么
• MBD 与工业 4.0 有何关系
• 为什么要使用MBD？
• 流程与自动化
• 产品及质量
• 数据与分析
• MBD 的优势：投资回报率和数字
• 实例探究
• MBD的缺点
• MBD 具有颠覆性
• MBD 通常由 OEM 驱动
• MBD 更注重质量
• 如何实施MBD
• 推荐的试点项目/特定流程的改进
• MBD Ready CAD 格式
• 常问问题
• MBD 资源
• 什么是 MBD（基于模型的定义）？
• MBD 是使用产品制造信息(PMI)（又名用于构建和测量的制造数据）注释 3D CAD 模型的过程，以成为整个产品生命周期的单一权威来源。
• MBD CAD 中的 PMI 将包含通常在 2D 绘图中传达的任何信息，其中基本数据是语义的：在软件和机器之间读取的可互操作数据，同时仍然是人类可读的。
• MBD 的关键目标是互操作性。与 CAD/CAM/CAE/CAI 无关，可确保下游自动化、跨生态系统的协作以及权威模型的完全透明度和可追溯性。
• 如果实施正确，MBD 就是零件、装配体或最终产品的数字孪生。
• 具有 PMI的3D CAD 模型可能包括：
• GD&T（几何尺寸和公差）
• 物料清单 (BOM)
• 表面光洁度
• 焊接符号
• 制造、质量和装配说明
• 一般注释和其他元数据
• 修订管理
• 法律/专有/出口管制通知
• 其他权威的数字数据自动化
• MBD 是什么，MBD 不是什么。
• MBD 是组织和流程的变革。通过将 GD&T（几何尺寸和公差）、物料清单、工艺计划和其他明确的数字数据等制造和检验数据纳入模型中，所有部门都需要新的技能和思维方式。
• MBD 不是无纸化工程。 MBD 影响从设计到制造、质量到供应链等整个下游。它不是孤立于某个流程或从业者的。
• MBD是机器可读的数据。MBD 的一个主要目标是实现工作流程自动化，从而消除或减少手动工作和返工。语义数据提供了这一点。
• MBD 不仅仅是几何学。虽然几何是 MBD 的一个重要方面，并且通常是 MBD 的门户，但目标是拥有机器可读、可互操作的数据。
• MBD是权威模型。 所有重要信息和工程变更单均反映在 MBD CAD 模型中，从而消除了图纸和模型修订过时的风险。MBD 模型将成为所有下游流程的基础。
• MBD 并不含糊。通过 MBD，工程要求反映了设计意图，并且不太可能出现解释或重复错误。
• MBD 与工业 4.0 有何关系？
• 工业4.0。工业物联网。模型型企业。数字化转型。数字孪生/线程。这些概念涉及自动化、人工智能、机器学习和智能技术。
• 然而，为了使这些先进技术存在，数据必须在不同的机器、软件、设备和孤岛之间无缝传递。MBD 是原子。

• 为什么要使用MBD？
• 在制造业，格言始终如一：更快、更好、更便宜。
• MBD 可以缩短上市时间，提供更好的产品和流程，并通过自动化和节省时间降低成本。
• MBD 使工程师能够在比孤岛更具协作性的环境中进行设计、测量、测试和改进，从而实现更快、更准确的反馈循环。
• 让我们更深入地探讨一下：
• 流程与自动化
• 工程、制造和质量与传统的基于绘图的工作流程之间存在脱节。
• 设计师使用 CATIA、Creo、Inventor、NX、SOLIDWORKS 等工具在 3D CAD 中进行开发，但是，他们的产品定义和流程信息随后会投影到 2D 图纸中——有些是在纸上。
• 制造和质量部门必须手动将数据重新输入到其 CMM（坐标测量机）、CAM（计算机辅助制造）或 CAI（计算机辅助检查）软件中。
• 第一个潜在失败点是手动转录增加了出错的机会。
• 潜在故障的第二点是，图纸的解释可能与预期的设计不同。
• 这两点都需要更多的时间来澄清和纠正。
• 传统方法MBD方法 带有包含 GD&T / PMI 的 2D 绘图的 3D 模型。具有嵌入式 GD&T / PMI 的 3D 模型。人类可读。人类可读和机器可读。对人员和解释的依赖。对流程和数据的依赖。劳动密集型，尤其是修改和返工。由于预先编码的知识，减少了劳动时间。
• 多种专有数据格式。
• 普遍可访问的数据。
• 没有映射到“单一事实来源”。
• 数据映射到设计模型。
• 随着不同修订的数量和涉及的多级别人员的增加，零件或装配体的复杂性会成倍增加，这将成为一个缓慢的过程，并且存在沟通不畅和质量问题。
• 通过 MBD 方法，机器可读的数据可以直接导入到制造和质量软件中。数据也是明确的，只有一种正确的读取方式。
• 最重要的是，MBD 方法并未被编码为“部落知识”。MBD 是可重复的、严格的、自动化的并且不易出错。
• 从公司的角度来看，MBD 确保了一致且系统的流程，有助于更快、正确地按照公司标准培训新员工，尤其是在知识员工退休或离职时。
• 产品及质量
• 不良质量成本( COPQ) 衡量与报废、返工、重新测试、召回等流程失败相关的成本。
• 据估计，与质量相关的成本高达销售收入的20%。无论是原始设备制造商还是小型制造公司，这种低效率只会雪上加霜。
• 报废、返工和召回是由于人为错误而发生的。示例包括转录或解释 2D 绘图、进行未提及的设计更改和/或执行不合格的设计和制造工作。 这会导致 GIGO（垃圾输入，垃圾输出）问题。
• 通过 MBD 方法，可以在产品生命周期的早期发现错误。较早发现错误与较晚发现错误之间存在显着差异，因为与运营阶段相比，在设计阶段采取的纠正措施最多可节省 29 倍的时间。
• 正如一句永恒的谚语所说：“一分预防胜于一分治疗”。
• 数据与分析
• 工业 4.0、数字孪生、数字主线、先进制造和基于模型的企业。
• 这些术语和 MBD 是关于使用优质数据来解决业务问题或改进业务产品。
• 不幸的是，对于大多数制造商来说，这些数据并未被使用。
• 例如，质量和检验部门对车间生产的产品进行验证、测量零件并提供通过或失败的决定。然而，这些数据很少被重新引入生态系统进行分析，并且尽管非常有价值，但经常被丢弃。
• MBD 确保将数据与模型联系起来，以改进设计（又称制造数字孪生）、改进零件、改进运营，最重要的是，在时机成熟时改进业务决策。
• 尽管在数字化制造中利用大数据、人工智能和机器学习还处于早期阶段，但从零售到 SaaS 等其他行业的例子已经显示了使用数据的巨大好处。
• 数字化转型最早的案例之一是航空业，美国航空公司在 20 世纪 60 年代率先从手动纸质预订过渡到计算机预订。
• 尽管我们的目标是加快预订速度（事实也确实如此），但一大好处是获得精细数据来分析航班、城市、季节、时间和需求，帮助公司调整机票价格并为公司赚取更多利润。
• 最好的是，当他们的预订系统被用作其他全国性旅行社预订系统的骨干时，它就成为了自己的业务，允许美国航空首先推荐自己的航班，获得对竞争对手的独家见解，并从旅行社收取许可费。
• MBD 在数据方面也具有同样的潜力。
• 目前，MBD 是一项节省时间、节省成本的功能。但从数据中获得的见解将更有价值，因为它会影响业务，甚至创造新的业务。
• “制造领域的不同部门之间几乎没有合作。
• 团队和个人在孤岛中工作，线性手动切换导致数据冗余和不一致。这会导致沟通不畅、质量差以及在生命周期后期发现错误。 有了 MBD，所有这些问题都得到了解答。”
• Daniel Campbell，Capvidia 副总裁 MBD
• MBD 的优势：投资回报率和数字
• Capvidia 和该领域的其他领导者收集了与 MBD/数字孪生相关的 ROI 数字。以下是调查结果：
• Raytheon 将其CMM 工作流程从 16 小时的手动转录减少到 3 小时的 MBD，减少了 81%。
• Lockheed Martin、Rolls Royce 等公司参与的试点项目将其CMM 工作流程从 5 小时减少到 10 分钟，减少了 97%。
• PTC 和博世电动工具将CMM 编程和检查时间缩短了 60-70%。
• 麦肯锡公司发现，数字孪生技术可以将收入提高多达 10%，将上市时间缩短多达 50%，并将产品质量提高多达 25%。
• 已经进行了许多与 MBD 相关的案例研究。然而，由于原始设备制造商希望保持竞争优势，其中大多数都被保密。
• MBD的缺点
• 尽管 MBD 的概念自 2000 年代初就已存在，但 MBD 尚未得到主流采用。原因如下：
• MBD 具有颠覆性
• 进行 MBD 与 2D 绘图完全不同，后者需要新的工作流程、技能和工具。
• 设计工程师需要了解 GD&T 并做更多的前期工作，以对下游产生更大的影响，而他们通常看不到这一点。
• 制造工程师和供应商需要具备接收和查看 MBD 数据的能力，这对于位于机床旁边的车间来说可能很困难。
• 尽管投资回报率和收益大于成本，但 MBD 仍是一项巨大的投资。
• MBD 通常由 OEM 驱动
• MBD 在两个行业已经成熟：航空航天与国防以及汽车。
• 由于主要原始设备制造商需要与其供应链保持一致，因此他们可能需要像波音公司及其供应链那样进行变革。
• 然而，在其他行业，尤其是规模较小的原始设备制造商，他们没有这种影响力或支持。
• MBD 更注重质量
• 在质量方面，使用 MBD 进行自动化检验是理所当然的：FAIR（首件检验报告）、PPAP（生产零件批准流程）和 CMM（坐标测量机）程序等已经看到了立竿见影的巨大成果。
• 在制造方面，虽然已经实施了加工、装配、装配说明和测试，但车间的投资回报率尚未完全确定。
• 您应该选择 MBD 的 15 大理由
• 人们
• 过程
• 产品
• 更好的产品、更好的定价、更好的利润。
• 更短的产品开发周期，更快的上市时间。
• 保持竞争力，先发优势。
• 通过打字或解释减少人为错误。
• 用于自动化的机器可读 3D CAD 和 PMI。
• 删除“中间人”或工程图纸。
• 更多功能丰富的数据可以为最终用户提供更好的指导。
• 更多迭代和流程突破性改进。
• 通过测量优化算法实现更高质量的检测
• 整个流程的透明度和互操作性
• 节省工时：与以绘图为中心的方法相比，可节省高达 80% 的总流程时间。
• 腾出工程时间来改进设计和产品：创新。
• 从熟练工人到聪明工人：处理数据并产生见解。
• 设计与制造商之间的数字链接：数字孪生。
• 下一代工程师以 3D 方式查看和设计。
• 如何实施MBD
• 所有下游组织：制造、质量、服务和供应链都受益于 MBD。
• 但如何开始他们的 MBD 之旅呢？
• 实施 MBD 没有单一的方法。然而，从小事做起是最好的方法，因为它首先关注更直接、更明显的好处。
• 例如，一个好的 MBD 试点项目可以处理现有的手动和劳动密集型工作，例如质量检查报告（例如 FAI、PPAP 等）。
• 以下是如何开始：
• 定义利益相关者和收益购买：确定谁使用 2D 工程图以及这些工程图在公司内的使用方式。一旦确定了利益相关者，通过向关键组织人物推销来获得支持是 MBD 实施的关键一步。
• 基础设施：评估 MBD 准备情况并记录组织的当前状态。包括当前的实践、数据交换和技术。还记录未来的国家目标。当前状态和未来状态目标的结合将支持推动 MBD 战略。
• 机会：确定当前可以改进的流程。开展试点项目来测试 MBD 的准备情况和成熟度。
• 报告：跟踪下游切换期间的进度。详细记录进展和经验教训将有助于组织随着时间的推移完善其 MBD 战略，并支持实现未来的国家目标。
• 底线价值：通过 MBD 衡量投资回报率，节省时间或成本。
• 扩张：不断加大MBD力度。缓慢而坚定地将基于模型的实践扩展到新项目中，同时提高用户的 MBD 教育水平。
• “ 通过全面的端到端试点启动您的 MBD 之旅。
• 当与愿意的零件生产商深思熟虑地执行时，试点可以启动组织变革管理，创建未来状态工件，重新构想产品定义方法，巩固利益相关者的支持，探索供应链参与，发现技术挑战和解决方案，并确定最有可能的领域快速的价值回报。
• 没有比这更有效的敏捷转型练习了。”
• Mike Werkheiser，Belcan 数字解决方案总监

推荐的 MBD 试点项目/特定于流程的改进

自动化 FAI（首件检验）和检验报告

通过 MBD 方法，带有 PMI 的 3D CAD 可以驱动 FAI 报告、物料清单、注释、工程变更单等以执行自动任务。

自动生成的零件序号和数据不依赖于 2D 绘图和手动转录，而是分类到有组织的特征清单中以供 Excel 或 Net-Inspect 导出，从而将 FAIR 创建减少高达 80%。

自动化 FAI 工作流程示例：

1. 确定测量任务，也称为特征清单。
2. 将信息存储在 MBD 模型中以生成 FAI（首件检验）或 PPAP（生产件审批流程）文档。
3. 分配测量计划。
4. 生成 CMM 检测程序。
5. 收集结果。
6. 进行统计分析。
7. 联系 MBD 模型以获得单一事实来源。

自动气球定义

使用 MBD，在模型上定义输出（特性清单）可以绕过工程师的额外工作，以建立他/她自己的输出命名约定和对测量结果进行排序的方式。

这允许有组织且统一的命名约定。Capvidia 还提供用于 2D 绘图的自动零件序号标注软件。

自动生成 CMM 程序

当前 CMM 编程属于劳动密集型，需要熟练的 CMM 技术人员将 2D 绘图中的 GD&T 手动输入到其 CMM 软件中。此外，如果给五位不同的工程师，则可能会出现五种不同的 CMM 程序，因为过程中做出的不同决策、对 GD&T 数据的不同解释以及转录错误。

MBD 方法将 GD&T 嵌入到 3D CAD 模型中，并由 Calypso、Checkmate、PC-DMIS 等 CMM 软件直接导入，从而可以将一致的流程应用于测量。

自动化的未来用例

可能性是无限的。但焊接、目视检查和无损检测是目前正在测试的 MBD 工艺。

MBD 就绪 CAD 格式

MBD 的核心是互操作性。

无法读取 CAD 程序（例如 Creo、CATIA、SOLIDWORKS、NX、Inventor 等）的专有格式，也无法直接将其转换为其他专有格式。

然而，通用中性 CAD 格式可以在不同的 CAD、CAM 和 CAE 程序之间互操作。

MBD 就绪 CAD 文件（例如QIF和STEP AP242）是 ISO 标准机器可读文件格式，可以由人类工程师打开和检查，并可以通过软件工具明确导入。

常问问题：

问： 成功的 MBD 试点项目是什么样的？ 答： 它必须是一个 SMART（具体、可衡量、可实现、相关和有时限）项目。从小规模开始，例如 FAI 或 CMM 生成，可以提供最容易实现的成果。

问： 我们可以针对当前流程收集哪些指标来将其与基于 MBD 的流程进行比较？ 答： 首先，减少了劳动时间。它是最容易捕获和最容易计算的。其次，减少延误并提高产品进入市场的成本效益。第三，更好的数据和无形的投资回报率的可用性可以用来推动智能制造的洞察力。

问： MBD 如何帮助 OEM？小企业和供应商怎么样？ 答： 对于制造商来说，MBD 通过在产品生命周期早期采取自动化、预防性或纠正措施来降低成本。小型企业和供应商不再需要模糊的设计和数据来构建和测量零件。

MBD 资源：

MBD标准：

1. ASME Y14.5和ISO GPS（几何产品规范）：这些标准管理几何尺寸和公差 - GD&T 的使用。深入了解 GD&T 的原理将有助于确保基于 MBD 的流程定义明确、高效且稳定。
2. ASME Y14.41：该标准提供了如何在 3D 中创建数字产品定义的指南。
3. ASME Y14.47：该标准提供了用于组织 CAD 模型的模式。

MBD成熟度指数：

NSE MBE 成熟度指数：公司用于查找其 MBD/MBE 准备水平的评估工具。*载下**演示幻灯片。

MBD会议

这些会议完全致力于 MBD 或有与 MBD 相关的良好轨道。

1. 基于模型的企业峰会
2. 3DCIC（3D 协作与互操作性大会）
3. GPDIS（全球产品数据互操作性峰会）