基于模型定義MBD的出現(xiàn)，徹底改變了制造業(yè)數(shù)據(jù)源的性態(tài)，為打通制造業(yè)信息化的瓶頸創(chuàng)造了條件，成為制造業(yè)信息化革命性的新起點(diǎn)。但是制造業(yè)的產(chǎn)品生命周期所有活動(dòng)的數(shù)據(jù)源從傳統(tǒng)的2D到新的3D MBD的轉(zhuǎn)移，面臨著巨大的挑戰(zhàn)，會(huì)是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程。 “基于模型的企業(yè)（MBE）的概念，作為企業(yè)利用基于模型技術(shù)的環(huán)境，將推動(dòng)數(shù)據(jù)源的過(guò)渡。與此同時(shí)，制造業(yè)所有的信息化應(yīng)用系統(tǒng)則必須順應(yīng)這種發(fā)展，向MBE靠攏，迎接制造企業(yè)信息化新起點(diǎn)的挑戰(zhàn)。
1 制造業(yè)信息化的進(jìn)步和糾結(jié)
上個(gè)世紀(jì)80年開(kāi)始，在制造領(lǐng)域逐步進(jìn)行著越來(lái)越廣泛的信息化改造。利用NC/CNC技術(shù)控制機(jī)床的作業(yè)、便捷的通信和高效的數(shù)據(jù)處理，加速了工廠整體生產(chǎn)力的提高。應(yīng)用系統(tǒng)與先進(jìn)企業(yè)管理理念的融合，優(yōu)化了業(yè)務(wù)流程和保證產(chǎn)品質(zhì)量，加快了研制速度，發(fā)揮了巨大的效益。但是，制造信息化的進(jìn)展與社會(huì)的需求和人們的期望相比，至今仍是差強(qiáng)人意的。從工程到管理，從CAD/CAM到PMD/PLM/MES、從MIS到ERP等等，每每用大把的資金投入換得的總是不太令人興奮的成就。特別是所謂的集成和協(xié)同，除了“數(shù)據(jù)共享”之外，至今少有企業(yè)真正的實(shí)現(xiàn)。在制造企業(yè)，信息化讓人“既愛(ài)又恨”。信息化不盡人意的根源在那里？追根溯源，是制造業(yè)現(xiàn)行的工程圖紙和圖紙的發(fā)布/傳遞程序。
傳統(tǒng)的工程圖紙用帶有尺寸、公差以及其它輔助標(biāo)注的2D投影圖表達(dá)原本是3D的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)意圖，傳達(dá)制造和質(zhì)量要求以及支持信息。2D工程圖紙?jiān)?jīng)是人類(lèi)文明和進(jìn)步的重要工具。但是，現(xiàn)行工程圖紙存在2個(gè)妨礙信息化繼續(xù)向縱深發(fā)展的桎梏：
●首先是2D圖紙的描述性的局限。制造數(shù)據(jù)在向下游層層傳遞的過(guò)程中，存在2維圖向3維思維轉(zhuǎn)換而造成人們大量的腦力浪費(fèi)和總會(huì)出現(xiàn)理解錯(cuò)誤。錯(cuò)誤的糾正和更改措施增加了軟件和使用的復(fù)雜程度，減少了信息化的效果。
●更為糾結(jié)的是現(xiàn)行的工程圖對(duì)計(jì)算機(jī)可讀性的限制。2D圖紙不能提供計(jì)算機(jī)可以直接讀寫(xiě)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)。
信息化時(shí)代，我們希望計(jì)算機(jī)代替人來(lái)執(zhí)行各種管理的和制造的作業(yè)，就必須讓計(jì)算機(jī)直接或間接地讀到產(chǎn)品的技術(shù)數(shù)據(jù)。但是，傳統(tǒng)的工程圖紙或文檔是給人看的，不是給機(jī)器讀的。讓工程圖紙或文檔驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)或機(jī)器的工作，必須經(jīng)過(guò)人的理解、用人工從2D圖紙中提取信息，再通過(guò)人機(jī)交互界面（屏幕和鍵盤(pán)）將制造數(shù)據(jù)用下游應(yīng)用軟件（如有限元分析FEA、CAM/CAPP/MES等）能夠解析的格式重新定義。這就是所謂“結(jié)構(gòu)化”的過(guò)程。當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)集成得很理想的情況下，這種手工作業(yè)至少做一次，而目前多數(shù)企業(yè)需要反復(fù)的進(jìn)行。這就是說(shuō)，信息化了幾十年，制造數(shù)據(jù)的源頭卻沒(méi)能“信息化”。高度自動(dòng)化的設(shè)備和軟件系統(tǒng)與手工處理的產(chǎn)品數(shù)據(jù)之間存在著巨大的鴻溝。2D圖紙的機(jī)器不可讀性，阻斷了設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谙掠巫鳂I(yè)的信息化重用。當(dāng)產(chǎn)品越復(fù)雜、對(duì)工程圖紙依賴(lài)程度越高，這種不可讀性的影響越是嚴(yán)重；企業(yè)的應(yīng)用系統(tǒng)越多，應(yīng)用越是深入，遇到的障礙就越多，消耗的精力就越多；結(jié)果是信息化過(guò)程中的系統(tǒng)和軟件越搞越復(fù)雜，實(shí)施成本越來(lái)越高。
在評(píng)價(jià)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的信息化的成就時(shí)既要看到，CAD“甩圖版”功勞，也要看到過(guò)去一代CAD并沒(méi)有改變2D圖紙的本性；既要看到傳統(tǒng)的CAM和數(shù)控機(jī)床的效率，也要看到編程其實(shí)就是人工理解2D圖紙，再用機(jī)床可以識(shí)別的代碼和加工順序重新定義零件的重復(fù)定義過(guò)程。再如，早期MRP/ERP實(shí)施需要的BOM算是一種計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息。但是構(gòu)建和理順一個(gè)復(fù)雜結(jié)構(gòu)產(chǎn)品的BOM并非易事。接著又興起MES來(lái)了，MES需要的數(shù)據(jù)不是BOM，而是BOP（Bill of Processes)，要求用計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的每一個(gè)零件或裝配件的主要尺寸、公差、熱表處理和檢查的要求，這是系統(tǒng)進(jìn)行制造作業(yè)、記錄、判別和追溯的依據(jù)。在所謂的“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化的CAPP”中，這些數(shù)據(jù)從人工讀2維圖紙?jiān)僦匦螺斎氲玫降模ぷ髁看蟮诫y以想象。號(hào)稱(chēng)為“協(xié)同平臺(tái)”的PDM/PLM，也就是圖檔和設(shè)計(jì)過(guò)程管理，內(nèi)容上只管了幾個(gè)BOM，零組件的制造數(shù)據(jù)在所謂的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中卻不存在。我們當(dāng)然不能滿(mǎn)足于這種水平。
2D圖紙?jiān)谛畔⒒h(huán)境中表現(xiàn)出來(lái)的固有缺陷和從此引發(fā)的信息系統(tǒng)的斷點(diǎn)，成為制造業(yè)信息化獲得更大成效和繼續(xù)發(fā)展的根本性的瓶頸。先進(jìn)的信息化環(huán)境，需要不但人能讀懂、還必須是計(jì)算機(jī)可以直接識(shí)別、可以直接驅(qū)動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)和機(jī)器執(zhí)行的產(chǎn)品數(shù)據(jù)表達(dá)。
2 MBD打開(kāi)了制造業(yè)信息化的瓶頸
CAD技術(shù)和有限元分析仿真技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了工程對(duì)象的3D表達(dá)。孤立的3D模型應(yīng)用，包括有限元仿真、裝配模擬、運(yùn)動(dòng)模擬，大約延續(xù)了10多年之久。但模型上因?yàn)槿鄙僦圃焖仨毜某叽纭⒐畹鹊木_表達(dá)，一直不能獨(dú)立的作為產(chǎn)品信息的唯一數(shù)據(jù)源應(yīng)用。模型和制造數(shù)據(jù)一體化，即：讓產(chǎn)品屬性如尺寸、公差和其它技術(shù)要求“牢牢的嵌入（embedded in） ”在模型上，讓嵌入模型上的尺寸、公差和其它屬性可以通過(guò)計(jì)算機(jī)可以直接訪問(wèn)、查詢(xún)和重用，讓產(chǎn)品生命周期的各個(gè)階段和供應(yīng)鏈的全程可以直接利用，是工程和生產(chǎn)人員的渴望，也是信息化繼續(xù)深化的必然趨勢(shì)。
1997年美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)ASME組成專(zhuān)業(yè)委員會(huì)，由以波音為主的16個(gè)制造和軟件系統(tǒng)企業(yè)參加，制訂了ASME Y14.41-2003“Digital product definition data practices 數(shù)字化產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)通則”。ISO又根據(jù)ASME Y14.41-2003 制定了ISO 16792:2006, Technical product documentation – Digital product definition data practices。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了新的、統(tǒng)一的產(chǎn)品定義方法。所謂“新”，其一是用嵌入的、完全標(biāo)注的3D模型定義產(chǎn)品，其二，也是更重要的，是用計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的“產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)集(Product Definition Data Set)”，目前多數(shù)文獻(xiàn)也稱(chēng)其為“技術(shù)數(shù)據(jù)包TechnicalDataPackage或TDP”的，對(duì)3D模型做補(bǔ)充的說(shuō)明。ASME Y14.41開(kāi)創(chuàng)的產(chǎn)品表達(dá)方法被稱(chēng)為“基于模型的定義Model Based Definition ,MBD”。有人定義“產(chǎn)品的基于模型的定義MBD是包含模型的精確3D幾何和注釋的數(shù)據(jù)集。注釋指定制造和生命周期支持?jǐn)?shù)據(jù)和可能包括的說(shuō)明和列表。該模型和技術(shù)數(shù)據(jù)包TDP構(gòu)成了對(duì)產(chǎn)品的完整定義。
有兩個(gè)關(guān)鍵因素成就了MBD超過(guò)基于圖紙/文檔的定義的顯著優(yōu)勢(shì)：
1)計(jì)算機(jī)可解釋性computer intERPretability。MBD用計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的方式將3D模型和對(duì)模型的所有標(biāo)注、屬性、各要素的關(guān)聯(lián)性以及數(shù)值組織起來(lái)形成技術(shù)數(shù)據(jù)包TDP，后續(xù)的制造和檢驗(yàn)所要求的有關(guān)信息可以通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)TDP的直接訪問(wèn)檢索、查詢(xún)、傳遞。3D CAD模型不必進(jìn)行附加的手工處理和數(shù)據(jù)的變換，就可以為下游業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)。工程應(yīng)用軟件可以對(duì)模型進(jìn)行直接的讀入、處理。
2)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性data associativity。公差、材料規(guī)格、表面光潔度、硬度和其它信息與模型中的特定的特性是相關(guān)聯(lián)的結(jié)合在一起的。數(shù)據(jù)的相關(guān)性對(duì)模型的整體性是至關(guān)重要的。在傳統(tǒng)文檔之間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)非常難以維護(hù)。而MBD模型的對(duì)象與注釋相關(guān)聯(lián)。對(duì)人來(lái)說(shuō)，可以直接查看模型而不再需要依靠2D圖紙之類(lèi)的補(bǔ)充文檔。對(duì)機(jī)器而言，提供了可重用（reuse）模型和可讀的TDP。
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院NIST近期在一個(gè)會(huì)議報(bào)告中對(duì)工程模型的性質(zhì)做了全面的說(shuō)明：“模型是真實(shí)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、行為、運(yùn)作或其他特性的表達(dá)或理想化地呈現(xiàn)。模型被用來(lái)傳達(dá)設(shè)計(jì)信息、模擬真實(shí)世界的行為,或指定的過(guò)程。工程師使用模型來(lái)傳達(dá)產(chǎn)品定義或者定義產(chǎn)品的構(gòu)成、配置和功能。”報(bào)告特別指出模型的雙重含義：“模型既可以計(jì)算也可以描述。模型的描述性是指人可以識(shí)別并為人所用 (符號(hào)表征和演示)。模型的可計(jì)算性則意味著計(jì)算機(jī)的可解釋性和具有機(jī)器可讀的格式和語(yǔ)法。”并認(rèn)為“早期的CAD模型只是給人看的。現(xiàn)今,CAD模型可以由各種工程軟件應(yīng)用軟件直接進(jìn)行解釋?zhuān)⑶椰F(xiàn)在有了能夠在應(yīng)用系統(tǒng)之間傳遞工程數(shù)據(jù)的各種格式交換的標(biāo)準(zhǔn)。”
此外，MBD還為并行協(xié)同的研制提供了應(yīng)用基礎(chǔ)，讓下游包括工藝過(guò)程設(shè)計(jì)、制造、維修等的所有業(yè)務(wù)可以直接利用產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)。實(shí)際上，MBD才開(kāi)創(chuàng)了真正的產(chǎn)品數(shù)據(jù)唯一數(shù)據(jù)源和真正無(wú)縫集成的可能性。理論上3D模型可以替代2D的圖紙和文檔作為新的產(chǎn)品數(shù)據(jù)源。這樣，MBD打開(kāi)了束縛制造業(yè)信息化發(fā)展的瓶頸，開(kāi)啟了制造行業(yè)信息化發(fā)展的新紀(jì)元。
3 企業(yè)面臨產(chǎn)品數(shù)據(jù)源變化的挑戰(zhàn)
MBD徹底改變了表達(dá)設(shè)計(jì)意圖的工程信息的形式，MBD向產(chǎn)品生命周期下游的擴(kuò)展應(yīng)用成為自然的、也是必然的趨勢(shì)。這種從產(chǎn)品數(shù)據(jù)源頭開(kāi)始的變革，必將影響到制造、交付、維修等所有的活動(dòng)。變革還涉及企業(yè)所有和產(chǎn)品數(shù)據(jù)有關(guān)的流程、信息系統(tǒng)軟件，改變了用到產(chǎn)品數(shù)據(jù)的所有人員、部門(mén)的工作方式，和制造業(yè)的行為文化。在MBD面前，先進(jìn)制造系統(tǒng)、精益制造和生產(chǎn)執(zhí)行的管理也都有了新的含義。新的3D世界，需要建立新的標(biāo)準(zhǔn)化和制造秩序。
但是從2D傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源到3D新的基于模型的數(shù)據(jù)源的轉(zhuǎn)換和它引發(fā)的諸多問(wèn)題，又不是一朝一夕能夠解決的，需要從3D數(shù)據(jù)源的上游逐漸向下理順，需要很多技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的支持。這種過(guò)渡還存在著許多人為障礙，難以很快掃清。可以預(yù)料，用MBD的3D模型和數(shù)據(jù)集替代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源、讓下游都能夠應(yīng)用起來(lái)，是一個(gè)較長(zhǎng)期的過(guò)程。也成為制造業(yè)所關(guān)注的頭等大事。
4 基于模型的企業(yè)MBE是新型數(shù)據(jù)源的應(yīng)用環(huán)境
目前看來(lái)，有一種稱(chēng)為“基于模型的企業(yè)MBE”的技術(shù)，最有望成為從2D傳統(tǒng)數(shù)據(jù)源向3D模型的數(shù)據(jù)源過(guò)渡的解決方案。MBE使用3D CAD模型，而不是圖紙、文件，作為在整個(gè)產(chǎn)品生命周期所有工程活動(dòng)的數(shù)據(jù)源，其核心宗旨是直接用模型驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品生命周期的所有方面，產(chǎn)品數(shù)據(jù)一經(jīng)創(chuàng)建就為下游所有數(shù)據(jù)消費(fèi)者重用。
目前，MBE已經(jīng)成為制造業(yè)最熱的詞語(yǔ)。美國(guó)有多個(gè)“基于模型的企業(yè)MBE”的研究和應(yīng)用計(jì)劃。也有多個(gè)版本的MBE，甚至已經(jīng)出現(xiàn)了某種亂象。最新的、比較統(tǒng)一的說(shuō)法是：基于模型的工程(Model-based Engineering)是使用數(shù)字化模型驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、制造和生命周期支持等所有工程活動(dòng)的方法。基于模型的企業(yè)(Model-based Enterprise)是使用基于模型的工程的組織。而基于模型的“企業(yè)”和基于模型的“工程”被認(rèn)為是互通使用的術(shù)語(yǔ)。并且有將“工程”的范圍擴(kuò)展到整個(gè)產(chǎn)品生命周期過(guò)程，而不僅僅局限于設(shè)計(jì)過(guò)程的趨勢(shì)。但是制造業(yè)向新的數(shù)據(jù)源過(guò)渡的問(wèn)題太重要了，我們不能等待學(xué)術(shù)界或者咨詢(xún)機(jī)構(gòu)對(duì)MBE的定義有了結(jié)論再行動(dòng)。本文采用的是由美國(guó)陸軍研究實(shí)驗(yàn)室Army Research Laboratory (ARL) 領(lǐng)導(dǎo)、美國(guó)軍工制造技術(shù)計(jì)劃(ManTech)和美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)等機(jī)構(gòu)聯(lián)合推廣的MBE的觀點(diǎn)，簡(jiǎn)稱(chēng)為ARL MBE或DoD MBE。 他們將基于模型的企業(yè)MBE定義為：基于產(chǎn)品3D定義 (MBD)詳細(xì)信息的、并為跨企業(yè)所共享的集成和協(xié)同環(huán)境，目的是使企業(yè)從原理到退役處理的產(chǎn)品全生命周期的所有活動(dòng)快速、無(wú)縫和經(jīng)濟(jì)的進(jìn)行。
從2D圖紙到MBE—工程數(shù)據(jù)的演變
目前國(guó)內(nèi)對(duì)MBE的關(guān)注也日益增多。但是，本文認(rèn)為，關(guān)注MBE的重點(diǎn)并不在于研究它所包括的各種基于模型的技術(shù)的實(shí)現(xiàn)。因?yàn)闊o(wú)論有沒(méi)有MBE的概念，基于模型的制造Model Based Manufacturing (MBM)和基于模型的工作指導(dǎo)書(shū)Model Based Instructions( MBI) 都已經(jīng)發(fā)展到近于成熟；無(wú)論有沒(méi)有MBE，基于模型的支持Model Based Sustainment (MBS)必將提到議事日程。實(shí)質(zhì)上，MBE是一張覆蓋了使用3D產(chǎn)品數(shù)據(jù)源的所有技術(shù)的大傘，是所有基于模型技術(shù)的穹頂。推出MBE的意義在于充分發(fā)揮3D 模型和TDP在產(chǎn)品生命周期中的可重用(reuse)作用，用3D數(shù)據(jù)集成和協(xié)同產(chǎn)品生命周期的所有活動(dòng)。用ARL MBE的術(shù)語(yǔ)說(shuō)，就是構(gòu)建一個(gè)貫穿于產(chǎn)品整個(gè)生命周期的“數(shù)字線Digital thread”。
ARL MBE還提供數(shù)字化制造的近期目標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)和實(shí)現(xiàn)的路線圖，引導(dǎo)軍工行業(yè)3D模型數(shù)據(jù)的應(yīng)用，加速用3D模型替代傳統(tǒng)2D圖紙和文檔的過(guò)程。ARL的MBE具有目標(biāo)清晰、實(shí)施步驟明確、可操作，并且每年都有新的進(jìn)展，已經(jīng)在推動(dòng)美國(guó)航空和軍工企業(yè)數(shù)字化的發(fā)展中取得效果，并且在牽引著美國(guó)一系列有關(guān)3D數(shù)據(jù)的新標(biāo)準(zhǔn)制訂。本文認(rèn)為，ARL MBE值得航空和軍工企業(yè)研究和借鑒。
美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院NIST在2011年12月舉辦了基于模型的企業(yè)MBE峰會(huì)， 2012年8月，在NIST的官網(wǎng)上公布了這次會(huì)議的報(bào)告 。該報(bào)告總結(jié)了基于模型的企業(yè)的最新的技術(shù)發(fā)展和最佳實(shí)踐、技術(shù)挑戰(zhàn)、和建議。報(bào)告指出：“基于模型的工程(model-based engineering ，MBE)方法使用模型，而不是文件，作為產(chǎn)品整個(gè)在生命周期所有工程活動(dòng)的數(shù)據(jù)源。MBE的核心宗旨是用模型驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品生命周期的所有方面，數(shù)據(jù)一次創(chuàng)建就為所有下游數(shù)據(jù)消費(fèi)者重用。MBE的核心是MBD的描述性模型與計(jì)算模型的集成”。正是基于這樣一些重要的認(rèn)識(shí)，促使我們對(duì)過(guò)去進(jìn)行的信息化實(shí)踐進(jìn)行上述反思和展望。
5 MBE的愿景
根據(jù)ARL 的MBE開(kāi)發(fā)的“評(píng)估MBE能力成熟度的標(biāo)準(zhǔn)(MBE Maturity Capability Levels)” ，基于模型的企業(yè)MBE近期可能達(dá)到的愿景是：
1）3D模型和TDP的生成和管理達(dá)到的水平：
●用3D模型定義全部零件幾何和全部零件的標(biāo)注（包括注釋、尺寸、PMI等），不再需要2D 圖紙的幫助。eBOM與CAD模型相鏈接。模型和注釋?zhuān)ㄕf(shuō)明、參數(shù)、非幾何數(shù)據(jù)）在PLM中受控，使用PLM基本工具半自動(dòng)化的對(duì)3D模型幾何和零件標(biāo)注進(jìn)行檢查和和對(duì)模型的質(zhì)量進(jìn)行認(rèn)證；
●由PLM自動(dòng)實(shí)現(xiàn)從模型元素到數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)包TDP的采集，TDP由PLM自動(dòng)的數(shù)字化發(fā)布。數(shù)據(jù)發(fā)布和更改過(guò)程以及構(gòu)型管理都是基于模型的。
2）3D模型和TDP不經(jīng)重新灌入就能夠?yàn)橄掠嗡赜茫?/P>
●通過(guò)對(duì)本地3D CAD模型、輕量化3D可視化模型和eBOM的訪問(wèn)，將PMI數(shù)據(jù)提供給制造、檢驗(yàn)以及其它任何需要PMI的地方；
●用本地3D CAD模型、在創(chuàng)建模型的同時(shí)，并行的生成制造工藝規(guī)劃和作業(yè)指導(dǎo)書(shū)等制造代碼。制造過(guò)程的工藝規(guī)劃和作業(yè)指導(dǎo)書(shū)MBI全部與設(shè)計(jì)模型相關(guān)聯(lián)；
●設(shè)計(jì)模型和來(lái)源于模型的大部分?jǐn)?shù)據(jù)應(yīng)在同一個(gè)PLM系統(tǒng)中管理，制造代碼在PLM系統(tǒng)中受控；
●使用本地3D設(shè)計(jì)模型直接生成NC/CMM數(shù)控和質(zhì)量檢驗(yàn)代碼，與模型的建立也是并行過(guò)程，質(zhì)量要求數(shù)據(jù)同樣全部在PLM中管理。
3）在企業(yè)內(nèi)部和供應(yīng)鏈之間的協(xié)同和數(shù)據(jù)交換方面，達(dá)到的要求是：
●企業(yè)內(nèi)部使用的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)是本地3D 模型和按企業(yè)內(nèi)部需要的3D輕量化可視模型。用戶(hù)可以根據(jù)在組織內(nèi)的角色，差異化的訪問(wèn)所有模型數(shù)據(jù)。
●向外部設(shè)計(jì)部門(mén)提供的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)也是本地3D CAD模型。根據(jù)授權(quán)，外部的3D PLM可直接訪問(wèn)本地模型和元數(shù)據(jù)。
應(yīng)該注意的是，這只是一個(gè)挑戰(zhàn)性的目標(biāo)，至今尚沒(méi)有任何企業(yè)達(dá)到這一水平，甚至實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的可行技術(shù)也正在發(fā)展之中。
6 實(shí)現(xiàn)MBE面臨的挑戰(zhàn)
真正用3D模型替代現(xiàn)行的圖紙文檔還有很多障礙需要掃清。實(shí)現(xiàn)MBE的這些目標(biāo)，面臨著如下的嚴(yán)重的挑戰(zhàn)：
1）標(biāo)準(zhǔn)和模型格式的轉(zhuǎn)換問(wèn)題
由CAD/CAM以及其它制造軟件供應(yīng)商造成的3D CAD文件格式差異，成為實(shí)現(xiàn)MBE數(shù)字線和企業(yè)真正的集成和協(xié)同的現(xiàn)實(shí)障礙。供應(yīng)商各自有自己獨(dú)特的3D模型和TDP文件格式。同一種軟件還有不同版本的數(shù)據(jù)兼容問(wèn)題。而對(duì)于一個(gè)企業(yè)或產(chǎn)品供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)，會(huì)用到多個(gè)不同水平的CAD系統(tǒng)，不同廠商提供的CAM/NC/CMM/MES系統(tǒng)，將所有的應(yīng)用軟件都統(tǒng)一在同一種格式上，幾乎是沒(méi)有可能。因此MBE理想化的數(shù)字線上，實(shí)際還是存在著多因?yàn)镃AD軟件系統(tǒng)造成的斷點(diǎn)。3D模型文件的格式轉(zhuǎn)換是不可避免的。盡管所有設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的發(fā)布可以轉(zhuǎn)換成為STEP和IGIS中性文件，目前ARL MBE引導(dǎo)企業(yè)的做法是直接使用本地3D CAD模型，在需要銜接時(shí)，進(jìn)行不同格式的文件直接轉(zhuǎn)換。用本地文件而不是從中性文件輸入CAD幾何具有的好處是：消除中間格式的轉(zhuǎn)換，翻譯、認(rèn)證的工作量和潛在的翻譯錯(cuò)誤都會(huì)減半。在集成來(lái)自承包商、供應(yīng)商和合作伙伴的多種格式的數(shù)據(jù)時(shí)，也不再需要將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)共同的格式。目前CAD系統(tǒng)的供應(yīng)商和很多3D模型格式轉(zhuǎn)換的服務(wù)商已經(jīng)可以提供3D模型轉(zhuǎn)換的軟件工具，可以解決大部分格式轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。當(dāng)然, 中性的標(biāo)準(zhǔn)格式的價(jià)值并沒(méi)有被削弱。航空產(chǎn)品的生命周期比CAD軟件版本更新的周期要長(zhǎng)許多。相對(duì)穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)格式可以解決模型數(shù)據(jù)長(zhǎng)期保存、而不必顧慮軟件更新出現(xiàn)的讀不出來(lái)的問(wèn)題。
2）業(yè)信息化進(jìn)程的多樣性問(wèn)題
因?yàn)镸BE的進(jìn)展引發(fā)的問(wèn)題還有大量老產(chǎn)品的處理。目從企業(yè)信息化進(jìn)程的角度看，前同一個(gè)企業(yè)有最新的MBE模式、更大量的是傳統(tǒng)2D數(shù)據(jù)的信息化處理模式，也仍舊存在著純手工的管理模式。在普遍的混流生產(chǎn)企業(yè)中或是車(chē)間里，存在這種“一國(guó)兩制”甚至是“一國(guó)三制”的狀態(tài)，極大的增加了業(yè)務(wù)流程的復(fù)雜性。甚至?xí)霈F(xiàn)在同一臺(tái)機(jī)床上加工的零件，有用純紙質(zhì)文檔的、也有采用“半數(shù)字化”MES的、也有無(wú)紙化的MBE方式的。多種系統(tǒng)的維護(hù)和運(yùn)行規(guī)則都會(huì)加重車(chē)間的負(fù)擔(dān)，以致會(huì)造成混亂。所以，在目前各個(gè)企業(yè)將注意力集中在數(shù)字化應(yīng)用“快步跑”的時(shí)候，還必須對(duì)企業(yè)信息化的全局有一個(gè)均衡、統(tǒng)籌的規(guī)劃。特別要關(guān)注老的、使用期長(zhǎng)的機(jī)種（如美國(guó)B52的預(yù)期使用期達(dá)90多年之久），這些產(chǎn)品存在長(zhǎng)期生產(chǎn)、維修的數(shù)據(jù)管理和信息化問(wèn)題。理論上是加速全盤(pán)數(shù)字化的進(jìn)展，所有產(chǎn)品都向MBE靠攏。如Boeing等公司現(xiàn)在正在研究用CAD插件實(shí)現(xiàn)老產(chǎn)品圖紙向3D翻譯的解決方案。但是翻譯過(guò)后的認(rèn)證和大量數(shù)據(jù)的變異問(wèn)題的解決還有待時(shí)日。而目前看到美國(guó)的重要軍機(jī)，如F35的生產(chǎn)特別是裝配，是單獨(dú)建線的，即“一代飛機(jī)、一代管理”，有利于管理進(jìn)步，也不會(huì)因?yàn)槔蠙C(jī)型拖累新技術(shù)的快速發(fā)展。從這個(gè)角度出發(fā)，我們必須反思我國(guó)航空工業(yè)新機(jī)生產(chǎn)之前缺失“生產(chǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)”的環(huán)節(jié)，將所有的產(chǎn)品堆積在一個(gè)幾十年不變的生產(chǎn)線中的模式。
3）統(tǒng)一的信息技術(shù)平臺(tái)
MBE是以3D模型定義為基礎(chǔ)，為整個(gè)企業(yè)所共享的、全面集成和協(xié)同制造的環(huán)境。在企業(yè)或供應(yīng)鏈中，無(wú)論在何處的數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和數(shù)據(jù)消費(fèi)者，在制造過(guò)程的任何點(diǎn)上，都將連接到一個(gè)共同的數(shù)字的數(shù)據(jù)源上，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)將從設(shè)計(jì)階段開(kāi)始,延伸到制造、繼而到最后裝配。這種統(tǒng)一平臺(tái)就是PLM系統(tǒng)。在這里，MBE和PLM這兩個(gè)當(dāng)今制造業(yè)的穹頂概念如何到了一起。MBE的PLM是一個(gè)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)產(chǎn)生、傳遞和管理的統(tǒng)一平臺(tái),不被部門(mén)和層次化的局部和應(yīng)用所割裂或中斷！MBE的重要標(biāo)志之一是：制造與質(zhì)量代碼與設(shè)計(jì)模型在同一個(gè)PLM中管理。屆時(shí)，完成設(shè)計(jì)和工藝的數(shù)據(jù)as-designed/as planned，包括作業(yè)指導(dǎo)書(shū)和CNC/CMM代碼，制造完成和每次維護(hù)以后采集的數(shù)據(jù)as-built / as-maintained/as sustained都在同一數(shù)據(jù)平臺(tái)中。在MBE中，當(dāng)前的所謂設(shè)計(jì)和研發(fā)平臺(tái)，工藝平臺(tái)，制造平臺(tái)、工具、工裝等五花八門(mén)的區(qū)域性的平臺(tái)都將成起割裂連續(xù)數(shù)字線的作用。所以從現(xiàn)在起，我們就要將信息規(guī)劃的著眼點(diǎn)轉(zhuǎn)移到利用PLM建立唯一的統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)上來(lái)。
典型的基于模型企業(yè)MBE的結(jié)構(gòu)
4）范圍更廣泛的并行和協(xié)同的實(shí)施
在MBE環(huán)境中，所有的工程活動(dòng)是個(gè)同步或并行的過(guò)程。創(chuàng)建3D動(dòng)態(tài)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)、制造與質(zhì)量代碼CNC/CMM程序、離散事件模擬等活動(dòng)都是與創(chuàng)建設(shè)計(jì)模型并行開(kāi)展的，這些工作都能夠在設(shè)計(jì)過(guò)程完成之前開(kāi)始、并完成到一定程度。更為重要的是協(xié)同的實(shí)施將延伸到制造和車(chē)間現(xiàn)場(chǎng)。盡管并行工程的概念和應(yīng)用已經(jīng)有幾十年之久了，但是只有在MBE環(huán)境中和產(chǎn)品生命周期管理概念的共同穹頂之下，才能將并行工程加快研制周期和充分發(fā)揮各種模擬仿真的效能充分發(fā)揮出來(lái)。供應(yīng)商也可以在它們的內(nèi)部的開(kāi)發(fā)過(guò)程重用OEM的TDP中的信息。但是，實(shí)行并行工程和真正的協(xié)同至今仍舊受到現(xiàn)有廠所建制和企業(yè)內(nèi)部機(jī)構(gòu)設(shè)置、功能劃分的限制。也深受設(shè)計(jì)、工藝人員分工和知識(shí)技能的制約。這些屬于行業(yè)規(guī)則和企業(yè)文化的問(wèn)題也需要及早找到妥善的解決方案。
7 MBE為先進(jìn)制造開(kāi)辟?gòu)V闊的前景
MBD解決了產(chǎn)品生命周期中的產(chǎn)品數(shù)據(jù)源的形態(tài)和機(jī)器的對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)意圖的可讀性問(wèn)題，從而給機(jī)器和軟件系統(tǒng)的功能擴(kuò)展開(kāi)辟了無(wú)限的空間。這樣MBE將復(fù)雜制造和裝配帶上了自動(dòng)化的道路。MBD數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)重用的潛力僅僅受到用戶(hù)想象力的限制。凡是“帶有大批量生產(chǎn)情節(jié)的手工業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)craft system with a mass production mentality”都將因MBE而受益。這些制造領(lǐng)域無(wú)論在產(chǎn)量的需求上還是交付期的壓力上，特別是日益提高的精度要求，對(duì)自動(dòng)化的需求日趨明顯，但目前基本作業(yè)仍舊處于手工業(yè)的水平，如航空航天和醫(yī)療儀器制造。基于模型的企業(yè)MBE將計(jì)算機(jī)控制的生產(chǎn)設(shè)備和管理應(yīng)用系統(tǒng)用3D模型數(shù)據(jù)集成在一起，為復(fù)雜制造自動(dòng)化和先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造了條件。屆時(shí)，在著名的經(jīng)典著作《改變世界的機(jī)器》中所做的預(yù)言：“精益生產(chǎn)方式綜合了單件生產(chǎn)方式與大量生產(chǎn)方式的最佳特征。即：能降低單件成本、明顯的改進(jìn)質(zhì)量、提高了范圍更廣的產(chǎn)品與更有挑戰(zhàn)性的工作崗位。最后，我們確信，精益生產(chǎn)方式必將在工業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域里取代大量生產(chǎn)方式和殘存的單件生產(chǎn)方式，成為20世紀(jì)的標(biāo)準(zhǔn)的全球生產(chǎn)體系。世界將會(huì)變得大不一樣，并將變得更加美好”，才有了真正實(shí)現(xiàn)的技術(shù)基礎(chǔ)。
結(jié)束語(yǔ)
MBD打開(kāi)了產(chǎn)品圖紙不可重用和機(jī)器不可讀的瓶頸，基于模型的企業(yè)MBE造就了貫穿產(chǎn)品全生命周期的數(shù)字線。這些進(jìn)步使得制造業(yè)的信息化猶如“柳暗花明又一村”，前景突然光明了起來(lái)。引入MBE的概念，將加速解決應(yīng)用3D模型引發(fā)的新問(wèn)題，將促進(jìn)制造數(shù)據(jù)源向3D轉(zhuǎn)移的進(jìn)程。我們的企業(yè)在集中力量快速推進(jìn)數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造的熱情還必須與更踏實(shí)的統(tǒng)籌信息化的全局結(jié)合起來(lái)，讓真正的集成和協(xié)同的數(shù)字化制造企業(yè)更快的到來(lái)。
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本文標(biāo)題：制造企業(yè)信息化的糾結(jié)和新生
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