基于MBD的几个关键技术
MBD（Model Based Definition）是指用集成的三维模型完整地表达产品定义信息，将设计、制造、检验信息共同定义到产品的三维数字化模型，使三维模型成为产品生命周期各阶段信息的唯一载体，不再需要将三维模型转换为二维工程图，避免了大量重复劳动，不仅提高了产品设计效率，更重要的是保证了产品数据源的唯一性。
MBD技术及实施最早由波音公司提出，于2003年被美国ASME批准为机械产品工程模型的定义标准，标准号为ASME Y14.41[2]；2006年ISO组织借鉴ASME Y14.41标准制定了ISO16792标准；我国在参考ISO16792标准的基础上，于2009年11月30日发布了国家标准《技术产品文件——数字化产品定义数据通则》（GB/T 24734-2009），规范了国内企业的MBD技术的应用。
目前主流的三维CAD系统都具备了三维标注的模块，支持MBD部分功能，如UG NX的PMI模块，CATIA的Functional Annotation & Tolerance 模块，SolidEdge的PMI模块，Solidworks的DIMxpert模块，PTC、SpaceClaim都在造型模块中增加了三维标注功能。然而，要实现全面支持MBD，三维CAD软件及标准还有一些关键的技术及问题有待研究。
机加工艺三维表达关键技术
01:机加工工艺三维表达方案
目前，国内外还没有机加工艺信息的三维表达规范和标准，因此需要根据实际需要，在三维CAD软件现有三维标注功能基础上，设计机加工艺信息表达方案。
目前，机加工艺设计的结果文件主要是工艺过程卡、工艺卡和工序卡。3种卡片所记载的信息各不相同，但结构相似，中间区域或详或简地记录工序或工步信息，卡片上部区域主要记录工艺或工序中共有的信息，卡片下部区域是变更、审核和签字信息。
新标准定义的工艺信息框格，能够针对过程卡、工艺卡、工序卡对工艺信息要求不同详细程度的情况进行调整，能够充分表达机加工艺。三维CAD需要在指引线注释功能的基础上，开发框格及相应的图形符号库，支持新的表达规范。
02:基于模型定义的工艺信息结构
要支持基于三维模型的工艺信息表达，需要建立产品基于MBD的工艺信息模型。目前已经有一些文献研究了MBD技术下的零部件制造模型，但目前主流的三维CAD在MBD技术下的模型构成方面还没有成熟的解决方案。
为满足机加工产品的工艺信息表达，CAD系统需要满足：（1）能管理零件、毛坯、工序模型等不同阶段的多个三维模型；（2）能保持毛坯模型、工序模型、零件模型之间的双向相关关系，当某个模型变更时，其前驱和后续的模型也应相应修改；（3）提供不同阶段的各类标注符号，除粗糙度、尺寸公差、形位公差外，还需要定位符号、夹紧符号、新标准中的加工方法符号、刀具符号、工序及工步描述中客户自定义的各类技术要求符号等。
03:零件、工序、毛坯模型的相关性
MBD模式下机加工产品的三维数模包括：毛坯模型、工序模型和零件模型。模型创建次序包括正向创建法和逆向创建法。
虽然用户看到的是多个不同模型，但为保证数据源的唯一性，上述模型必须是相关的，CAD系统应该只维护一套模型数据，并建立不同模型间复杂的几何相关性。因此，CAD系统必须建立造型特征抑制、隐藏、压缩、配置等功能。
此外，除工艺阶段需要毛坯、工序及产品的设计结果模型外，在产品检验阶段还需要根据实测值创建实测模型，或根据某些规则在保证合格条件下建立其他极限模型等。虽然这些模型不需要在造型特征层与设计模型建立相关性，但与模型外表面的相关性也是需要的。另外，各种模型的变更，也需要依据内在模型间的相关性，按依赖关系依次变更。
MBD模型的多视图管理技术
在产品三维数模上标注了众多PMI后，为避免出现刺猬状的凌乱视图，CAD系统需要创建各类不同的视图，分别表达不同阶段、不同角色的查阅需求。目前，主流CAD系统已经提供了可以借鉴的视图管理方案。
几何模型集包括毛坯、工序、零件等各种模型，视点集包括6个基本视点、2个轴测视点、以及用户自定义的视点，标注和注释集是用户标注的各种PMI项及属性项，截面集包括剖切三维模型的各种截面。
标注及注释信息形式化面临的问题
注释信息的形式化，就是将三维标注信息转化为有一定逻辑，计算机可理解的形式，以方便计算机对信息进行解析，提取其中的关键元素，实现对分析、工艺规划、制造等过程的驱动。虽然，目前尺寸及公差、基准、表面粗糙度、形位公差已经做到了结构化、形式化，但仍然面临一些问题。
01:关联到几何要素的标注项/注释项
不同工程师理解标注时，通常不会出现歧义，但计算机可能理解为点到点、点到线、点到面、线到线、线到面、面到面等多种可能，原因是计算机只能按照用户选定的尺寸界线元素进行理解。因此，为实现标注的形式化，CAD系统必须区分“标注几何”和“标注定位几何”。“标注几何”应该是最能代表标注意图的几何要素，图7应该是模型的顶面和底面，而不是线或点。而“标注定位几何”表明尺寸界线从哪里引出，应该是某个具体点、边上点或虚交点（如圆柱轴线与端面交点。）
02: 统一技术要求的形式化
在二维零件图中，通常还会有一些如下技术要求：“未注尺寸允许偏差±0.05”、“未注圆角R3-R5”、“未注倒角2×45°”、“未注尺寸公差的偏差均按H级”、“未注拔模斜度1°~2.5°”、“未注表面粗糙度”等。此类标注的特点是：都与三维数模上多个几何要素相关，而利用现有的各CAD系统，这种一对多的相关性都还不能很好地表达。
要使计算机理解哪些几何要素要满足这些技术要求，就必须显式的表达技术要求与几何要素间的相关性，即建立标注与几何要素间的关联。在CAD系统中需要将此类技术要求定义为特定标注项，通过提供几何要素列表，建立相关性。此类技术要求类型很多，CAD系统难以完全定义，因此，必须设计为用户自定制方式。
03:文字可阅读性
按照ASME Y14.41以及GB/T 24734-2009在3.1.2和5.4中的规定“所有的标注都应在一个或多个标注面上给出详细说明，并始终保持标注面相对模型的定向关系”。因此，在保持定向关系条件下旋转模型时，标注平面也将随模型转动，其上的文字将出现上下或前后颠倒的情况。在标准GB/T 24734.5-2009中5.4规定了3种解决方法：（1）模型旋转后，标注面的阅读方向也能相应更新；（2）在模型的每个标注面上应确定正确的阅读方向；（3）保存视图时，应能确保模型朝向符合设定的视图方向。
结束语
本文提出了一种机加工产品工艺信息基于三维模型的表达方案，并设计了机加工产品MBD模型结构和多视图管理方法，为机加工产品MBD体系下的工艺信息表达提供了较完整的方案；根据毛坯、工序、零件模型间相关性，分析了工序模型的正向和逆向创建方法，并提出了模型修改方式，为CAD系统建立工序、毛坯、零件模型间的相关性提供了思路；分析了标注内容形式化目前面临的2个问题，并提出了可行的解决方法，为MBD模型的计算机理解提供了方法。最后提出的一种实现文字动态可阅读性的技术方法，对三维CAD系统的开发有借鉴意义