大型装备制造业数字化之道

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大型装备制造业数字化之道

基于模型的数字化企业

(MBE, Model Based Enterprise)

解决方案白皮书

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CEO 致辞

尊敬的各位读者：

当您打开这本小册子时，我希望您和我一样为近年来制造业数字化的突破性发展而激动。在本白皮书中，西门子中央研究院和西门子工业软件有关专家对国内外MBD/MBE 的理论、

技术、实践和标准规范进行了系统的总结，目的是为中国大型装备制造业数字化的领导者和技术专家提供有价值的参考思路、方法和工具。

当前，中国的信息化热点从金融、电信转到制造业，尤其是大型装备制造业。我认为，造成这一热点的主要驱动力包括直观可视化的3D 技术的广泛应用 (MBD, Model Based Definition)、下一代 PLM 技术的发展、以产品创新为核心的产业升级。

首先，3D 技术在航空、航天、国防、造船、机床、机车、大型机械等行业得到了广泛应用，MBD 逐步替代了2D 设计以及“2D 为主，3D 为辅”的模式，而且通过在设计阶段在 3D 模型上标注 PMI(Product Manufacturing Information)，实现了“3D 下厂”、3D 作业指导书等革命性方案。在这一方面，西门子工业软件的产品组合，包括一体化设计平台NX、数字化制造 Tecnomatix 和管理平台Teamcenter 以其集成性，开放性，灵活性，成熟性和扩展性一直引领这一领域的创新。

其次，自从Teamcenter 推出 2007 版本以来，引发了全球 PLM 平台的升级换代：从单点 PDM 实施到集团化PLM 平台，从专注于 3D 数据管理到从系统工程、设计、工艺到服务的全生命周期集成平台，从一厂一所的协同到集团研发资源整合、全供应链的大协同等，目的都是实现基于单一数据源的全寿命周期的供应链协同。这也是美国国防部提出的基于模型的企业MBE(Model Based Enterprise) 概念的主旨，这和西门子工业自动化集团在全球积极推动的数字化企业 Digital Enterprise 和数字化工厂 Digital Factory 有异曲同工之妙。

最后，更重要的是，在从中国制造向中国创造这一产业升级的转型过程中，两化深度融合将是中国大型装备制造业实现可持续赢利性发展的关键举措。西门子自身既是两化融合的世界级成功实践者，愿意和我们的用户分享自身的经验，也是两化融合解决方案的领先提供商，提供无与伦比的两化融合的产品、系统及方案。

本人希望，您能够从本文中了解到西门子针对大型装备制造业数字化的道与术，也希望作为您打造数字化企业的战略合作伙伴，西门子团队能有机会和诸位能就这一话题继续深入探讨，和客户共同创新，实现战略双赢。

顺祝：商祺！

梁乃明大中华区CEO - 西门子工业软件 2012 年 6 月

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理论篇

方案篇

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2．解决方案 ... 61

3．价值定位 ... 66

基于模型的数字化制造－质量检测解决方案 ... 67

1．业务挑战 ... 67

2．解决方案 ... 68

3．价值体现 ... 71

基于模型的作业指导书解决方案 ... 72

1．业务挑战 ... 73

2．解决方案 ... 73

3．价值体现 ... 75

基于模型的制造执行管理 ... 76

1．业务挑战 ... 76

2．解决方案 ... 77

3．价值体现 ... 80

面向MBE 的供应链管理 ... 82

1．业务挑战 ... 82

2．解决方案 ... 82

3．价值体现 ... 86

面向MBE 的数字化服务管理 ... 87

1．业务挑战 ... 87

2．解决方案 ... 87

3．价值体现 ... 90

MBD 标准规范及在西门子软件系统中的实现 ... 91

1．ASME Y14.41 简介 ... 91

2．ISO-16792 简介 ... 91

3．GBT24734-2009 简介 ... 92

4．基于西门子软件的 MBD 规范 ... 93

5．基于西门子软件的 MBD 应用系统 ... 94

案例一：沈阳航空发动机设计研究所应用MBD 实现产品的设计模式创新 ... 100

案例二：西安航空发动机（集团）公司采用MBD 实现发动机制造创新 ... 103

案例三：西安航空动力控制有限公司利用TC/NX 实现工艺设计模式创新 ... 106

案例四：航天某研究所实施MBD 创新航天行业最佳流程 ... 109

案例五：首都航天机械公司利用TC 实现三维装配工艺设计和管理的模式创新 ... 112

案例六：沃尔沃航空发动机公司利用NX 知识驱动自动化来打造产品优势 ... 114

案例七：ATK 通过标准化的 PLM 战略推进 MBE 能力建设 ... 117

案例八：皮拉图斯飞机有限公司利用MBD 技术实现并行工程 ... 123

案例九：苏霍伊设计局基于Teamcenter/NX 实现全面的数字化样机研发模式 ... 125

缩略语简介 ... 129

致谢 ... 130

实践篇

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www.siemens.com.cn/plm

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(6)

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从 MBD 走向 MBE

当前，国内外大型装备制造企业的数字化技术发展迅速，三维数字化设计技术得到了广泛的应用，基于模型定义（Model-Based Definition, MBD）的数字化设计与制造技术已经成为制造业信息化的发展趋势。MBD 是产品数字化定义的先进方法，它是指产品定义的各类信息按照模型的方式组织，其核心内容是产品的几何模型，所有相关的工艺描述信息、

属性信息、管理信息等都附着在产品的三维模型中，一般情况下不再有工程二维图纸。MBD 改变了传统的由三维实体模型来描述几何信息，

而用二维工程图纸来定义尺寸、公差和工艺信息的产品数字化定义方法。同时，MBD 使三维数模作为生产制造过程中的唯一依据，改变了传统以工程图纸为主，

以三维实体模型为辅的制造方法。

目前，国外MBD 技术的应用已经比较成熟，

如波音公司在以波音

787 为代表的新型客机研制过程中，全面采用了MBD 技术，将三维产品制造信息与三维设计信息共同定义到产品的三维模型中，摒弃二维图样，将MBD 模型作为制造的唯一依据。

国内大型装备制造企业也逐步开始应用MBD 技术进行产品设计，并将MBD 模型作为制造的唯一依据。

仅仅是MBD 还无法完全实现最初提出的提高大型复杂系统的设计质量，减少制造交货时间，以及减少工程变更，减少产品缺陷，提高首次质量等目标。为了更好的对MBD 的数

据在产品的整个生命周期内能够有效充分进行利用，很多大型装备提供商、供应商通过不同的型号项目开始研究、验证和应用MBE (Model Based Enterprise：基于模型的企业 ) 方法，就是要基于MBD 在整个企业和供应链范围内建立一个集成和协同化的环境，各业务环节充分利用已有的MBD 单一数据源开展工作，有效地缩短整个产品研制周期，改善生产现场工作

环境，提高产品质量和生产效率。MBE 也获得了美国国防部、美国陆军研究实验室等代表客户方的单位的大力支持，并在某些大型项目中提供相关的帮助，对MBD/MBE 进行了系统的阐述和研究的同时，也通过国家项目进行资助和验证。

美国“下一代制造技术计划（The Next Generation Manufacturing Technologies Initiative，简称 NGMTI）” 是美国军方和重要制造企业合作发展制造技术的计划，旨在加速制造技术突破性发展，以加强国防工业的基

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础和改善美国制造企业在全球经济竞争中的地位。该计划于2005 年提出，将于 2016 年部分完成，NGMTI 计划定义的美国下一代制造技术有6 个目标，其中第一个就是“基于模型的企业（Model-Based Enterprise，简称 MBE）”。“基于模型的企业”项目将由美国爱荷华大学牵头，并由Rockwell Collins 公司和雷神导弹系统公司资助。

NGMTI 提出的“基于模型的制造企业”

是一种制造实体，它采用建模与仿真技术对其设计、制造、产品支持的全部技术的和业务的流程进行彻底的改进、无缝的集成以及战略的管理；利用产品和过程模型来定义、执行、控制和管理企业的全部过程；并采用科学的模拟与分析工具，在产品生命周期的每一步做出最佳决策，从根本上减少产品创新、开发、制造和支持的时间和成本。

术语“基于模型的企业”已成为这种先进制造方法的具体体现。它的进展代表了数字化制造的未来。这个被美国国防部提出的词语和内涵，慢慢的也被很多商业公司所采纳。美国国防部和国家标准和技术研究所在2009 年 12 月举行了“基于模型的企业”首脑会议和数据包（MBE/TDP）技术研讨会。这次研讨会汇集了超过75 个专业课题方向的专家，针对国防部和其供应商如何有效处理技术数据提出更改建议。未来的变化都需要支持国防部过渡到基于数字模型而不是二维图纸的全生命周期管理。大部分的产品生命周期成本产生于维护、

支持和改装阶段。在许多情况下，更换部件必须采取逆向工程方法，因为经常出现原始数据无法访问或无法使用的情况。对系统组件采用逆向工程的办法的成本比直接从原来的基于模型的数据生成的成本多几倍。

在这次研讨会中又重申了MBE 的核心内涵：基于模型的定义（Model-Based Definition，简称 MBD）是核心；MBD 数据创建一次并能被后续各业务环节直接使用；MBD

模型作为配置的基础，并在此基础上对MBE 的外延进行了扩展和说明，其中未来的基于模型的系统工程和基于模型的维护是未来基于模型企业的应用和实践方向。

由图中我们可以看出涉及到MBE 的相关组成主要分了三大部分：基于模型的工程

（Model-Based Engineering，简称 MBe）、

基于模型的数字化制造（Model Based Manufacturing，简称 MBM）、基于模型的维护（Model Based Sustainment，简称 MBS）。其中基于模型的工程是整个 MBE 实施的基础，特别是其中大家比较熟悉的MBD 也是基于模型工程中的重要组成。

• 基于模型的工程 MBe

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基于模型的工程是将模型作为技术基线的不可分割的一部分，包括整个生命周期中需求、分析、设计、实施和验证的能力，丰富了以前仅以MBD 作为基于模型工程的一个独立部分，且也将基于模型的系统工程（Model Based System Engineering，简称 MBSE）作为MBE 的一个完善和未来的发展方向之一。

• 基于模型的系统工程 MBSE

系统工程国际理事会（INCOSE）出版了系统工程2020 年远景规划，提出了从过去以文档为中心的方法向未来基于模型的方法的发展途径，INCOSE MBSE 制定了一个路线图，重点标识出为实现2020 年的远景规划，

MBSE 的标准的制定作为努力的关键领域。

MBSE 是正式的建模应用程序，用以支持开始于概念设计阶段的系统需求、设计、分析、

验证和确认活动。可以说系统工程（System Engineering，简称 SE）是跨整个产品的开发、

部署和处置阶段的设计决策的协调，MBSE 是一个接口，可以被认为是“将东西粘合在一起”的一个系统化的方式。最近系统建模标准开始对MBSE 应用和使用产生重大影响。

对象管理集团（OMG）的系统建模语言（SysML ™）是一种通用的，用于特定的设计，分析和验证复杂系统的图形化建模语言，

在2006 年由 OMG 采纳并现已被广泛实施在MBSE支持工具中。

SysML ™是一个更广泛的家族，

是包括XML 元数据交换（XMI）

在内的由对象管理集团正在开发的标准的一部分。本标准规定了建模工具与XML 格式文件之间的信息交互手段。 ISO10303-233 应用协议系统工程（AP233）是

一种数据交换的标准协议，以支持许多不同的 SE 工具之间的工程数据交换。事实上，AP233 和SysML ™的要求已在很大程度上由 OMG 和 ISO 的团队一起保持一致，并与 INCOSE 模型

驱动的系统设计工作组密切合作。模型和数据交换在推进的MBSE 实践以实现不同建模领域的一体化水平中是的必不可少的。

• 基于模型的定义 MBD

是指用集成的三维模型完整地表达产品定义信息，将设计信息和制造信息共同定义到产品的三维数字化模型中，以改变目前三维模型和二维工程图共存的局面，更好地保证产品定义数据的唯一性。

基于三维模型定义的核心是将产品三维模型打造为传递下游生产活动所需详细信息的最恰当的载体，企业所有部门和团队都使用三维模型作为信息传递途径。

MBD 数字模型的价值与产品的复杂程度成正比。如果用二维图纸描述复杂产品，则需要很多时间来培训使用者，以理解其复杂的结构与组织。有了三维 MBD 数据集，对专门技能的要求可以适当降低，使用者通过对模型进行平移、旋转和缩放就能够很容易地理解产品几何特征和相应的尺寸、公差。MBD 数据集还可以表示隐含的信息，进行剖切或特定的测

量。在三维模型加二维图纸的定义模式下，三维模型上并没有检验要求的描述，有关产品检验信息标注在二维图纸上。而应用 MBD 方法，

可大大简化检验过程，应用基于三维模型的检

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• 基于模型的数字化制造 MBM

基于模型企业（MBE）是由许多相关的进程组成，基于模型的数字化制造（MBM）是其中关键的过程之一，MBM 使用基于模型的定义（MBD）过程中创建的模型，不仅重用在 MBD 中所包含的产品几何表示，还重用很多的文本或存储在MBD 模型中的“元数据”。

这消除了传统的以手工方式重建数据以创建用于生产的工艺过程定义的过程。

MBM 模型用于虚拟制造环境内部进行工艺规划、设计、优化和管理，直至提供给生产现场，MBM 过程交付物成果包括：三维零件工艺、三维装配工艺、数控程序、三维动态作业指导书、传统的作业指导书、离散事件仿真等。所有这些活动或工作都可以在某些情况下开始并有可能在完成设计之前完成。事实上，

如果使用得当，MBM 允许在切削任何实物之前都能进行制造和装配过程仿真。反过来说，

这使得制造工程师可以向设计团队提供反馈以创建一个可制造性更好的设计。

作为MBM 中重要组成部分的基于模型的作业指导书（Model Based Instruction，简称MBI）是连接虚拟和生产现场的关键环节。

MBI 是在 MBM 制造过程系统中生成和管理的并由3D 设计模型生成的车间工作指导书，

MBI 技术在车间现场消除了纸质的二维作业文档，在车间现场直接使用MBD 的相关 3D 数据和基于三维的工艺信息。MBI 和现场的制造执行系统MES 集成在一起，在 MBI 的主屏幕上，

设置人机交互功能，可以采集及时发生的问题，

并加入到数字模型中以进行未来的改进和版本管理。

通过使用基于模型的数字化制造（MBM），

可以解决以下的问题：

√ 减少转换产品定义到可用的工艺过程定义所需的时间

√ 通过限制或消除重建模型的需求以减验软件，直接读取三维模型上的尺寸和公差数

据，在编制检验程序时，使用者的输入达到最小。利用便携式的坐标测量装置，可使检验深入到更多的制造环节中，能及时发现制造缺陷和不合格产品，在后续加工之前就将废品淘汰，避免进一步损失。并将质量保证部门纳入到 MBD 技术体系中，将使得产品设计制造形成具有反馈的封闭环，缩短新产品研制周期，

降低研制成本。

美国机械工程师协会从1997 年 1 月起发起关于三维模型标注标准的起草工作，以解决图纸与信息系统传输之间的矛盾。此标准于2003 年 7 月被美国机械工程师协会接纳为新标准（ASME Y14.41）。随后，Siemens、

PTC、Dassault 等公司将该标准应用于各自的 CAD 系统中，对三维标注进行了支持。作为该项技术的发起者之一，波音公司在787 项目中开始推广使用该项技术，从设计开始，波音公司作为上游企业，全面在合作伙伴中推行 MBD 技术。波音公司采用 MBD 技术后，在管理和效率上取得了本质的飞跃。鉴于国外先进装备企业采用MBD 技术后取得巨大成功，国内的大型装备制造企业逐渐开始学习MBD 技术并逐步将MBD 应用于现实生产中。但国内大型装备制造企业对于MBD 技术的学习与应用起步比较晚，现实生产中的应用并不成熟。

通过应用MBD 技术可以为企业带来的好处：

√ 当制造工程师用 3D 模型时，将大大减少物理样机的制造

√ 3D 工具将减少 30-50% 的产品开发周期

√ 标准件库在总成装配上将减少大量时间

√ 3D 模型的使用将减少 30-40% 的模型不一致。30-40% 的模型不一致是由 2D 图纸的不准确造成

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少出错的机会

√ 允许在产品正式生产制造前进行制造工艺过程的虚拟验证

√ 允许早期制造数据向设计的反馈

• 基于模型的维护 MBS

随着维持武器系统运行的时间比原来设计的越来越长和国防部在未来越来越少的预算，迫切需要采取类似于MBS 的维持技术以提高运行维护效率和降低生命周期成本。同时，

随着MBE 在各类装备制造业的实践和实施，

未来基于模型的技术应用必然会扩展到产品生命周期的维修阶段。在产品和工艺开发过程创建的模型和模拟仿真结果可以直接在整个产品生命周期的维护保障阶段使用，给用户和维护支持人员提供不断向下游传递的3D 模型和相关数据。企业价值链成员将使用真实世界的效果和维护/ 维修 / 故障数据来评估产品和工艺的集成作业环境，反馈给产品设计，进行产品设计的改进。

目前大型装备维护领域还是由基于纸质及其它的非智能化数字化过程为主导，这也是为什么在维护保障领域基于模型的维护（MBS）

具有节约成本的最大提升空间。今天这些过程都因为缺乏高品质的跨越整个供应链的集成系统工程数据而只能实现部分

的优化：

√ 系统修改和升级

√ 定点维护，维修和大修

√ 现场维修和保养

√ 有竞争力的采购零件

√ DMSMS 和报废管理

√ 预测和状态检修一个基于模型企业

（MBE）的实施成功，模型必须成为企业流程中各环节

协作的核心数据，该模型必须包括一个完整的产品定义，这个模型在应用上来说必须是中性的数据。MBE 的宗旨是：数据是创建一次，

并能直接被所有数据使用者重复使用。该模型应该被视为系统记录和配置控制的基础。

下游业务过程中模型使用者应该使用模型参与产品开发周期的早期工作，如制造、成本和产品维护支持都可以基于模型来做，因此，

模型不能仅仅包含几何模型信息，还必须包含制造信息，比如公差配合、注释和功能参数，

以帮助沟通设计意图。该模型必须是一个完整的技术数据包，它必须包含或关联相关的材料数据，过程规范，产品支持信息，测试和分析数据和其他文件。同时，另外一个关键因素是如何在组成企业的各个工程和业务部门之间有效传递和使用。

如何判断一个企业处于什么样的一个 MBE 阶段，可以从下图中的一些指标得到基本判断。该表是美国国家标准与技术研究院从超过10 家美国的大型企业及其供应商的现场评估，参照MBE 的定义得到的一个能力指数定义。该指数表提供了一套详细的标准来定义 MBE 的能力，可以帮助企业判断当前的状态并制定企业MBE 的发展路线图。

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Level 0：企业这个阶段能力水平是其它各级 建立的基础。它的特点是主要依靠传统的二维图纸，有很少的地方使用3D 模型。另外的特点是事实上大多数（如果不是所有）下游数据使用者必须通过一种或多种方式来重新生成产品定义数据以有效利用上游数据。这一级别具有如下特点：

• 二维工程图为主

• 没有或有少量三维模型

• 比较少的重用上游产品定义数据

• 手动创建技术数据包（Technical data package，简称 TDP）

• 有很少或没有与扩展企业连接

• 很少使用产品生命周期管理工具 Level1：这个级别是开始有效使用三维模型的 开始。虽然仍是二维工程图为主，但是已经与三维模型关联并在一起进行管理。这一级也是第一次开始重用三维CAD 模型数据，尽管都是通过输出中间格式文件来实现的。这个级别也由于开始重用数据而开始能够减少错误率和缩减交付时间。这一级别具有如下特点：

• 三维模型与二维工程图关联

• 初始三维模型数据重用，通过输出中性格式文件（如STEP 和 IGES）

• 手动创建 TDP

• 很少使用产品生命周期管理工具 Level2：除了使用的不再是中性文件，而是重 用原始的CAD 数据文件外，本级能力水平本质上与Level1 是一样的。在有特别请求的情况下，原始CAD 数据的也可以被下游单位或者企业获得。当企业内部或下游企业使用相同的产品套件并且能够不需要数据转换就能充分使用三维模型时，对这些模型的访问将变得尤为重要。这进一步降低了错误的机会和任务交

付时间。这一级别具有如下特点：

• 三维模型与二维工程图关联

• 初始三维模型数据重用，通过原始三维模型数据格式

• 手动创建的 TDP

Level3：这个能力级别是第一次考虑 3D 模型 与二维工程图的结合作为产品定义的主要来源，在这个级别模型是几何定义，二维工程图作为特例并且是来自于包含了相关的产品制造信息（Product Manufacturing Information，

简称PMI）模型的输出。采用了产品生命周期管理工具和轻量化的三维可视化文件作为交付使用，这个可视化文件是一个CAD 的中性文件，并可为整个企业提供完整的产品定义，他们可以取代图纸。这个级别由于减少了图纸上的依赖，从而大大减少了错误和交付时间。这一级别具有如下特点：

• 3D 模型与受控的二维工程图为主

• 二维工程图仅仅特殊情况下创建

• 模型被用于整个生命周期

• 手动创建的 TDP

• 内部使用产品生命周期管理工具 Level4：这个能力级别是建立在 Level3 级能 力基础上。在这个级别，模型是唯一的产品定义，它也开始进一步将制造工具套件融入整个环境中，不仅仅是模型的重用，还包括各类元数据信息的直接重用。这也是进一步使用产品生命周期管理工具的结果，质量方面也是如此，

最终使得在整个扩展企业中产品定义的交付实现了自动化。这一级别具有如下特点：

• 3D 模型为主

• 二维工程图创建属于例外

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• 模型和元数据都集成并应用到了制造和质量领域

• 产品定义交付实现自动化

• 内部使用产品生命周期管理工具 Level5：这个级别的能力是第一次成为一个真 正的基于模型的企业，它同样建立在前面几个层级之上，但是增加了企业的连接。这样做可以使企业的所有人都可以访问到实时的、最新的产品定义，并可以全自动配置TDP。这一级别具有如下特点：

• 3D 模型为主

• 二维工程图创建属于例外

• 模型和元数据现在可以被整个扩展企业所访问、使用。

• 自动化的 TDP 配置

• 在扩展企业之间有完全的连接

• 内部和外部使用产品生命周期管理工具

Level6：这是迄今为止 MBE 能力定义的最 高水平。本级建立在Level5 级基础之上，但是增加了大量的自动化处理，使得自动化的 TDP 正式交付成为可能。它也消除了所有使用 2D 图纸的情况（也没有例外）。应当指出，

Level6 被认为是一个远期目标并且目前也不知道有哪些组织已经达到了这个水平，但并不是说技术上不可用来实现它。这一级别具有如下特点：

• 3D 模型

• 不允许存在二维工程图

• 模型和元数据现在可以被整个扩展企业所访问、使用。

• 完全自动化的 TDP

• 有完全连接的扩展企业

• 内部和外部使用产品生命周期管理工具

MBE 的效益在 MBD 创建并在整个企业应用时就已经开始了，对于大型装备的原始制造商和供应商来说，在整个MBE 企业的方案、

设计、验证、制造、维护的各个环节都会带来实实在在的效益：

• 缩短新订 / 经修订的产品的交付时间，

并降低了工程设计的返工周期

• 整合并精简设计和制造流程，降低成本

• 生产规划时间减少，减少生产延误的风险

• 提高生产过程的设计质量，减少制造交货时间

• 减少工程变更，减少产品缺陷，提高首次质量

• 改善与利益相关者的合作、协同，缩减在产品的开发管理生命周期中的所有要素的周期和整体项目的成本

• 提高备件的采购效率

• 改进作业指导书和技术出版物的质量

• 在维修过程中的活动中提供互动的能力，以减少时间和维护产品

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中国企业实施 MBD 的实践与挑战

1. MBD 技术应用状况

MBD 技术采用包含了 3D 几何模型、

GD&T 和属性等产品制造信息的单一主模型来完整表达产品定义信息，并将其作为产品制造过程中的唯一依据，实现设计、工艺、制造、

检测等的高度集成，消除了传统研发模式中的 3D 模型与 2D 图纸之间的信息冲突，减少了创建、存储和追踪的数据量，保证了产品制造信息的正确、快速传递，从而有效地缩短了产品研制周期，减少了重复工作，提高了产品质量和生产效率。

随着MBD 技术应用的逐步深入，MBD 技术已经得到了广泛的认同，ASME14.41 标准已经被国际标准化组织采用，并于2006 年采纳为ISO16792 标准。MBD 技术在国外除了波音公司以外，也在国外其他公司逐步得到应用，例如R&R 公司开始应用主模型驱动的技术，以具有PMI（Product Manufacturing Information 产品制造信息）三维标注的模型作为单一数据源，贯穿产品研发的各个环节。

以主模型/PMI 驱动的技术（其内涵与 MBD 相似）已经成为了国外航空企业的共识，

如下图所示，通过35 个应用案例的研究，大家都认同了以PMI 驱动的少图纸或无图纸的产品研制流程，PMI 驱动的最佳实践贯穿整个产品全生命周期，包括：

• 将 PMI 作为需求进行描述和管理；

• 创建关联 PMI 的产品模型；

• 基于 PMI 的公差仿真；

• PMI 驱动的基于特征的加工；

• PMI 驱动的 CMM 数控检测编程；

• 将具有 PMI 的数据共享给供应商，使其能容易地浏览查看；

• 基于 PMI 的装配和 3D 现场生产指导说明；

• 基于 PMI 的自制或外购；

• PMI 在生产 / 供应商处的应用；

• PMI 在 MRO（维护 / 维修）中的应用；

• 基于 PMI 的 CMM 执行和质量记录；

• PMI 分析：规划与实作之间的比较

MBD 技术不仅在国外得到了应用，其应用的优势在国内也得到实践证明，例如中航工业第一飞机设计研究院（一飞院）在某型飞机机头物理样机的研制中，与成飞等单位合作，

首次把全三维设计技术应用于型号的研制中，

在此研制中，没有使用一张二维图样，全部使用三维模型，效果显著，得到了设计、制造及其行业内各方认可。

另外，2009 年 12 月新华网关于“中国大型客机机头工程样机主体结构交付”的报导

(15)

中指出，C 919 大型客机机头工程样机运用大量先进制造技术，不仅首次全部采用模块化定义规范开展全三维数字化设计和模块化管理，

还利用PDM 数据管理系统开展在线全关联设计，使得协调便捷快速。

MBD 技术从 2007~2008 年开始逐步引入国内，MBD 技术在国内的应用得到了快速的发展，主要表现在：

• MBD 技术现在已经在国内得到了极大的推崇 包括航空、航天、和兵器等行业都在全面研究和应用MBD 技术。除了上述提到的中航工业成飞和一飞院外，还有很多企业开展了 MBD 技术的应用，例如中航工业沈阳航空发动机研究所（606 所）已经开展了 MBD 技术的试点应用，并已经开始了基于MBD 的产品设计模型数据的发放；中国航天科工集团第三研究院有关单位开展了MBD 的试点和实施，

并初步形成了基于UG NX 软件的 MBD 三维标注规范；中国兵器行业也制定了MBD 技术试点及推广应用的初步计划。

• 有关 MBD 技术的研讨和技术交流持续进行 2010 年 5 月 20 日，中航工业 MBD 技术专题研讨会在航空城阎良顺利召开。通过交流讨论，与会各方面的代表一致认为：目前在飞机设计制造过程中，全面实施和应用集成的数字化协同设计、制造、试验技术已成为各国和各大航空制造公司提升整体飞机设计、制造水平，缩短设计制造周期、降低设计制造成本、

提高飞机产品质量、改变传统研制方法的非常有效的途径。2011 年 6 月 16 日，主题为“MBD 技术在航空制造业中的应用”的2011 航空信息化论坛在大连举行，大会旨在加速大飞机研制进程，推进MBD 技术在飞机设计、制造领域中的应用，会议深入讨论了国内外航空制造业MBD 技术应用现状及发展方向、全三维研制丞待突破的关键技术、全三维研制技术在型号研制中的应用等。

• MBD 技术应用标准规范的制定正在进行 在ISO16792 标准的基础上，国家发布了 GB/T 24734-2009“技术产品文件数字化产品定义数据通则”的标准，该标准从2010 年 9 月开始实施；中航工业一飞院在研究国外转包数据的基础上，开发了企业自己的MBD 技术规范；中航工业沈阳航空发动机研究所也进行了MBD 技术规范的制定，编制了基于 UG NX 软件的MBD 实施指南；中航工业洛阳空空导弹研究院（014）完成了 MBD 规范初稿，并完成了MBD 设计系统的定制。

虽然MBD 技术在国内已经具有了一定的应用基础，但与国外发达企业相比，国内企业仍然存在很大的差距，主要表现在：

• 基于 MBD 技术的产品定义工作尚处于探索阶段，大部分企业处于试点或局部应用。

(16)

• 以 MBD 为核心的数字化工艺设计和产品制造模式尚不成熟，对如何进行三维零件机加工艺设计还没有统一的认识。

• 三维数模并没有贯穿于整个产品数字化制造过程中。

• MBD 的设计、制造和管理规范还有待完善。

• 三维数字化设计制造一体化集成应用体系尚未贯通。

2. MBD 技术对产品研发模式的影响

基于MBD 的数字化产品研发模式的内涵是关键业务过程的无图纸化和全三维实现，这必将对多年来的以二维图纸、或二维图纸加三维模型为数据传递依据的传统研发模式带来巨大的变革，其影响包括对产品设计、工艺规划、

制造和检测等关键业务过程的影响，对供应商、

合作伙伴、及客户之间交流协同的影响，对标准化、档案、信息化等管理的影响，具体体现如下：

• 产品设计

√ 三维模型包含所有产品研制的信息，

包括设计模型、注释、属性，需要有效的工具来定义和管理。

√ 三维模型上信息的分类管理和显示，

便于不同的人员按照不同的视图进行快速查询。

√ 面向制造的设计。确保 MBD 模型既反映产品的物理和功能需求，即客户需求的满足，又满足可制造性，即创建的MBD 模型能满足制造应用的需求，

在后续的应用中可直接应用。

√ 产品设计与工艺制造的协同，实现产品研制的并行协同。

√ 设计结果的审核。基于图样的审校转变为基于三维模型的审校。

• 工艺规划

工艺规划将2D 卡片式工艺转变为结构化工艺，并且工序简图由3D 可视化工序模型取代，从而实现：

√ 数据来源三维化

√ 工艺结果结构化

√ 工序模型三维化

√ 工装设计三维化

√ 工艺编制三维可视化

√ 工艺仿真三维化

√ 工艺输出三维化

√ 车间执行三维化

• 产品制造

√ 操作信息的展示由现场的终端显示取代了图纸

√ 数控作业所占比例大幅度提高

• 质量检测

√ 基于图样的检验转变为基于三维模型的检验

√ 数控检测作业所占比例大幅度提高

• 上、下游协同

√ 基于技术要求、图样和报告的与用户、

合作伙伴、供应商之间的交流沟通和交付方式被以三维模型的交流沟通和交付方式所取代

• 标准化

√ 需要有基于三维数字化产品研发的标准规范来适应新的产品研发模式。

• 档案和信息化平台

√ 电子归档代替了实物归档

√ 必须要有统一的 PDM 对三维电子数据进行有效的管理和维护

(17)

3. MBD 实现的挑战与对策

MBD 将设计、制造、检验、管理信息融为一体，是目前被业界普遍认同的数字化设计、制造的先进技术，是数字化制造的关键技术之一，是未来设计技术的发展方向。但从上述MBD 技术对产品研发模式的影响可以看出，

MBD 技术是产品定义方式的一次革命，不仅仅要解决技术问题，更主要的是要有效解决由此带来的对企业文化、管理体制、生产方式的冲突。MBD 的实施是一项长期、复杂而又艰巨的工作，国内企业在MBD 技术的应用方面还将面临诸多问题：

• MBD 规范——还没有统一完善的 MBD 行业标准规范，正处于研究阶段

• 设计要求——下游部门和合作伙伴所需要的MBD 文件覆盖了很多内容，并不是所有内容都可以在CAD 中由设计师进行定义，同时企业能够应用MBD 技术的工程师、工人严重缺乏。

• 传统习惯——传统设计方法及设计习惯的阻碍与限制，特别对于制造部门，

无疑是一场革命，将改变原有的研制流程，与现行生产，检验制度有很大的冲突。比如有些厂工人生产时必须以设计图纸为依据，实施MBD 后大量取消二维图，生产无依据。

• 设计效率——基于 MBD 的业务流程需要产生和管理海量数据模型和装配，

MBD 包含的信息远多于传统图纸，而具体的工作却只需要确定的局部信息，

缺乏有效的数据提取工具和技巧将有可能以比原来更低的效率来完成工作。

• 数据传递——在编制者和使用者传递数据所选择的机制上会给各类供应商和合作伙伴带来压力，是不是属于地理上分布的公司或者供应链是分散的？是否有合适的IT 架构和查看软件工具等。

• 不同的应用领域标准要求 —— 使用 MBD 数据的人员需求变化比较大，如需要哪些MBD 数据的子集 ? 他们希望这些数据如何显示？

只有以上这些问题的有效解决，才能进一步推动MBD 技术在国内的普及应用，且发挥其潜能。

以下是国内企业实施MBD 时常见的挑战和应对策略：

• 基于 MBD 的产品设计

√ 挑战：

◇ 三维模型包含所有产品研制的信息

◇ 三维模型上信息的分类管理和显示

◇ 面向制造的设计

• 应对

◇ 根据行业和企业自身特色和产品特点，定义详细的企业标准。

◇ 充分听取工艺、工装、检测人员的意见，本着便于制造和检测的原则，

建立三维MBD 模型。

(18)

• 基于 MBD 模型的工艺设计

√ 挑战：

◇ MBD 模型数据的访问与浏览

◇ 工艺结构的快速搭建

◇ 零件工艺中工序模型的创建与编辑

√ 应对

◇ 轻量化数据的应用

◇ 典型工艺模板的应用，结构化工艺快速设计

◇ WAVE 技术和同步建模技术的应用

• 数控工序数据的编制与管理

√ 挑战：

◇ 加工程序的快速编制

◇ NC 程序的有序管理

◇ 数控加工的一次性正确制造

√ 应对

◇ 加工模板和基于特征加工的应用

◇ 基于 PDM 的加工数据管理

◇ 车间对加工数据的访问

• 工作指令的生成和输出

√ 挑战：

◇ 工作指令的正确获取

◇ 工作指令的呈现

√ 应对

◇ 独立文档：2D-PDF、3D-PDF、纸质

◇ 在线文档：EWI（电子作业指导书）

(19)

• 基于 MBD 的 FAI 检验计划编制

√ 挑战：

◇ 质量规划中尺寸、注释和几何形位公差的手工提取和录入

◇ 被检对象的手工编号和拷屏图像

• 应对

◇ 利用 BCT 自动提取 PMI 信息，将其存入Teamcenter 作为对象管理，

并按AS9102 生成检验计划表格。

4.MBD 的实施建议

MBD 技术是产品定义方式的一次革命，

MBD 的实施是一项长期、复杂而又艰巨的工作，涉及信息化平台的支持，标准规范的建立等：

• 有效的产品数据管理平台是成功应用 MBD 的基础。产品数据管理平台是产品研发的基础平台，支持产品研发的核心业务流程。三维设计软件（如 NX 软件）只有存在于与之高度集成的产品数据管理平台系统中，才是实现 MBD 的唯一途径。

• MBD 模型建立应与 MBD 标准和规范的建立紧密关联。需要针对各种不同的典型零部件，应详细定义每种零件标准的建模的过程和方法，形成规范，

贯彻执行，确保三维模型的一致性以及三维建模的质量。

• 全面应用主模型技术是实现 MBD 的关键之所在。

• 数字化样机建立将使 MBD 应用扩展到整个协同环境。基于轻量模型的可视化可以进行整机查看，便于在早期验证更多的问题，在整个企业流程中实现 “可视化”。

(20)

• 知识的捕获和重用 ( 聚焦设计 )，是实现三维设计唯一之路。

• MBD 要求实施基于设计 / 制造的并行协同流程。

为了顺利实施MBD，逐步实现从传统产品研发模式到MBD 模式的平稳过渡，建议采用总体规划，分阶段由点到面，最终实现全企业MBD 应用，即实现 MBE 的实施策略：

• 第一阶段：打下基础

√ MBD 标准规范定义

√ 宣贯 MBD 概念

√ 对应工具培训

√ 典型零部件 MBD 实现

• 第二阶段：扩展

√ MBD 标准规范完善

√ 典型型号基于 MBD 设计实现

√ 典型型号基于 MBD 工艺实现

√ 典型型号基于 MBD 制造实现

√ 典型型号基于 MBD 检测实现

• 第三阶段：整合实现 MBE

√ 所有型号基于 MBD 的实现

√ 完善 MBD/MBE 标准规范

√ ……

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西门子 MBE 解决方案综述

1. 引言

“基于模型的企业MBE”已成为当代先进制造体系的具体体现，它的进展代表了数字化制造的未来。美国陆军研究院指出“如果恰当的构建企业MBE 的能力体系，能够减少 50%~70% 的非重复成本，能够缩短达 50% 的上市时间”。基于此美国国防部办公厅明确指出，将在其所有供应链中各企业推行MBE 体系，开展MBE 的能力等级认证。全世界众多装备制造企业也逐步加入到MBE 企业能力建设的大军中。

仔细品读MBE 企业的构成，MBE( 基于模型的企业) 主要由基于模型的工程、基于模型的制造、基于模型的维护三大部分组成，并且在统一的系统工程的指导下。其不仅仅局限在MBD 模型的定义，它涵盖产品设计、制造和服务的完整的产品全生命周期业务，需要以 MBD 模型为核心在各业务环节顺畅流通和直接使用。再仔细分析MBE 企业的能力等级评价指标，包括MBD 模型数据、技术数据包、

更改与配置管理、企业内外的制造数据交互、

质量需求规划与检测数据、扩展企业的协同与数据交换等六个方面。其更加强调的扩展企业跨供应链的产品全生命周期的业务的MBD 模型以及相关数据能够在企业内外能够顺畅流通、可直接重用。

总之，完整的MBE 企业的能力体系构建，就是以MBD 模型为统一的“工程语言”，

按系统工程方法的指导，全面优化梳理企业内外、产品全生命周期业务流程、标准，

采用先进的信息化技术，形成一套崭新的完整的产品研制能力体系。企业需要一套面向MBE 的信息化环境，帮助 MBE 企业实现MBD 模型以及相关数据能够在企业内外能够顺畅流通、可直接利用。对于每一个制造企业，跨企业内外的产品全生命周

期业务是非常复杂的，基于现有各自独立的信息化技术和工具，不可避免需要处理大量的系统集成和数据转换，才勉强能保障MBD 模型以及相关数据的流通或可利用。这将是致力于成为MBE 企业直接面临的最大的问题。

众多制造企业可能会问：是否存在一家公司，有能力提供一整套完整的面向MBE 的解决方案与服务，帮助企业形成完备的MBE 能力体系，减少繁重的集成与数据转换的工作，

能实现最大限度的数据畅通与可直接重用？答案是：西门子工业软件公司提供完整的MBE 解决之道！西门子工业软件不仅具备专项MBE 能力与工具，更能聚合整个西门子的优势，为制造企业提供完整的MBE 解决方案，支撑企业是实现跨供应链的产品全生命周期的MBE 业务。

2. 西门子 MBE 解决之道

西门子工业自动化事业部，支持行业客户的整个价值链——从产品设计到生产、服务，

将自动化技术、产业控制技术和工业软件无与伦比地结合在一起。运用先进的全集成的软硬件解决方案，实现产品与生产的生命周期的集成，即打造数字化企业（工厂），实现虚拟世界与实物世界的无缝联通，帮助企业降低产品研发成本、缩短新产品上市时间。如下图所示。

(22)

西门子工业软件公司是西门子工业自动化事业部旗下机构、全球领先的产品生命周期管理（PLM）软件及服务提供商。在全球拥有 71，000 个客户，近 700 万装机量。其计算机辅助设计与工程（NX）、协同产品开发管理（Teamcenter）、数字化制造（Tecnomatix）

等每个方面都在全球一直保持行业领导地位。

凭借2011 年的骄人业绩，西门子工业软件公司被全球著名的独立PLM 咨询与研究机构 CIMdata 评为中国最佳 PLM 解决方案供应商，

并在PLM 两大子领域 - 计算机辅助设计（CAD）

和数字化制造分别位列第一名。

凭借西门子在工业自动化领域的强大的软硬件全面集成的技术能力，以及完整的产品生命周期管理（PLM）解决方案的能力，西门子工业软件公司从一开始就积

极参与MBD 定义的技术开发、

标准制定，以及美国国防部与波音公司的诸多验证性项目的实践。经过多年的实践应用完善，形成了以NX 为 MBD 定义工具、Tecnomatix 为基于 MBD 进行数字化制造的解决方案、Teamcenter 为 MBE 企业提供全生命周期业务管理/ 数据重用/ 供应链协同的统一管理平台的全面的MBE 解决方案，帮助制造企业打造完整的MBE 能力体系（见下图）：

• NX，MBD 定义工具：

NX 作为 CAD/CAE/CAM/EPM 一体化工具，涵盖了概念设计、数字化产品定义、数字化仿真分析、评审分析、验证、

多学科优化仿真分析…。它提供完整的MBD 模型定义（三维产品模型加产品制造信息PMI）、浏览、交互的能力。

• Tecnomatix，基于 MBD 的数字化制造解决方案：工艺BOM 管理、工艺分

工、零件工艺规划、装配工艺规划、

机械运动仿真、公差仿真、人机仿真、

装配仿真、工厂规划仿真优化、生产路线仿真优化、MES 集成化管理…。

其通过各种技术最大化的利用MBD 模型，开展数字化制造工作。

• Teamcenter，MBE 的全生命周期管理平台：智能决策、投资组合、多项目组合管理、需求管理、系统工程、多 CAD 管理、多学科优化仿真分析管理、

数字样机、可视化协同、异地协同、

BOM 生命周期管理、维护保障管理、

企业知识管理…。其保障MBD 模型以及相关数据能够被有效配置管理，能够在MBE 企业内部以及供应链之间流通。

西门子完整的MBE 解决方案，以系统工程思想为指导，贯穿从产品需求开始、经过产品设计、产品制造直至产品服务的完整产品全生命周期的过程，在各个阶段的各种信息能够被准确的定义到以MBD 模型为核心的技术数据包中，并始终保持上游的技术数据包能够被下游直接重用，一直拓展到生产现场或服务现场。西门子MBE 解决方案，是通过综合利用NX 为基础的 MBD 定义工具、Tecnomatix

(23)

支持MBD 模式的数字化制造解决方案、

Teamcenter 支撑 MBE 企业产品全生命周期管理平台，有机形成了从设计、工艺、制造及服务和维护全面的MBE 解决方案体系，包括：

基于模型的系统工程、基于模型的产品设计

、基于模型的分析应用、基于模型的公差分析、

基于模型的工装设计、基于模型的零件工艺、

基于模型的装配工艺、基于模型的质量检测、

基于模型的作业指导书、基于模型的制造执行、

面向MBE 的供应链管理、面向 MBE 的数字化服务管理、基于MBD 的标准和规范等。通过这些各种专业的MBE 能力灵活应用与组合，

可帮助制造企业分阶段、分步骤实现MBE 企业能力体系构建。西门子MBE 解决方案的总体架构见下图所示。

MBE 企业的构建是漫长之路，尤其达到等级六的真正MBE 企业，还需要在许多方面进行突破与完善。西门子工业软件公司将以西门子中央研究院－新技术孵化中心为引导，进行MBE 能力技术的突破，通过西门子众多行业企业的实践应用进行完善，持续努力打造一套完整的MBE 解决方案，始终保持领先一步的优势，引领制造企业迈向的MBE 企业的最高等级。

3. 西门子 MBE 解决方案概述

西门子MBE 解决方案，通过对各项专业MBE 能力的灵活组合，以最大的方式保障

MBD 模型的准确定义、可直接重用、企业内外能快捷访问。

3.1 基于模型的系统工程解决方案

西门子基于模型的系统工程（MBSE）的解决方案，为复杂产品的研制提供了一个独特的MBD 模型驱动的系统工程工作环境，它从需求阶段开始即通过模型（而非文档）的不断演化、迭代递增而实现产品的系统设计；通过模型的结构化定义可以清晰地刻画产品设计初期结构、功能与行为等各方面的需求；基于模型可以尽早通过模拟分析发现大量不合理的设计方案；同时模型还为各方提供了一个公共通用的、无二义性的设计信息交流工具，这一点尤其对复杂产品异地分布的系统设计具有重要意义。

3.2 基于模型的三维产品设计解决方案 西门子MBD 模型定义解决方案为实现基于MBD 的三维数字化产品研发提供了工具保障：NX PMI 提供了完整的三维标注环境、全面的工具套件，实现MBD 模型定义过程的流畅；简单化的创建、放置和编辑，便于MBD 模型的快速定义和 PMI 数据的有序管理；Teamcenter 提供了工程协同管理环境，对MBD 模型数据及其创建过程的有效管理，便于设计/ 制造 / 服务等以及供应链的全面协同：集成的NX PMI，通过PMI 的一次创建，多次多点应用，实现数据重用的最大化。

(24)

3.3 基于模型的设计分析应用解决方案

西门子NX 提供 CAD/CAE 一体化的工具平台，把先进几何创建工具的能力与同步建模技术的速度和灵活性完美地结合在一起，

为设计者提供边设计边分析的可能性，极大限度提高对MBD 模型直接利用的效率。同时 Teamcenter 提供统一管理平台，实现设计与仿真数据统一管理，提高了仿真数据查询，分析过程和知识重用的效率，完整的多学科一体化仿真环境，降低了软件使用的复杂度，使得设计与分析工程能够共用一个图形界面环境，易于交流与沟通，有效实现结构与性能等多专业的协同与融合。

3.4 基于模型的公差分析应用解决方案

西门子的公差仿真模块Teconomatix VA^TM（简称VA）可以直接读取通过 NX PMI 定义的MBD 模型中的 GD&T 信息，或通过转换软件从其它CAD 文件中（如 CATIA V5 FTA）读取 GD&T 信息，通过建立产品和安装工艺的三维虚拟装配接触链模型来自动确立产品的尺寸链装配函数，通过基于蒙特卡罗原理的统计仿真计算来分析和优化产品的 GD&T 设计。VA 的输出则包括关键产品特性

（Key Product Characteristics，简称 KPC）

的仿真结果和关键控制特性（Key Control Characteristics，简称 KCC）的贡献因子报告。

VA 模型可以在零部件和工装制造之前就预测出在后续的制造和装配阶段是否会出现尺寸容差问题。工程设计人员可以通过VA 模型的仿真结果和贡献因子排列在数字化产品和工艺并行设计阶段就对产品的设计、公差、工艺、和测量计划进行优化，帮助减少制造和装配偏差对产品质量、成本和开发周期的影响，实现面向制造的设计。

3.5 基于模型的工装设计解决方案

西门子提供基于MBD 的全三维数字化研发模式，将模块化设计的理念应用到工装设计中，通过对工装的模块化分类应用，实现工装设计知识和经验的积累和重用，促进工装的创

(25)

新设计；实现工装上游数据的有效管理和状态控制，实现工艺工装设计的快速并行协同作业；

实现工装数据的全面管理，工装设计结果在资源库中的管理，从而实现工装数据查询、参考和重用；从而达到缩短周期、改进质量、减少成本的目的。

3.6 基于模型的零件工艺解决方案

西门子零件工艺解决方案将协同设计与制造，直接利用设计3D 数据进行结构化工艺设计，关联产品、资源、工厂数据。实现了从产品设计到工艺、制造的业务集成：包括产品设计（数据获取）、工艺设计、工装设计、工艺仿真、工艺卡片与统计报表、MES/ERP 集成、

知识管理及资源管理。在数字化工艺设计方面，

可以及时获取准确设计MBD 模型，维护工艺与设计的一致性；提高工艺编制质量与效率，

减少错误与返工；相关部门获取实时、准确工艺数据，改进了工作质量和效率；丰富、直观的工艺报表，减少了无效工作时间和出错机会。

在制造数据管理方面：与产品相关的设计、工艺、工装、制造、项目管理等部门在统一数据平台协同工作，在正确的时间获取正确的数据，

减少差错，提高效率；在数控编程及管理方面：

面向产品设计MBD 模型的编程，识别零件特征与公差要求，基于典型零件和特征的模板化编程，极大地提高编程效率，改善质量，

减少对员工经验的依赖。

3.7 基于模型的装配工艺解决方案

在西门子的装配工艺解决方案中，

装配工艺与仿真建立于企业PLM 平台之上，充分利用设计MBD 模型、资源、工程MBD 模型，由流水分工、MBOM 创建、

结构化工艺设计、工艺仿真与优化、可视化工艺输出、工艺统计报表部分组成，

并实现各环节的数据管理，与PLM 系统共用制造资源库。系统与产品设计、工装设计、维护维修、试验测试等系统实现数据共享和协同，与ERP、MES 实现系统集成。

同时把装配工艺仿真放在PLM 环境中统一考虑，提供在PLM 环境下的装配工艺仿真能力。可以与数字化装配工艺规划结合起来，

为改进产品装配制造过程提供了一个全新的方法和手段，来研究产品的可装配性分析、装配工艺的优化，装配质量的控制，装配工装的验证，以得到保证产品质量，缩短产品生产周期的目的。

(26)

3.8 基于模型的质量检测解决方案

西门子数字化检测解决方案，提供了从三坐标测量机（CMM）检测编程到三坐标测量检测执行的基于MBD 的数字化检测一体化解决方案，涵盖了从制造工程到生产执行的环节。

包含NX CMM 检测编程和 CMM 检测执行两大模块。该解决方案通过重用MBD 模型，极大地缩短了编程时间（最低可降低 80 % ）；

确保按公司标准检查所有的零部件是否合乎要求；捕捉并分享最佳实践；无需物理部件或机床，就能创建离线程序；有利于在整个流程中快速高效地传达设计变更；简化了软件部署的足迹（只需一套系统，就能实现 CAD 、 CAM 和 CMM ）；确保最低的培训要求。

3.9 基于模型的作业指导书解决方案

基于模型的作业指导书（Model Based Work Instruction，简称 MBI）是整个 MBE 体系的重要一环，是连接虚拟设计世界和真实物理世界的纽带和媒介。针对不同MBE 能力水平的制造企业，西门子提供满足不同企业需求的多层次的MBI 解决方案。

最基本的是2D PDF，它能打印，也能以电子文件的形式在车间展示。其次是提供基于3D PDF 的 MBI 解决方案，它内嵌三维模型，可以直接浏览、旋转、测量，可以实现按工序/ 工步的动画播放。最后西门子还提供基于Web 的在线作业指导 MBI 解决方案，称

为EWI，它直接从 Teamcenter 服务器获取工艺内容，展示内容包括工艺结构、工序流程图

（定义了工序/ 工步的串行并行）、操作描述、

零组件配套表、工艺资源和三维模型。并且提供基于IPAD 等便携终端的访问作业指导书，

或直接在MES 系统中访问作业指导书。MBI 电子化和实物技术状态的电子化至少可以减少 90％的查询时间。作为工艺和现场的纽带，

MBI 使得现场经验也能回馈到工艺，从管理体系上缩短产品研制周期。

3.10 基于模型的制造执行管理

西门子提供从产品到生产的“一站式”完整解决方案，实现从产品、工艺、工装、工厂的虚拟设计与验证，到产品的实物制造、检测、

交付等全过程，实现产品与生产的紧密整合的解决方案，为现代制造业发展提供了新动力。

基于MBD 的产品、工艺数据精确、实时地下发生产现场，实现了设计意图精确数字传递与展示，减少了以往2D、3D 多次转换和理解带来精度和时间上的损耗，使工人的操作更规范、便捷，提高了效率和质量。基于MBD 的产品检验更有效地简化手工操作，提高检验精度和效率，并将检验数据与产品模型、标注关联，实现质量数据的统计和分析，达到及早纠正偏差，预防质量问题的发生。实现基于 MBD 的现场问题反馈，有效减少技术员与工

(27)

人处理问题的时间，提高工作效率和质量，减少现场停工时间。基于MBD 实做数据的采集，

及返回PLM 系统在实做 BOM 中管理，可有效应用于后期产品维护维修，以及产品改型、改进设计和制造。

3.11 面向 MBE 的供应链管理

西门子基于Teamcenter 平台，提供一套灵活的、成熟的供应链管理解决方案的组合，

帮助OEM 快速建立完整的供应链管理解决方案，而不需要复杂的集成定制，也极大限度降低供应商的投入。

基于Teamcenter 平台的多站点协同的能力、协同社区的能力以及基于公文包的供应关系管理能力，通过灵活组合，可以形成嵌入式、

同步协同、异步协同（自助式）、异步协同

（赞助式）等四种协同集成模式实现MBD 模

型的顺畅流通。将实现高效的MBE 数据交互能力，减少管理成本；支撑广泛供应链内的闭环MBE 流程；帮助 MBE 企业快速构建供应链

（各种供应商包括OEM 下属单位、战略合作伙伴、各种低成本供应商）全面集成协同与数据交互的能力，同时消除供应链管理中非增值的活动。

3.12 面向 MBE 的数字化服务管理

Teamcenter 的数字化服务（TC MRO）

解决方案可建立完整的产品服务工程、维护、

维修和大修的功能，从而满足产品服务生命周期管理和企业实物产品管理的需求。提供了整个生命周期的完全的可视性，可以使用配置驱动的产品服务的能力来规划服务运作，优化服务执行，并更好地利用实物产品与零件、工具和设备库存，最大限度地提高服务部门的效率。针对MBE 企业，提供基于产品服务所需要的基于MBD 模型的 IETM（交互式电子技术手册）创建、有效性管理以及多语言翻译管理的全套能力；充分直接利用MBD 模型，实现多种实物的可视化展现以及分析的能力；提供强大的基于MBD 模型的维护维修的虚拟仿真能力；利用TC WEB 客户端与 TC Mobility（基于IPAD 等移动设备的 TC）能力，把产品服务所需的技术数据包TDP 或 IETM 快捷延伸到维护现场。数字化服务（TC MRO）解决方案以面向产品全生命周期的视角，通过有效闭环连接产品规划、产品设计、产品制造与产品服务的业务环境，不仅仅提高产品服务的质量、效率和服务知识，同时通过服务反馈来提升产品规划、设计、制造的质量。

(28)

3.13 MBD 标准规范及在西门子软件系统中的 实现

西门子工业软件公司的Teamcenter+NX 已经被众多的企业作为实现MBD 技术的信息化平台，在国内外得到了广泛的应用，很多企业制定了基于Teamcenter+NX 的 MBD 技术应用规范。这些规范对在Teamcenter+NX 进行三维几何模型的创建、三维标准的表达、

数据的组织和管理等都进行了规范。针对 MBD 在数字化设计与工艺中的应用，运用 NX OPEN、ITK 等开发工具，将 MBD 的相关标准和规范融入NX 与 Teamcenter 平台，通过定制国标化、规范化、流程化、自动化的工具，

构建基于西门子软件的MBD 应用系统，帮助客户在已有的产品制造信息PMI 技术基础上，

方便快捷地完成各流程的设计与定义。

基于西门子软件的MBD 应用系统包括 MBD 三维设计系统、MBD 三维工艺系统、

MBD 标准检验系统三部分。

4. 西门子 MBE 解决方案的价值定位

凭借西门子在工业自动化领域的强大的软硬件全面集成的技术能力，以及完整的产品生命周期管理（PLM）解决方案的能力，西门子工业软件公司在为各制造企业提供MBE 的专业技术能力同时，也提供一套完整的MBE

解决方案，并将以领先一步的方式帮助制造企业打造MBE 能力体系。西门子 MBE 解决方案与服务：

• 为制造企业提供包括 MBD 模型定义、

基于模型的工程（MBe）、基于模型的制造（MBM）和基于模型的服务

（MBS）等世界领先的各种 MBE 专业能力，使其能够在某些具备条件的专业业务领域快速具备MBE 的能力，获得MBE 的收益。

• 为制造企业提供构建 MBE 完整能力体系的整体解决方案，可以引领企业逐步平滑的走上MBE 的最高等级，减少中间过程中的繁重的系统集成与数据转换的非增值活动，并以最小成本保障MBE 的能力体系能够得以持续的升级优化。

• 通过数字化技术与自动化技术的融合，

使制造企业在迈向MBE 企业的同时，

可逐步走向真正的数字化企业

（工厂），通过MBE 能力与数字化工厂能力的融合，更大程度降低产品研发成本、缩短的新产品上市时间。

• 以西门子中央研究院进行 MBE 能力技术的突破，通过西门子众多行业企业的实践应用，始终保持领先一步的优势，引领制造企业迈向的MBE 的最高境界。

(29)

www.siemens.com.cn/plm

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(30)

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