1. 开启工程中的数字主线（Digital Thread）

现代产品开发依赖于数字化作为基础，每个部门都在利用其他部门的数字数据进行工作，并在此基础上进行构建、增强数字化的工作，并增加其价值，从而在整个数字开发过程中，建立了一个相互依存的数字交付物网络，每个交付物相互依赖。这个数字化交付网络就是数字主线。

整个公司都为数字主线做出了贡献，但不可否认，它从工程领域开始。工程部门为零件、装配、系统和产品开发设计，并以图纸、规格、模型和模拟等定义和记录其形式、配合和功能。这些定义成为采购合同、制造规格、服务程序基础等的组成部分。这些都是数字主线的各个组成部分。

在过去的十年中，工程部门一直在探索新的文档形式。多年来，描述设计的唯一来源是工程图纸。然而，3D模型的出现提供了一个改变此场景的机会。如今，许多公司正在用所谓的基于模型的定义 （MBD）替代二维工程图纸。

本文介绍了公司应如何在整个组织中使用 MBD 构建数字主线。

2. 在投标过程中应用MBD

很少有公司自己生产所有产品的组件。相反，他们转向供应商生产和交付组件、装配和系统。采购部门运行询价（RFQ） 流程，从众多供应商处获取定价，然后再将合同授予其中一家供应商。

该过程首先将供应商估计成本并生成定价所需的所有信息捆绑到称为技术数据包（TDP）的文件中。许多公司现在使用单个 MBD 模型而不是 3D 模型加图纸。MBD 提供了组件的单一的、明确的定义，更易于查看和询问。

收到技术数据包后，供应商使用 TDP 中的信息来模拟制造组件、装配或系统的工作量。这组活动包括使用工程交付物来计算和规划原型机的制造工艺、材料成本、精加工操作等等。所有这些都有助于供应商自信地生成定价。

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TDP 和供应商的报价都将成为数字主线的一部分。

3. 在模具设计过程中应用MBD

在产品开发过程中，公司设计和开发模具，以便用来制造产品的组件。此类模具包括用于塑料的注塑模具、用于金属加工的钣金冲压模具。在制造产品部件之前，必须开发此类模具。

当模具设计师收到描述零件的工程交付物时，模具设计过程就开始了。由于必须用模具的形状和轮廓来形成零部件，因此模具设计人员使用产品组件的 3D 模型来生成模具的几何体。模具设计人员从模具料块中间减去零部件 3D 模型以获得型腔几何体。然后，将该模具拆分并做进一步的操作，以生成最终模具几何体。

MBD 在此领域内的应用是全新的和令人信服的。虽然工程师现在通常使用零件的 3D 模型来生成模具的几何形状，但模具设计人员通常从二维图纸来获取尺寸公差、表面光洁度和其他注释来确定模具的表面特性。使用 MBD 时，可以直接从 3D 模型继承这些特性。这种做法使流程更加自动化，并减少人为错误。

完成相关工作后，模具的 3D 模型将加入数字主线。

4. 在数控加工编程中应用MBD

作为开发过程中的下一步，制造工程师需要生成刀具路径来驱动加工设备。他们通过创建加工模型来达到此目的，该模型通常由毛坯材料块的 3D 模型和产品设计 3D 模型组成。他们使用此毛坯模型并基于设计几何体模型生成刀具路径。一旦创建完成刀具路径，就可将这些刀具路径转换为机床可识别的加工代码，并传递到车间进行材料的切削加工。

传统上，制造工程师使用设计的 3D 模型来定义要移除的材料体积。他们构建刀具路径来切削该材料体积。作为该加工编程过程的一部分，他们需要分析 2D图纸以查找相关的信息（如表面粗糙度和公差等），以指定刀具路径参数（如速度和进给率等）。当2D图纸和 3D 模型不一致时就会出现问题，从而导致高废品率和更改订单。

而MBD 在单一的、明确的数据源中传达 3D 几何信息和2D注释信息。此外，加工软件可以解读表面粗糙度和公差等非几何信息，根据预先定义的更佳实践自动确定刀具路径的速度和进给率。

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加工模型（基于或引用设计模型）以及刀具路径都将加入了数字主线。

5. 在定义操作指导说明中应用MBD

产品的开发和操作需要广泛的操作指导说明。在生产中，制造工艺规划人员记录制造步骤，以便重复操作。在服务中，服务规划人员定义特定的、一步一步的操作程序，以修复损坏的产品。对于复杂的产品，工程师为产品启动、操作和关机等定义特定操作任务顺序。

对于所有这些操作指导说明，编写技术文档的团队均使用工程交付物作为起点。插图画家根据设计创建新模型。传统上，他们用来自 2D 图纸和其他物品（从工具到易耗材料）的信息来扩充它。他们使用所有这些信息创建操作指导说明中的插图和动画。

但是，使用MBD 无需引用 2D 图纸，因为相关信息已经直接包含在模型中。插图师可以在图表或动画中显示 PMI（产品制造信息）。MBD 的这种应用规避了 3D 模型和 2D 图纸可能不完全相同的问题。

完成操作指导说明后，操作指导模型和任何其它的、可输出的可交付物（如动画或文档）将加入数字主线。

6. 在质量和检验方面使用 MBD

当需要对零件进行检验时，坐标测量机 （CMM） 可确保物料在指定的容差范围内。或者，3D 扫描仪等技术可以创建点云信息，以便与原始 CAD 模型进行比较。

在传统工艺中，3D 模型在这两种检测方法中都起着至关重要的作用。工程师使用该设计模型为 CMM 机器定义检测路径，从而极大地实现了任务自动化。然后，他们可以将 CMM 机器或 3D 扫描的检测结果与3D 模型进行比较。在这两种情况下，检验员都必须分析 2D 图纸，以便知道零件是否符合或不符合要求。

在检查中使用 MBD 会导致非常不同的过程。检查人员不使用单独的 2D 图形，而是使用 MBD 中的注释、容差和表面粗糙度注释来生成 CMM 刀具路径。这种方法不仅能自动创建刀具路径，还能改进结果分析。某些软件应用程序可以自动识别此类信息与曲面的关联性。他们可以将这些信息融入到通过测试或失败测试中。

此阶段的所有数字交付物（包括检测模型、3D 扫描、CMM 检测路径等）都将加入了数字主线。

7. 小结

数字主线是在整个产品开发过程中产生的一组相互关联的可交付物。数字主线中的 MBD 提供了设计几何和非几何信息（如注释、容差、表面粗糙度等）的单一的、明确的定义。不同的职能部门可以在整个开发过程中使用此单一定义的数据源，包括：

• 采购为询价流程的供应商提供基于 MBD的技术数据包TDP。
• 模具设计可利用 MBD 创建塑料模具、冲压模具和其它模具的几何和非几何信息。
• 数控加工编程可利用 MBD 根据设计模型的几何和非几何信息生成刀具路径。
• 操作指导说明可重用 MBD 中的几何信息和非几何信息，生成包含插图和动画的操作指导说明。
• 检验员可利用 MBD 生成 CMM检测路径，并比较制造质量的符合性。

MBD 和开发过程中生产的所有可交付物都是数字主线的一部分。