基于MBD技术机械类三维教学资源制作及应用*

陈　荣，张　玄

(1.陕西广播电视大学 学分银行建设组，陕西　西安　710119；2.陕西广播电视大学 资源建设与现代教育技术中心，陕西　西安　710119.)

【理工园地】

基于MBD技术机械类三维教学资源制作及应用*

陈荣1，张玄2

(1.陕西广播电视大学 学分银行建设组，陕西西安710119；2.陕西广播电视大学 资源建设与现代教育技术中心，陕西西安710119.)

[摘要]通过分析MBD技术的特点，探讨了MBD技术在教学资源制作中的应用，给出了基于MBD技术机械类三维教学资源制作方法。通过这种方法制作的资源弥补了传统资源表现力不足、互动性差，使用不方便等问题，有助于提高学生的学习兴趣、学习效率及质量。[关键词] MBD；机械；教学资源;

随着数字化设计、制造技术在机械领域深入应用，在现代制造企业中为了缩短生产周期、提高质量、降低成本，提高企业的市场核心竞争力，正在关注并大力推进第三代工程语言—MBD技术的发展。用三维MBD模型代替二维工程图已经成为机械产品制造业发展的未来趋势。在教育领域自觉适应这一趋势，在工程信息传递手段上向企业靠拢，不但能提高教学效果、增加学生就业适应性，而且对于学校机械类专业教学质量的提升都具有重要意义。笔者结合机械类专业教学谈谈MBD技术在教学资源制作中的应用。

1.何谓MBD

图1　MBD模型组成

MBD(Model Based Definition)，即基于模型的定义，有时也被称为数字产品定义，是一种面向计算机应用的产品数字化定义技术，也是一项实现产品设计制造过程数字化、无纸化的基础技术。MBD零件模型一般由设计模型、三维注释以及属性构成，如图1所示。产品几何形状信息用三维图形的方式来描述(设计模型)。三维注释和属性等包含在非几何信息中。产品的尺寸与公差、几何公差、表面粗糙度要求等约束信息用三维注释来表达，产品的标准说明、零件说明、标注说明、原材料规范、分析数据、测试需求等产品内置信息则通过属性表达。MBD装配模型则是由一系列MBD零件模型组成的装配零件加上以文字表达的非几何信息(包括配合公差、BOM表、装配要求等)组成。

由上可见MBD是一种三维 “所见即所得”的数字化定义技术，MBD模型不但包含几何设计信息而且包含工艺、制造、管理信息，是一个3D数字化全信息模型。在工程信息传递中使用人员直接从三维模型中直观地读取设计信息，这种三维的数据表达方式大大减少了设计、工艺、制造人员理解偏差导致出错的可能性。

2.MBD技术应用在教学资源中的特点

目前高校中机械专业的数字化教学资源建设已取得一定成效，但这类资源本质上还是二维方式(工程图、图片、视频)，在知识传递上存在不直观、不系统、使用不方便等缺点。而MBD技术则通过三维信息实现全面工程信息的传递，将其应用于教学资源制作不但有利于消除信息孤岛现象而且会推进数字化资源更加深入应用，其具体特点表现在以下方面：

1.快速全面的结构展示。MBD技术是基于三维模型的，在教学中可以通过平移、缩放、旋转、测量、动态剖面及其他 3D工具在 3D 中研究模型，表现效果更为直观、逼真，具有很强的交互性。

2. 全面、专业信息传递。使用MBD技术不但可以简单快捷地全方位三维展示零部件结构，而且可以在三维模型上设定PMI(产品和制造信息)数据，如产品模型、尺寸、形位公差、表面粗糙度、焊接符号、材料明细表 (BOM)、标注、表格、注释、属性以及其他注解。这样学生面对的不光是一个三维几何模型，设计制造信息的加入使学生对学习对象的理解更加全面，知识系统性更强，有利于提高专业知识的理解和接受。

3.增强吸引力。MBD模型可以附加材质提供实物般感觉，加上良好的互动性，使得整个教学和展示过程中的交流变得直观、形象，将大大提高学生的学习兴趣，激发学生学习的热情和主动性，有效地提高学生参与的程度和深度。

4.实例丰富，制作成本低。由于三维建模技术的逐渐成熟，现在三维实体造型、装配非常方便，在长期的教学实践中教师也积累有大量的实例素材，同时在网络上一些专业网站和企业网站也提供有大量的免费产品三维模型可供下载。选择合适的模型，采用MBD技术，教师就可以直接在三维环境下制作资源，缩短教学资源制作周期、提高现有资源利用率。相信随着这种数字化资源的深入使用在教学中我们就可以逐步脱离实物模型，实现无纸化教学。

5.有利于资源整合，便于使用。基于MBD模型可以发布为3D PDF文件，这种文件使用、编辑方便，相关的多媒体素材(图片、音、视频文件)也可以整合在一个文件中，表达方式丰富。在使用上，可以脱离了庞大的3D设计软件环境，在电脑或移动设备上通过多种免费工具(如 Adobe? Reader)就可以查看、学习。还可以通过网络将课件和模型发布到校园网络平台，供学生随时在线学习和下载，从而解决传统教学中存在的一系列时间和地域上的限制。

3.基于MBD技术在机械教学资源的制作

目前主流的三维CAD系统都支持MBD部分功能，如NX、CATIA、solidworks、PTC，国产的CAXA等。上述三维CAD软件在行业和高校具有广泛的应用基础，下面以Solidworks软件为例，介绍MBD技术在教学资源制作中的应用。

制作流程如图2所示。

1.三维建模；根据教学需要利用三维软件完成产品或零部件造型和建模，或者利用丰富的网络资源下载零部件三维模型。建模完成后进行材料等属性定义、外观定义。

2.标注信息；标注信息是指在三维模型上进行3D数据的定义。利用SOLIDWORKS的DimXpert和智能尺寸在设计完成的3D模型中进行标注，实现3D信息的标注和定义。可以标注尺寸、形位公差，基准、注释、粗糙度等。使用智能尺寸作3D标注时，其标注方式和2D图纸的应用方式相同，故在学习和应用上易学易用。

图2　制作流程　　　　　　　　　　图3　SOLIDWORKS 3D标注结果

3. 组织排版；使用SOLIDWORKS标注的出来的3D标注信息在不同的平面上，不方便查看。为了使3D信息清楚、明确，我们需要创建不同的注解视图，在相应的视图上放上适合表达的3D信息。也就是在某一具体的注解视图上进行3D标注信息的排版和组织。在SOLIDWORKS MBD进行组织和排版步骤如下：

(1)首先创建、定义各个注解视图，比如注解视图1、注解视图2、注解视图3(可自定义命名)等。右键点击注解文件-插入注解视图-选择所需要的视图方向可进行注解视图创建和定义。

(2)双击创建后的注解视图中或右键进行激活和重新定向。

(3)定义尺寸或形位公差等的注解视图方向。选择要在某注解视图显示的尺寸和形位公差等，可按Ctrl进行多选。确认后完成尺寸和形位公差等视图方向定义。同样以此方法完成其它视图尺寸的组织和排版。

图4　SOLIDWORKS 3D标注结果　　　　　　图5　注解视图方向定义

(4)视图捕捉记录

使用SOLIDWORKS MBD的3D视图将排版和组织好的尺寸和形位公差等信息进行捕捉记录。将注解视图定向后点击捕获3D视图，将创建一个视图信息。

对于教学资源在这一步应该根据教学过程考虑安排合适的视图和表达内容，使信息读取明确，易于理解。

4.模板定制；SOLIDWORKS MBD 提供了一套包括零件、装配体等全面的预定义模板可以直接使用。同时我们还可以利用SOLIDWORKS MBD的PDF模版编辑器方便地自定义输出3D PDF模版。在PDF模板编辑器中可以调整、构建页面布局，放置 3D 视口和缩略图，插入学校LOGO，编辑文字说明，内嵌元属性链接和添加表格等。其中可通过背景插入工程图纸的背景图像，支持图像格式(JPEG、PNG、TIFF、BMP等)，材料明细表可链接SOLIDWORKS的BOM表，文字支持文字段、自定义属性、PDF文字段等。

5.输出至3D PDF；点击出版到3D PDF图标，选择已定义好的模板，选择输出的视图，然后编辑自定义属性文本就可以生成3D PDF文件。图7为生成的PDF文件。

图6　3D视图捕捉　　　　　　　　　　　　　图7　3D PDF文件

6.文件整合；我们可以利用Adobe?Acrobat?对同一课程或者章节的3D PDF文件进行合并，加入其它教师讲解的多媒体素材或者背景音乐(音、视频文件)，这样表达方式更丰富，更具表现力和吸引力。

4.结语

MBD技术将抽象分散的知识更加形象和集中，使三维模型完全替代了二维工程图纸和纸质工艺指令，被誉为第三代工程语言。在专业教学领域积极探索、制作、应用这种技术必将大大改善了辅助教学环境，减少教学资源的投入，提高教师的工作效率和学生的学习兴趣及质量。

[参考文献]

[1] 潘康华，陆江峰，邵兰英. MBD技术的发展历程与展望[J]. 机械工业标准化与质量，2013(2) :77-79.

[2] 宁俊义，杨晓飞. MBD模式下工程信息的表达与传递[J]. 航空制造技术，2012(6):77-79.

[3] 李华，徐炜. 数字化制造技术应用分析[J]. 装备制造技术，2008(11)：127-128.

[4] 刘佳. 三维虚拟仿真技术在机械结构教学培训中的应用[J]. 科技创新导报，2013(21)：1.

[5] 刘巍. MBD技术在制造企业中的应用[J]. CAD/CAM与制造业信息化，2013(4)：73-74.

[责任编辑张宇龙]

Making and Application of 3D Teaching Resources in Mechanical Class Based on MBD Technology

Chen Rong，Zhang Xuan

(Shaanxi Radio &TV University Credit Bank Construction Group， Shaanxi， Xi'an 710119)

Abstract：Through the analysis of the characteristics of MBD technology， discusses the MBD technology in the application of Teaching resource making， given the method of making mechanical 3D teaching resources based on MBD technology. By the method of resources to make up for the traditional resource capacity， poor interaction， the problem is not convenient to use， help to improve the students' learning interest， learning efficiency and quality.

Key words：MBD; Mechanical; Teaching resources;

[收稿日期]2016-03-18

[作者简介]陈荣(1973—)，陕西户县人，研究生学历，工学硕士，陕西广播电视大学 学分银行建设组 副教授。张玄(1976—)，河南省西平县人，文学硕士，陕西广播电视大学资源建设与现代教育技术中心副教授。

*基金项目：陕西广播电视大学2014-2015年教学改革研究课题——“基于Web3D技术远程互动教学资源开发研究”(编号15DJ-B01)；

[中图分类号]TH126

[文献标识码]A

[文章编号]1008-4649(2016)02-0093-04