MBD技术在中国的应用现状与发展前景预测

摘要：

MBD（Model-Based Definition，基于模型的定义）技术是一种先进的数字化定义方法，它将产品的所有相关设计定义、工艺描述、属性和管理信息附加到产品的三维模型中，使三维模型成为生产制造过程中的唯一依据[1]。本报告基于对国内外MBD技术应用文献的系统分析，探讨了MBD技术在中国的应用现状、核心驱动力、面临挑战及未来发展趋势。研究发现，MBD技术在中国航空制造、汽车工业、轨道交通等领域已取得显著应用成果，特别是在"十一五"后期和"十二五"期间，国内大学、研究机构和企业在MBD技术研究方面取得了初步成果[1]。然而，MBD技术在实际应用中仍面临与传统工艺流程脱钩、人才培训不足等挑战[2]。展望未来，随着工业4.0和智能制造战略的深入推进，MBD技术将在中国制造业数字化转型中发挥更加关键的作用。

关键词：MBD技术；数字化制造；智能制造；三维模型；产品全生命周期管理

1. 核心概念界定与发展概述

1.1 MBD技术的定义与内涵

   MBD（Model-Based Definition）即基于模型的产品数字化定义，具体是指将产品的所有相关设计定义、工艺描述、属性和管理等信息都附着在产品三维模型中的数字化定义方法[1]。MBD技术改变了传统的以二维工程图纸为主、三维实体模型为辅的设计制造方法，使三维模型成为设计制造过程中的唯一依据[2]。

根据研究文献，MBD模型具有以下核心特点[4]：

（1）三维集成性：MBD模型集成了产品的所有相关信息，包括几何尺寸、公差、材料、热处理要求等，使得三维实体模型成为生产制造过程中的唯一依据。

（2）表现力丰富：MBD模型不仅描述设计几何信息，还定义了三维产品制造信息和非几何的管理信息（如产品结构、PMI、BOM等）。

（3）易于理解：MBD模型的设计、制造特征能够方便地被计算机和工程人员解读。

（4）数据重用：MBD模型支持一次定义，多次多点应用，实现数据重用的最大化。

1.2 MBD技术的全球发展背景

   MBD技术起源于航空制造领域。以波音和空中客车为代表的国外航空工业建立了比较完备的MBD技术系统，用于研制波音787和空中客车A350等新一代飞机[1]。波音公司成功利用MBD技术开发了波音787飞机，在产品数据管理以及设计和制造集成方面实现了787飞机的全球协同制造[1]。在欧洲，德国"工业4.0"战略将智能制造作为核心，MBD技术作为数字化制造的基础技术得到广泛重视[9]。德国西门子公司创建的安贝格数字化工厂，在产品的设计研发、生产制造、管理调度、物流配送等过程中都实现了数字化操作，为MBD技术的应用提供了典范[9]。根据《工业数字化/智能化2030白皮书》分析，当前工业软件的上云是大势所趋，需要重新定义工业软件的开发模式和商业模式，这为MBD技术的进一步发展提供了新的机遇[10]。

1.3 MBD技术在中国发展概况

MBD（Model-Based Definition，基于模型的定义）技术在中国的发展可追溯至"十一五"后期。根据文献资料，中国在2010年发布了GB/T 26099《机械产品三维建模通用规则》、GB/T 24734《技术产品文件数字化产品定义数据通则》等系列标准，标志着MBD技术正式进入中国制造业视野。然而，由于当时国内缺乏足够的全生命周期数据保障手段和配套软硬件条件，这些标准并未获得大面积推广应用。直到"十二五"期间，随着数字化制造技术的成熟，MBD技术才开始在航空、汽车、轨道交通等高端制造领域取得实质性进展。目前，MBD技术在中国的产业链结构如图1所示，下面我们对产业链结构做简单解读：

上游：核心工具链提供商

工具类别

核心功能

代表厂商 (国际)

代表厂商 (国产)

研发设计软件

创建带PMI（产品制造信息）的三维模型

Siemens (NX), Dassault (CATIA), PTC (Creo)

中望、华天等

系统仿真软件

控制系统建模、仿真、自动代码生成

Mathworks (MATLAB/Simulink)

世冠科技 (GCKontrol)

专业使能软件

对三维模型进行公差分析、虚拟装配、测试验证等

CAPVIDIA

诚智鹏科技 (3DCC)、北京乔泽科技有限公司（CAPVIDIA中国代理）、墨圆方科技有限公司、先临三维

这是产业链的技术源头，为MBD的实施提供必要的软件工具，目前由国际巨头主导，但国产化替代正在加速。

中游：系统集成与解决方案商

他们负责将上游工具与企业具体的研发流程、IT环境（如PLM系统）相结合，提供落地方案。大型企业（如一汽、比亚迪）会自建团队，而更多企业依赖专业服务商。

国产解决方案商是此环节的活跃力量，例如：

世冠科技：不仅提供GCKontrol软件，还提供覆盖MIL(模型在环)到HIL(硬件在环)的全流程测试验证方案，已与山东重工等集团达成合作意向。

诚智鹏科技：提供融入“蜂巢CID工具链”的新一代研发平台，旨在打通设计与制造的数据壁垒。

北京乔泽科技：依托CAPVIDIA公司的MBD系列软件产品和自身的技术力量，提供生产制造企业数字化转型全方位解决方案，形成研发设计-生产制造-质量检测的闭环。

墨圆方科技：凭借MBD方向独有的专业技术力量，研发了墨系列软件，其核心是基于可视化操作平台的几何精度智辅设计和智能出图软件。

下游：行业应用端

应用领域

应用成熟度与特点

具体应用案例

汽车行业

最大应用下游，聚焦于电控系统开发。采用V模式，从模型到代码，进行全流程验证。

比亚迪、一汽、广汽等使用MBD工具链开发VCU（整车控制器）、BMS（电池管理系统）等。

航空航天与国防

应用最早、最深入。目标是实现“统一模型贯穿全生命周期”。

中国航天科技集团提出“模型取代文档”，构建从设计到数字交付的新模式。

智能制造（机械加工）

从智能工艺规划切入，提升效率。

有企业利用MBD模型自动提取加工信息，使工艺规划时间缩短75%，数据一致性达100%。

这是驱动整个产业链发展的需求源头。应用成熟度因行业而异。

图1

2. 中国MBD应用现状：行业渗透与发展特征

2.1 航空制造领域

   航空制造是MBD技术的主要应用领域之一。MBD技术在国内航空制造领域的研究和应用虽然起步较晚，但近年来，大量科学家和企业在MBD技术的研究和应用方面做了大量工作，取得了显著成果[1]。

具体应用包括：

（1）检测工艺规划制定：基于产品的三维MBD模型，可以更为直观地提取被检测产品的PMI（产品制造信息）参数，自动导入产品的几何尺寸、公差、基准等信息[1]。

（2）数控编程：导入三维模型文件，建立刀具表，创建几何体，实现自动化的NC程序生成[1]。

（3）装备质量在线检测：装备实物质量的在线检测是一种数字化、智能化、自动检测手段[1]。据研究显示，国内大多数MBD技术研究都集中在MBD设计规范、MBD环境下的工艺技术以及基于MBD的数字检验技术上[1]。一些飞机设计单位在开发模型时已开始根据MBD完全三维模型来定义和分发产品模型，从而部分或完全取代了传统的二维设计图纸[1]。

2.2 汽车制造领域

   在汽车领域，MBD技术被广泛应用于尺寸工程数字化虚拟匹配。据重庆赛力斯新能源汽车设计院的研究，通过MBD技术搭建整车数据模型，并在工业化阶段将整车零部件制造数据导入到数字模型中，进行尺寸链装配分析，可以提前预测零部件制造公差给整车DTS带来的缺陷[5]。

   MBD技术在汽车领域的核心优势包括[5]：

（1）提高开发效率：通过使用模型来代替传统的代码编写和调试过程，极大提升项目的开发效率。

（2）数字化定义产品：支持面向制造的设计和生产过程。

（3）缩短研发周期：将MBD技术应用于产品设计、工艺设计等过程中，有效缩短产品的研发周期。

（4）集成的三维实体模型：使用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息，包括公差的标注规则和工艺信息的表达方法。

   上海创紫集团开发的Ganzlab科学计算与仿真建模软件，专门为汽车行业电子电气领域定制开发了基于AUTOSAR标准的国产化仿真工具链，以及基于MBD技术的汽车电子嵌入式软件开发解决方案[6]。该软件在2024年通过了ISO26262:2018 ASIL D道路车辆功能安全管理体系认证[6]。

2.3 轨道交通领域

   MBD技术在轨道交通领域也得到了应用。中车株洲电力机车研究所针对轨道交通车辆制动管路开展了基于MBD的一体化研发技术研究，实现了从设计、工艺到制造的全流程数字化[7]。

2.4 智能制造领域

   在智能制造背景下，MBD技术正在发挥越来越重要的作用。根据中航贵州飞机有限责任公司的研究，工艺装备MBD模型在智能制造中具有以下应用优势[4]：

（1）提高生产效率：减少纸质图纸的使用，降低图纸打印、存储和管理的成本。

（2）优化工艺设计：工艺人员可以在三维数字化环境下直观地看到产品的三维形状和结构，从而更准确地制定工艺方案。

（3）支持数控编程：MBD模型可以直接用于数控编程，实现自动化生产。

（4）促进数据共享：MBD模型作为产品全生命周期的统一数据源，可以在企业内部和供应链上下游之间实现数据共享和协同工作。

3. 核心驱动力与政策环境

3.1 国家战略与政策支持

   中国政府高度重视智能制造和数字化转型。根据《工业和信息化部办公厅关于推动工业互联网加快发展的通知》（2020年3月20日），国家明确提出[8]：

   （1）加快新型基础设施建设：改造升级工业互联网内外网络，提升工业互联网平台核心能力。

   （2）加快拓展融合创新应用：深化工业互联网行业应用，促进企业上云上平台。

   （3）加快壮大创新发展动能：深入实施"5G+工业互联网"512工程。

   "中国制造2025"战略以促进制造业创新发展为主题，以加快新一代信息技术与制造业深度融合为主线，以推进智能制造为主攻方向[9]。这为MBD技术的推广应用提供了良好的政策环境。

   据统计，截至2024年，全国已有超过80%的省级行政区将数字孪生纳入智慧城市建设规划，相关产业规模突破千亿元[11]。

3.2 工业4.0与数字化转型需求

   工业4.0的核心是建立信息物理系统（CPS），聚焦于智能工厂和智能生产两个主题[9]。MBD技术作为实现产品数字化定义的关键技术，是工业4.0战略实施的重要基础。

   根据麦肯锡的研究数据，企业通过数字化转型可以实现[8]：

   - 劳动生产力提高15-30%

   - 设备综合效率提升15-25%

   - 设备停机时间下降30-50%

   - 一次通过率提高5-8%

   - 质量成本优化10-20%

   - 能耗减少5-8%

3.3 技术进步与标准化推进

   质量信息框架（QIF）作为一种面向制造业的标准化数据模型，其核心目标是确保产品

全生命周期中质量数据的无缝集成和互操作性[13]。QIF V3.0于2020年获得国际标准化组织

（ISO）批准，并作为新的ISO标准ISO 23952:2020发布[13]。这标志着MBD相关技术标准

从行业标准发展为国际认可的标准。

4. 面临的主要挑战与瓶颈

4.1 技术应用与实际流程脱钩

   MBD技术的核心价值在于集成并呈现设计与制造全周期所需的所有信息于三维模型之上。然而，在实际操作中，依然存在基于三维模型生成二维图纸，再以二维图样作为生产现场操作指南的情况[4]。这种做法实质上是对MBD先进理念的背离，未能实现"无纸化生产"的目标[2]。

具体问题包括：

（1）与MBD技术应用环节脱钩：依据三维模型进行二维工艺设计、用二维图样完成现场生产指导的现象，违背MBD技术的先进设计和制造理念[2]。

（2）查询不方便：生产现场依赖传统纸质文档存在诸多不便，体积庞大且携带性差[4]。

（3）交互性差：对于新产品或新员工，复杂图样不易看懂，产品的加工过程掌握比较慢，易出现加工操作失误导致的产品缺陷[2]。

（4）一致性难以保证：设计的工艺规程在生产现场根据实际情况进行微调后，可能存在修改后的文档未能及时反馈至PDM系统的情况[2]。

4.2 人才培训与文化变革挑战

从质量角度来看，采用MBD技术需要克服以下挑战[3]：

（1）文化变革：许多工程师和检验员已经深深习惯了二维图纸。

（2）培训需求：用户必须熟练掌握如何解读和使用包含PMI信息的3D模型。此外，还需要为主要习惯于纸质图纸的员工建立在生产环境中使用平板电脑显示MBD模型的习惯。

（3）数据互操作性：即使采用中性格式，要确保PMI在不同的平台上一致显示，也需要遵守标准。

4.3 系统集成与互操作性问题

   在工业4.0的实现中，最常见的问题是系统互操作性的缺乏，即执行必要功能的系统之间无法有效通信[13]。数据可访问性的不足、数据孤岛、不同数据格式间的互操作性缺失的现象仍普遍存在，严重限制了制造企业对数据的有效利用和价值挖掘[13]。

4.4 国产化软件替代挑战

   当前，MBD技术主要依赖于国外商用CAD软件。虽然国内企业如创紫集团正在开发Ganzlab等国产化工业软件，目标是打破国外数值计算软件的垄断[6]，但要实现完全的国产化替代仍需要时间和持续投入。

5. 未来趋势与发展建议

5.1 技术发展趋势

（1）MBD与数字孪生技术融合

   数字孪生技术作为推动数字化转型与智能系统演进的关键支撑，正在与MBD技术深度融合[12]。研究表明，"物-人-场"交互视域下的数字孪生技术正演化为一个动态开放、智能协同的虚实融合体系[12]。

（2）云化与平台化发展

   工业软件的上云是大势所趋，需要重新定义工业软件的开发模式和商业模式，并进一步赋能工业新范式（例如云工厂）的形成，培育全新的数字工业生态[10]。

（3）AI与MBD技术结合

   随着人工智能、物联网、5G、云计算与边缘计算的协同发展，MBD技术有望实现从"静态建模"到"动态交互"、从"单向映射"到"自主进化"的实质性突破[12]。

（4）标准化与国际化

   QIF等质量信息框架标准的国际化发展，将进一步推动MBD技术在全球制造业中的标准化应用[13]。

5.2 发展建议

（1）加强顶层设计与政策引导

   建议政府部门进一步完善MBD技术推广应用的政策体系，将MBD技术纳入智能制造标准体系建设，加大对MBD技术研发和应用示范项目的支持力度。

（2）推进国产化软件研发

   加快推进MBD相关国产化工业软件的研发，支持企业开发具有自主知识产权的三维CAD/CAM/CAE软件，降低对国外软件的依赖。

（3）完善标准体系建设

   加快MBD技术相关国家标准和行业标准的制定，积极参与国际标准化活动，提升中国在MBD技术标准领域的话语权。

（4）加强人才培养

   建立MBD技术人才培养体系，加强产学研合作，推动高校和职业院校开设相关课程，培养既懂传统制造又熟悉数字化技术的复合型人才。

（5）促进产业链协同

   推动MBD技术在产业链上下游企业间的协同应用，建立统一的数据交换标准和接口

规范，实现设计、制造、检测等环节的无缝衔接。

6．结论

MBD技术作为数字化制造的核心技术之一，在中国制造业转型升级中发挥着越来越重要的作用。本报告通过对相关文献的系统分析，得出以下主要结论：

（1）MBD技术在中国已进入快速发展阶段，在航空制造、汽车工业、轨道交通等领域取得了显著应用成果，为企业提质增效、缩短研发周期提供了有力支撑。

（2）国家智能制造战略和工业互联网政策为MBD技术发展提供了良好的政策环境，企业数字化转型需求为MBD技术应用创造了广阔市场空间。

（3）MBD技术在实际应用中仍面临技术与流程脱钩、人才短缺、系统互操作性不足等挑战，需要政府、企业、科研机构协同努力加以解决。

（4）展望未来，MBD技术将与数字孪生、人工智能、云计算等新兴技术深度融合，向云化、智能化、标准化方向发展，在中国制造业高质量发展中发挥更加关键的作用。

   总之，MBD技术是实现智能制造的基础和前提，全面推广应用MBD技术是中国制造业通向智能制造的必由之路[9]。面对新一轮科技革命和产业变革，中国应把握机遇、直面挑战，加快推进MBD技术的研发应用，为建设制造强国提供坚实的技术支撑。

参考文献

[1] 胡朝阳, 刘家任, 路宽, 朱乐, 左文宝. MBD技术发展及在航空制造领域的应用[J]. 机械与电子控制工程, 2021.

[2] 刘巍. MBD技术在制造企业中的应用[J]. 数字化企业, 2020.

[3] Armin Brüning. 三维CAD中的基于模型的定义：进展、方法和质量影响[J]. CoreTechnologie GmbH, 2025.

[4] 徐萌, 李凯旋, 付浩, 杨洪召, 王瑞强. 工艺装备MBD模型在智能制造中的应用探析[J]. 机械工业应用, 第32期, 2024.

[5] 曾昭龙, 郑耀凯, 张毅. MBD技术在汽车尺寸工程数字化虚拟匹配中的运用[J]. 汽车与新动力, 第11期, 2024. DOI: 10.16173/j.cnki.ame.2024.11.008.

[6] 彭思维. 基于MBD的应用层软件开发解决方案[J]. 第六届软件定义汽车论坛暨AUTOSAR中国日, 2025.

[7] 中车株洲电力机车研究所. 轨道交通车辆制动管路的MBD一体化研发技术[J]. 铁道技术, 2023.

[8] 中国电子信息产业发展研究院. 工业互联网平台赋能制造业数字化转型方法论[J]. 工业互联网研究报告, 2020.

[9] 唐堂, 滕琳, 吴杰, 陈明. 全面实现数字化是通向智能制造的必由之路——解读《智能制造之路:数字化工厂》[J]. 中国机械工程, 第29卷第3期, 2018.

[10] 华为, 中国信通院, 罗兰贝格. 工业数字化/智能化2030白皮书[J]. 白皮书, 2024.

[11] 中国互联网协会数字孪生技术应用工作委员会. 数字孪生城市技术应用典型实践案例汇编(2024年)[J]. 案例汇编, 2025.

[12] 游佳莉, 邓佳文, 焦子韵, 罗阿理, 宋轶晗, 邱波, 任福继. 物-人-场交互视域下的数字孪生技术研究进展[J]. 科技导报, 第43卷第20期, 2025. DOI: 10.3981/j.issn.1000-7857.2025.04.00057.

[13] 楚峻溢, 张祥春, 任占勇, 曾照洋, 彭文胜, 王四宝. 质量信息框架在制造业的应用与研究[J]. 制造技术与机床, 第6期, 2025. DOI: 10.19287/j.mtmt.1005-2402.2025.06.011.

[14] 麦肯锡. 汽车软件研究报告[J]. 行业研究报告, 2024.

附录

主要缩略语：

   MBD    - Model-Based Definition（基于模型的定义）

   PMI    - Product Manufacturing Information（产品制造信息）

   PLM    - Product Lifecycle Management（产品全生命周期管理）

   CAD    - Computer-Aided Design（计算机辅助设计）

   CAM    - Computer-Aided Manufacturing（计算机辅助制造）

   PDM    - Product Data Management（产品数据管理）

   QIF    - Quality Information Framework（质量信息框架）

   GD&T   - Geometric Dimensioning and Tolerancing（几何尺寸和公差）

   CPS    - Cyber-Physical Systems（信息物理系统）

   DTS    - Dimensional Technical Specification（尺寸技术规范）
————————————————
原文链接：https://blog.csdn.net/Fairy_Zhang001/article/details/155785341?spm=1011.2415.3001.5331