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MBE发展动态及标准体系研究

2016/6/30    来源:互联网    作者:赵亮  张岩涛  吕翔  陶剑      
关键字:基于模型的企业  标准  体系  
介绍了基于模型的企业(MBE)技术的演变过程及最新发展动态,结合世界航空工业发展的新趋势和新方向,归纳了基于模型的企业的主要特征,在对特征进行分析中,提出了可支撑基于模型的企业模式的标准体系。

    数字化产品定义是对产品的功能特性和物理特性进行数字化描述的过程,是实现产品表达、信息共享和业务协同的基础;可以说不同的产品定义方法决定了其产品的研制模式,也集中体现了产品数字化研制的核心能力。自工业化生产以来,产品定义已经从完全基于图纸发展到完全基于模型的定义阶段。基于模型的研制技术是近年来发展起来的先进数字化产品定义技术,以设计模型为基础,通过标注和属性等方式描述尺寸、公差和技术要求等信息,形成完整全面的产品定义数据集,用于产品的全生命周期使用及管理。

    鉴于基于模型的研制技术的优势,波音公司已率先在波音787、CH-47直升机和某型自动武器(Bushmaster)的研制过程中大规模的采用了基于模型的定义技术,并已建立起较为完善的基于模型的协同研制体系和质量管理体系,推行以产品定义模型作为协同设计和全球制造的唯一的授权方式,完全抛弃了2D工程图样。洛克希德?马丁、HEROUX DEVTEK等公司也已开展基于模型定义的应用,实践证明基于模型的授权方式更加适合协同设计和全球制造环境。

    随着全三维产品数字化定义模型的普及和应用,航空产品的研制发生了根本的变化,研制单位逐步向着基于模型的企业(Model Based Enterprise,MBE)研制模式开始转变。

1 全三维模型作为设计依据

    自大规模工业化生产以来,产品定义完成了向基于全三维模型定义的转变,率先以基于模型的定义(Model Based Definition,MBD)技术实现了产品设计的全三维数字化定义(见图1),原有的产品定义以“3D模型+2D工程图样”为核心,使用3D模型描述产品的详细形状,使用2D工程图样描述公差和技术要求。两者之间存在关联关系并协调使用,使用3D模型作为协调手段,2D工程图样用于指导工艺、制造和检验应用;而目前转变成为以“基于模型的定义”为核心,在3D模型中集成尺寸、公差、技术条件等标注,提供全面的产品定义,彻底取消2D工程图样,使3D模型作为协同设计、制造和检验的唯一授权数据。

图1 产品授权依据的演变

图1 产品授权依据的演变

2 MBD模型作为下游信息传递的载体

    航空产品的研制以产品设计为源头,向下游扩展到产品的制造、检验、使用和维护,基于模型的制造和检验使用全三维的MBD模型创建工艺过程,直接提取MBD模型中的相关工艺信息,制定产品的工艺规程,并进行对应的生产准备,如图2所示。制造和检验阶段不止重用MBD模型中的几何表达,同时也重用其注释信息及属性信息,正因为如此基于模型的制造彻底改变了传统的手工创建产品工艺过程定义的方式,使设计冻结之后就可直接开始诸如数控NC程序、3D动态作业指导书等工艺设计,重用MBD模型中的相关工艺信息定义,提前确定产品所需的制造工艺,同时也使制造和检验环节产生的反馈迅速传递给设计部门。

图2 MBD模型信息传递过程

图2 MBD模型信息传递过程

    实践表明,以“基于模型的定义”作为授权数据集可加快产品开发过程,无需检查3D模型和2D工程图样的协调关系,减少与下游用户沟通所需的时间,减少为车间解读图纸所需的时间,大大降低了设计人员的工作量(最高可达60%),显著减少工程更改(最高可达50%)。并在IPT之间自动实现数据共享,使3D模型在设计、制造、装配、检验等过程积累知识并提高其重用性。下面是以带有多个构型的某航空复杂结构件为例,其3D模型与2D工程图样两种方式的数据对比,如表1所示。

表1 某航空复杂结构件3D模型和2D工程图样对比

表1 某航空复杂结构件3D模型和2D工程图样对比

3 基于模型的企业(MBE)的兴起

    世界航空工业正在全球范围内形成设计、生产与市场的全球化,在此过程中数字化技术的应用起到了重要作用,特别体现在美国波音公司的B777、B787飞机和欧洲空客公司的A380飞机的研制及其竞争上。总结波音、空客等飞机制造企业在数字化技术应用方面取得的成果和突破,主要体现在以下几个方面:

    基于数字化模型的单一的数据源管理;

    基于三维模型的产品全生命周期管理;

    多企业、多学科联合并行协同的工作模式;

    以模型为依据的模块化的构型管理;

    基于模型授权实现的全球化供应链管理

责任编辑:屈婷婷
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