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先进飞机设计技术发展与展望

2016/9/22    来源:互联网    作者:宁振波  张晓梅      
关键字:基于模型的定义  骨架模型  关联设计  基于模型的系统工程  智能设计  
从飞机研发全寿命周期各个阶段研制内容和特点出发,阐述了飞机设计的发展历程和各个研发阶段中飞机设计特点,介绍了当今最先进的飞机设计技术,并展望未来发展。

2 基于5级成熟度并行协同设计

(1)产品成熟度的定义。

    根据飞机研发过程中产品数据完善程度,定义了飞机研发的5级成熟度(表1)。

表1 飞机产品研发的5级成熟度

表1 飞机产品研发的5级成熟度

(2)基于产品成熟度预发放的并行产品研发。

    设计制造并行工程的开展很大程度上要借助于成熟度预发放管理来实现,成熟度数据预发放管理的主要目的是在设计数据正式发放之前,将达到一定成熟度的设计数据发布给相关业务部门,相关业务部门的工艺、工装、采购和制造等部门能够并行地开展相关工作,同时对设计开展相应的审查工作,及早发现存在的问题,从而实现设计制造的并行工程,以加快飞机研制的进度。

3 基于骨架模型定义的在线设计

    基于骨架模型的自顶向下(Topdown)设计是保证产品质量、加快产品开发速度、实现数字化协同设计的有效手段。自顶向下设计采用先确定整体基本参数,然后用三维骨架进行整体总布置、部件总布置,最后基于骨架模型进行零部件设计和绘图的过程。通过基于骨架模型的自顶向下设计方法,设计意图的变更可以自顶向下传递,直到传递到最底层的零件和图纸,从而使产品的修改性大大提高,修改的工作量也大大降低,同时还能保证各部件设计的一致性。基于骨架模型的自顶向下设计的关键在于建立一整套适合于三维产品设计的自顶向下设计方法并采用三维骨架模型控制和协调产品设计,实现设计信息的正确传递,加快协调速度和准确度;利用自顶向下传递设计参数和约束,加速产品修改,实现快速设计迭代。

    骨架模型作为三维协同设计的核心纽带、信息交换及传递的载体,通过原有文本任务书的融入,真正实现任务书的三维化,保证流程受控,并保持与设计数据的关联、变更、协调等一致。为了建立基于骨架模型的三维任务书研发模式,需要在实际型号设计中对自顶向下的设计指导规范加以应用和掌握,同时总结出具备可操作性的三维协同设计规范,建立单位内标准,进而推广应用。

4 面向制造检验过程的MBD设计

    MBD技术是随着数字化设计与制造技术的广泛应用,在三维CAD技术、设计制造一体化技术日趋成熟的基础上发展起来的。在许多情况下三维MBD模型为技术交流和信息传递的主要方式,用于开展各种设计和验证活动。因此,基于三维模型的MBD产品研发技术将逐渐成为产品研制的主流模式。

    (1)基于模型定义的规范。建立规范的三维模型定义过程和使用流程,包括设计信息的传递、产品设计的流程、CAD工具使用的标准化。产品设计不仅仅是产品知识的体现,在CAD工具使用上也应该有标准的流程与方法。通过基于模型设计的应用制定相应的规范,包括基础标准规范、业务操作规范、设计与工艺流程规范等。

    (2)基于模型的三维标注。基于模型的三维标注是实现数字化制造的基础,它以数字化方式对产品进行准确描述。通过对三维模型的标注和分类组织管理,完整准确地表达产品零部件本身的几何属性、工艺属性、制造信息、质量检测属性以及管理属性等信息,满足制造过程各阶段对数据的需求,保证产品设计制造过程中的协调性。

    (3)基于模型的设计和检查。基于模型的三维产品设计过程中,需要考虑产品的工艺性、制造性和维护性,实现面向工艺、制造和维护的三维模型设计。针对已经完成的三维模型进行三维模型检查,包括设计审查、工艺审查、标准化审查等,确保三维模型满足设计要求、工艺要求、标准化要求和维护要求等。

    (4)基于模型的检验。在三维工程图模型上标注有检验信息,在工艺设计过程中为具体工艺指派设计模型后,可以将三维工程图上标注的检验信息导入到具体工序上,在输出工艺卡时也输出这些信息。检验人员通过浏览、剖切、测量获得三维模型的具体形状和大小,快速理解设计模型。检验人员通过浏览工艺卡获得需要检验的尺寸,参照工艺卡进行检验。

5 基于关联技术的数字样机更新设计

    关联设计技术是飞机先进设计技术之一,在新型飞机设计过程中发挥着重要作用。通过定义飞机设计总体参数及传递上下游和各专业之间接口关系的骨架模型,实现设计信息的有效传递、制约和控制,实现上下游和各专业之间的关联设计。

    飞机关联设计需要定义关联设计规范,建立关联设计环境,通过PDM系统实现关联信息的管理。

    (1)关联设计信息的定义。在三维设计过程中,通过参数化设计技术建立模型之间的相互依赖关系,将上游设计的几何特征(如点、线、面、基准、轴、坐标系等)作为驱动参数,建立模型与模型之间的驱动关系,从而实现上下游设计间的关联。关联设计的核心是基于模型划分的理论模型(也称骨架模型)和接口体系定义。接口就是下游设计参考上游设计的几何元素,把决定设计对象的具有联系的接口的集合称为设计对象的骨架,对应的数模称为骨架模型。

    (2)关联设计信息的传递。在飞机设计中,借助数字化技术,通过骨架模型建立、控制和传递这种影响关系,实现上下游设计信息的快速传递与更改驱动,实现了各个专业的自动化关联设计,保证了结构、系统布置设计数据的唯一性和一致性。骨架模型的几何元素与共享机制为数据共享和自顶向下的设计模式提供了强有力的技术支撑,也有效支持了飞机结构和系统从总体布置到零件设计、装配设计采用自顶向下的设计方式,大大提高了协同设计的效率和质量。

    关联技术使得上下游专业设计数据的协调性、一致性得到保证,关联模型的更改信息得到自动传递,并在拓扑关系不改变情况下实现零部件模型的自动更改,成为驱动多专业并行设计、实现快速设计迭代和工程更改的重要技术手段,它的采用减少了协调与迭代时间,提高了协调效率,缩短了设计周期。

责任编辑:屈婷婷
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