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MBD三维数模在飞机制造过程中的应用

2018/6/18    来源:互联网    作者:佚名      
关键字:MBD  三维数模  飞机制造  
随着数字化设计与制造技术在航空制造业的广泛应用,特别是三维CAD技术的日益普及,飞机研制模式正在发生根本性变化,传统的以数字量为主、模拟量为辅的协调工作法开始被全数字量传递的协调工作法代替,三维数模已经取代二维图纸, 成为新机研制的唯一制造依据。

    在枭龙飞机和ARJ21飞机机头的制造过程中,中航工业成飞公司结合数字化制造技术的发展方向,传统的以数字量为主、模拟量为辅的协调工作法开始被全数字量传递的协调工作法代替,并取得了一些阶段性成果。但是,与国外发达航空企业相比,仍然存在很大的差距,主要表现在三维数模并没有贯穿于整个飞机数字化制造过程中,基于MBD(Model-Based Design)技术的产品定义工作尚处于探索阶段,以MBD为核心的数字化工艺设计和产品制造模式尚不成熟,MBD的设计、制造和管理规范还有待完善,三维数字化设计制造一体化集成应用体系尚未贯通。因此,为了缩短飞机研制周期,提高飞机研制质量,有必要以三维数模为载体,借鉴国外发达航空制造企业MBD技术的成功应用经验,结合飞机数字化制造流程,开展适合于我国国情的飞机三维数字化设计制造技术应用研究。

MBD内涵

    美国机械工程师协会于1997年在波音公司的协助下开始了有关MBD标准的研究和制定工作,并于2003年使之成为美国国家标准。MBD的主导思想不只是简单地将二维图纸的信息反映到三维数据中,而是充分利用三维模型所具备的表现力,去探索便于用户理解且更具效率的设计信息表达方式。它用集成的三维数模完整地表达了产品定义信息的方法,详细规定了三维数模中产品尺寸、公差的标注规则和工艺信息的表达方法。MBD改变了传统用三维数模描述几何形状信息的方法,而用二维工程图纸来定义尺寸、公差和工艺信息的分步产品数字化定义方法。同时,MBD使三维数模作为生产制造过程中的唯一依据,改变了传统以工程图纸为主、以三维实体模型数模为辅的制造方法。

    基于MBD的三维数模通过图形和文字表达的方式,直接或间接地揭示了一个物料(BOM)项的物理和功能需求。MBD模型分为零件与装配模型,零件模型由以简单几何元素构成的、用图形方式表达的几何信息和以文字表达的属性、注释等非几何信息组成。属性数据表达了产品的原材料规范、分析数据、测试需求等产品内置信息;而注释数据包含了产品尺寸与公差范围、制造工艺和精度要求等生产必需的工艺约束信息。装配模型则由一系列MBD零件模型组成的装配零件列表加上以文字表达的属性和注释数据组成。

国外发达航空企业MBD技术的应用现状

    近10余年,随着飞机制造技术的发展,以波音、洛·马和空客公司为代表的飞机制造业在数字化技术应用领域取得了巨大的成功。波音公司在以波音787为代表的新型客机研制过程中,全面采用了MBD技术,将三维产品制造信息(Product Manufacturing Information,PMI)与三维设计信息共同定义到产品的三维数模型中,摒弃二维图样,直接使用三维标注模型作为制造依据,使工程技术人员从百年来的二维文化中解放出来,实现了产品设计(含工艺设计)、工装设计、零件加工、部件装配、零部件检测检验的高度集成、协同和融合,建立了三维数字化设计制造一体化集成应用体系,开创了飞机数字化设计制造的崭新模式,确保了波音787客机的研制周期和质量。

基于MBD的数字化制造流程

    飞机的研制必须经历产品设计、工艺设计、工装设计、产品制造和检验检测等5个主要环节,并在产品制造和检验检测环节中,由三维设计数模分别派生出三维工艺数模和检验数模。

    在工艺设计过程中,工艺部门依据设计部门按基线预发放的三维设计数模进行工艺分析,并向设计部门反馈工艺审查意见;依据设计部门正式发放的EBOM(产品设计结构)和三维设计数模,建立PBOM(产品工艺结构),制定装配工艺协调方案,划分工艺分离面,进行全机装配工艺仿真,最终形成经过装配仿真验证的MBOM(产品制造结构)顶层结构,发放到下游的工装设计、专业制造和检验检测等部门。

    在工装设计过程中,工装设计制造部门依据产品制造部门提出的工装订货单、三维工艺数模、产品制造工艺方案和设计部门的三维产品设计数模进行工装设计;依据三维工装设计数模进行TO的编制,装配工装的装配仿真和工装NC程序的编制,最终完成工装的制造和自检。

    在产品制造过程中,产品制造部门依据设计部门正式发放的EBOM和三维设计数模、工艺部门的PBOM建立三维工艺数模,进行零件的材料属性仿真和部件几何仿真,编制AO(装配大纲)和FO(制造大纲),编制NC程序,最终完成零件的加工、部件的装配以及自检。

    在产品检验检测过程中,检验检测部门依据设计部门正式发放的EBOM、三维设计数模,三维工装设计数模编制检测计划,计算测量数据,完成零部件和工装的检测。

基于MBD的数字化制造流程

图1 基于MBD的数字化制造流程

责任编辑:程玥
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