e-works数字化企业网  »  文章频道  »  产品创新数字化(PLM)  »  CAD

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。

    装备制造行业的产品研制有4个关键的阶段:方案论证、工程研制、批产交付和服务保障。方案论证包含两个阶段:一是需求分析、概念设计;二是总体的方案设计等。工程研制是指产品总体方案冻结后的产品研发阶段,接着便可进入到生产阶段和服务保障阶段。这4个阶段关注的内容是不一样的,因此指导方法和管理手段完全不同,但是在系统工程思想的指导下,可以把这4个阶段统筹考虑。

飞机设计技术的发展

    飞机设计经历了从二维图板绘制图纸,到计算机绘制二维图纸,到三维数字化样机设计,再到全三维样机设计的演变过程。二维图研制模式主要是基于图纸的产品研发模式,没有实现产品数据的充分共享和再利用、数据的关联管理、电子化审签、技术状态精细化管理等,更谈不上报表的自动生成和自动传递。因此,基于三维数字化样机的产品研发模式是产品研发的必由之路。

(1)基于三维模型的协同设计。

    基于三维CAD软件进行数字样机(Digital Mock-up,DMU)的协同设计,解决了大量分析、仿真、计算、工艺、装配问题,并基于DMU生成二维工程图。该模式基于产品结构进行产品数据的关联管理,实现电子化审签和变更管理。由于在三维模型上表达不了用于工艺、制造和检测的全面信息,仍然将二维图纸作为制造依据。由于设计数据实现了集中统一管理,可以有效完成数据共享和再利用;而且有了数字化样机,可以基于集成产品协同研发团队(IPT)开展协同产品研发,这是飞机设计技术的一次飞跃,是以三维数字化样机为核心的产品研发模式,已经解决了大量力学和几何问题,实现了并行协同产品研发。

    波音777飞机作为世界上第一个采用全数字化定义技术的大型工程项目,成为20世纪90年代制造业应用信息技术的标志性进展。在协同工作的环境与系统中消除了12000处干涉问题,设计更改和返工率减少50%以上,费用下降30%~60%,并使分布在60多个国家的飞机零件供应商能方便地通过网络数据库实时存取零件信息。

(2)全三维样机设计。

    全三维样机设计技术在数字化协同产品研发平台上,实现全三维样机协同设计和管理、基于产品结构的数据关联管理、基于三维模型的工艺设计和管理、基于三维模型的电子化审签和变更管理以及技术状态的统一管理和控制;实现了基于三维模型的一体化产品研制,取消了二维图;实现了技术状态的精细化管理和控制;实现了数据的共享和再利用;实现了并行协同产品研发。

    以波音787为代表的新型客机研制过程中,全面采用MBD技术,将三维产品制造信息与三维设计信息共同定义到产品的三维模型中,摒弃二维工程图样,将MBD模型作为制造的唯一依据。伴随着国外飞机在国内转包生产,MBD技术逐渐进入国内航空企业,各主机厂所也开始了MBD技术体系的不断探索,并致力于将MBD三维模型作为制造的唯一依据。

先进飞机设计关键技术分析

1 基于全局构型管理的DMU设计

(1)完整DMU设计和管理。

    完整DMU包含:产品结构+三维CAD模型+轻量化三维模型+模型属性信息+数据受控。为了实现产品全研制周期的无图化产品研发,需要定义完整的DMU,并将数字化样机应用于产品研制的各个环节,实现基于三维模型的一体化产品研发。DMU的数据源头是MBD模型,在PDM系统实施中,将对MBD模型进行有效管理。

    为了确保工艺、工装、检验等部门能够有效利用设计环节发放正确的三维MBD模型,重要的一点是需要在PDM实现基于配置的CDMU(Configured DMU,CDMU)管理,在给出一定的配置条件时,能够过滤出不同几何位置、不同架次等形式的DMU,展开多种方式的协调工作,例如设计与制造之间的接口协调,制造与制造之间的交付状态协调。

    针对配置好的MBD模型,确定型号的工艺分离面,定义装配工位、段位等,接收到设计数据以后还需要进行厂际交付状态确定等工艺规划工作。在PDM系统实施过程中,将利用PDM系统强大的基于可配置的数字样机管理能力,提供3D可视化、可交互环境下的工艺规划能力。

(2)基于模型的产品配置设计和管理。

    为实现对历史数据重用,需要对历史模型和设计规则、逻辑规则进行重用,最终实现可配置的产品。基于模型的产品配置是把具有模块化体系结构的产品,基于设计平台定义可创建、可配置、可验证的产品,通过创建可重复使用的产品模块,以及定义它们如何接合和装配,设计师即可快速创建和验证客户定制的任何产品。从产品研制模式的演变过程(图1)来看,基于模型的产品配置是满足个性化需求和快速配置的最佳方案,可实现以业务为驱动力的结构化产品选配,最终实现基于管理平台的企业级自顶向下研制过程。

图1 产品研制模式的演变

图1 产品研制模式的演变

责任编辑:屈婷婷
本文来源于互联网,e-works本着传播知识、有益学习和研究的目的进行的转载,为网友免费提供,并以尽力标明作者与出处,如有著作权人或出版方提出异议,本站将立即删除。如果您对文章转载有任何疑问请告之我们,以便我们及时纠正。联系方式:editor@e-works.net.cn tel:027-87592219/20/21。
e-works
官方微信
掌上
信息化
编辑推荐
新闻推荐
博客推荐
视频推荐