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关于MBD技术在我国航空制造企业应用的几点思考

2016/6/13    来源:互联网    作者:贾晓亮      
关键字:三维模型  MBD技术  产品设计  
建立适应我国航空制造企业的MBD技术应用推广路线和技术体系,使得MBD数字化模型贯穿于整个产品生命周期的数字化制造过程中,建立基于MBD模型的数字化设计制造一体化集成应用体系,达到无图纸、无纸质工作指令的三维数字化集成制造,是缩短产品研制周期,提高产品质量,保证产品研制节点的迫切需求。

    航空复杂产品在产品设计上具有产品结构复杂、设计更改频繁、零部件数量庞大、材料种类繁多等特点;在产品制造上具有工艺专业种类多、加工/装配工艺复杂、制造流程长、零部件配套关系复杂等特点;在管理上具有工程更改频繁、供应链复杂、协作协同复杂、产品质量要求高、按架次管理等特点,并且航空复杂产品在其产品生命周期涉及到多产品、多企业、多部门、多业务之间的复杂协作。随着市场竞争的加剧和全球化,航空复杂产品制造企业在不断缩短制造周期和提高资源利用率的同时,更加趋向于设计、工艺与制造过程以及整个供应链的紧密协同。

图1 MBD相关技术演变分析

图1 MBD相关技术演变分析

    MBD(Model Based Definition)技术,即基于模型定义,是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法,在三维实体模型中包含产品尺寸、公差等的制造信息定义和表达。MBD使三维实体模型作为生产制造过程中的唯一依据,改变了传统以二维工程图纸为主,而以三维实体模型为辅的制造方法。目前MBD技术在空客公司和波音公司已经得到实际全面应用和推广。实际上,美国机械工程师协会早在1997年就在波音公司的协助下开始有关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(ASME Y14.41-2003),随后CAD软件公司把此标准设计到工程软件中。波音公司在2004年开始在787客机的设计和制造中全面应用MBD技术。

    当前,我国航空制造业的数字化技术应用发展迅速,MBD技术的引入和工程实践也已开展多年,并且三维数字化设计和MBD技术在产品设计中已得到了成功深入的应用,这对下游的航空制造企业提出了新的迫切要求。建立适应我国航空制造企业的MBD技术应用推广路线和技术体系,使得MBD数字化模型贯穿于整个产品生命周期的数字化制造过程中,建立基于MBD模型的数字化设计制造一体化集成应用体系,达到无图纸、无纸质工作指令的三维数字化集成制造,是缩短产品研制周期,提高产品质量,保证产品研制节点的迫切需求。

一、MBD技术相关思考

    MBD技术是将产品的所有相关设计、工艺、制造属性以及管理等信息附着在产品三维模型中的产品数字化定义方法。MBD要求将产品设计授权由二维工程图纸转变为完全基于MBD模型的工作方式,从技术角度讲希望在产品研制生命周期中不再使用任何二维工程图,这将使得数字化技术在制造中的应用真正向无纸化制造的目标逼近。实际上,在MBD技术的发展中,核心思想并不只是将二维图纸的所有信息反映到三维模型中,而是要充分利用三维模型的产品定义特点,去挖掘更加方便设计、工艺和制造人员理解的更加高效率的产品定义方法和模式。目前,单纯从三维标注技术本身而言基本可以满足MBD标注的需求,MBD数据集完全可以包含原先二维图纸的信息,关键问题在于在MBD模型的基础上如何面向产品研制生命周期的所有使用人员开展并满足其使用更加方便、直观、便于理解、更有效率的产品设计信息表达方法研究,同时使得MBD模型在设计、工艺、生产、检验和维护等环节中保持一致性和可追踪性,这并不能完全照搬二维工程图的方法体系。因此,MBD技术的应用不仅仅是在产品设计中的应用,而需要贯穿产品研制生命周期和整个供应链,其目标是建立一个面向产品PLM协同研制的基于MBD模型的数字化技术体系,通过网络组成虚拟的协同工作团队,建立基于MBD模型的单一产品数据源的分布式、动态协同工作环境,用于支撑整个供应链的相关设计、制造单位(部门)的高效协同工作,对产品研制数据和业务流程进行统一存储、组织、管理和控制,确保产品研制数据的一致性、有效性、安全性、完整性和可追溯性。针对我国航空制造企业,本文将从MBD技术与三维CAD软件、二维工程图、无纸化制造、产品数据管理和3D-PLM 5个方面进行分析,如图1所示。

1 MBD技术与三维CAD软件

    三维CAD软件在航空工业的应用具有悠久的历史,目前国际主流的高端三维CAD软件的应用需求产生和发展部分直接来源于航空工业。笔者认为MBD技术的应用是在三维实体模型技术的应用基础上发展的,实际上只要有产品三维实体模型就可以开展数字样机、工艺仿真和制造仿真等工作,MBD模型的应用优势在于设计、工艺、制造属性以及管理信息的集成定义与管理。目前,主流三维CAD软件从几何建模等功能角度而言已经非常成熟,但是在对MBD理念的支撑上,目前应该说仍处于发展进程中。MBD技术和理念的全面实施对于产品设计及制造工程体系和工作模式将产生重大的影响。目前三维CAD软件虽然依据相关的标准实现了三维标注等功能,虽然可以将以往二维工程图的所有信息反映到三维MBD模型中,但在三维模型的基础上如何开展更加方便、直观、便于理解、更有效率的设计表达方式,需要深入研究三维标注内容的自动智能生成/显示与管理、MBD模型的自动视图显示优化、自动特征视图捕获创建与管理、MBD模型的自动检测等。这需要长时间在工程实践中去反复探索、发展、适应、优化和完善,而不是短时间就可以解决的事情。

责任编辑:屈婷婷
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