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三维模型定义(MBD)成功案例

2017/10/6    来源:互联网    作者:吴军      
关键字:三维模型  
湾流(Gulfstream)实施三维模型定义比较彻底,成效显著,处于世界前沿水平,而且难能可贵的让三维模型定义流程获得了美国联邦航空管理局的认证。希望对我国制造企业同仁有所启发。

    一、引言

    2015 年的三维模型定义系列文章分享了通用电气和美国海军的成功案例,之后总结了实施经验“十要和十不要”。本文将继续介绍另外一家世界著名公司“湾流(Gulfstream)”的成功经验。主要内容来源于Dan Ganser,湾流公司产品生命周期管理(Product Lifecycle Management,PLM)系统科学家,在2015 年航空和国防工业PLM 发展蓝图大会上面的发言。

    湾流(Gulfstream)实施三维模型定义有两个突出特点。

    (1)收效显著。湾流(Gulfstream)率先实现了航空工业长久以来的一个梦想:完全数字化的三维飞机模型定义系统,并且通过了美国联邦航空管理局(Federal AviationAdministration,FAA)认证。2007 年G650 机型开始全部采用三维模型定义设计,之后在G500 和G600 型号中大量重用,而且实现了这两个机型的并行设计,节省了大量时间和经费。

    (2)实施彻底。整个公司配备了近万套高端CAD 系统,包括工厂车间。车间工人直接使用统一的高端CAD 系统(而不是中间格式或阅读软件)读取关键制造信息,必要的时候可以查询丰富的建模信息。这扩展了车间工人职责,使得三维标注大量简化。除了内部广泛使用CAD 系统,公司还要求所有供应商必须使用同样的CAD 系统和版本。

    二、湾流(Gulfstream)公司简介

    湾流(Gulfstream)公司成立于1958 年,一直致力于商务和私人飞机的设计、制造和服务,业务集中于机体结构、总体集成和内部装饰。公司以为客户提供极致的飞行体验,减少时差影响为使命。2015 年主要机型如图1 所示,典型机舱如图2所示。总部设在美国佐治亚(Georgia)州。现有员工1万5千多人。图3总结了6个北美制造基地。

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    图1 湾流(Gulfstream)2015 年主要机型

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    图2 湾流(Gulfstream)典型机舱

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    图3 湾流(Gulfstream)6 个北美制造基地

    三、三维模型定义的实施过程和效果

    湾流(Gulfstream)公司从2003 年开始计划实施三维模型定义,有三个主要目标:增强协同合作;提高设计重用;减少零件号数量。刚开始一个很自然的问题是从哪里下手。如上文“三维模型定义实施十要和十不要- 流程篇”建议的,初期实施不必求全责备,只需要在整个制造流程中选好一个突破口,从而步步为营,逐渐扩展。湾流(Gulfstream)选定了飞机总体集成(总成)步骤的内部装饰(内饰)设计作为试点。原因是内饰不会影响关键飞行性能,风险相对较低;主要组装成品或半成品,而无需费心于前期复杂的机加工零件和其他复杂的系统;而且零配件数量巨大(如紧固件),得以检验三维模型定义的收效。

    图1中的G450 是第一个完全采用三维模型定义来设计机舱内饰的机型,其内饰的零件号数量比二维工程图流程减少了50%(夹子和支架之类的零件减少的更多),立竿见影的实现了设计重用和减少零件号的初衷。这一成功很快就促使三维模型定义扩展到所有机型的内饰设计。2007 年,湾流(Gulfstream)开始了一项具有突破性意义的项目:把三维模型定义实施扩展到G650 机体结构设计。如果说机舱内饰还只是给飞机化妆,并未涉及根本的话,那么机体结构则是整个飞机的筋骨,牵扯到众多性命攸关的飞行性能。这也体现了湾流(Gulfstream)的胆识和对三维模型定义的信心。顺便提一句,很多其他制造企业把三维模型定义确立为关键竞争优势,甚至到了保密的程度,不愿意其他人(尤其是竞争对手)窥探到他们的三维制造流程。Dan Ganser 的发言很有借鉴意义,但也只是浮光掠影,很多重要的细节还是需要每个企业具体实践摸索。

    G650新的机体结构设计流程带来了一系列的变化,比如新的软硬件系统、新的厂房和配套的反复培训。G650 的成功不仅极大地增强了结构设计团队的信心,而且其三维机体结构模型定义在G500 和G600 中得到高度重新利用,使得这两个新机型能够并行设计,并且在2015 年同时交付试飞。值得注意的是,公司内部和外围供应链都必须使用三维模型定义。比如G650,机翼和尾部的结构设计由供应商来完成,然后与公司自身设计的其他结构进行三维集成。而G500和G600两个新机型完全由内部团队负责结构设计,因而交流和集成相对简单一些。

    三维模型定义的收效还包括保证了数据的完整性和一致性。读取数据的人不必再担心数据缺失,或者分散在很多地方,难以提取。存档实时发生,设计审核随时随地都可以通过网络进行。如图4和5所示,电气系统也采用三维模型定义,并且与机械模型结合。可以对整个飞机进行电气仿真分析,保证信号按照设计意图达到目标元器件。

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    图4 局部三维电气线路和标注

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    图5 驾驶舱三维电气线路示意

责任编辑:张纯子
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