面向飞机全生命周期的MBD数据管理解决方案探讨

    基于模型的定义(ModelBased Definition，MBD)技术的应用将工程技术人员从百年来的二维文化中解放出来，给飞机的研制手段和研制过程带来了革命性的变化。通过在三维模型上定义完整的产品定义信息，替换过去依靠二维图样飞机定义方式，使得设计、工艺、工装等参与飞机研制的人员能够在直观，且语义信息丰富的三维可视化环境下进行并行研制和沟通交流，有助于促进飞机研制周期的缩短和产品质量的提高。

挑战和需求

    但是MBD技术的应用给飞机研制带来重大便利的同时，也给产品数据有效组织和管理带来了前所未有的挑战。MBD以三维模型作为唯一的产品定义依据，三维模型必须以电子化形式存在，意味着采购、制造、检验等过去基于纸质数据就能够进行工作的业务环节必须转变到基于电子数据的工作方式。有别于二维图样的相对独立性，三维模型相互之间的依存度高，许多三维模型尤其是装配模型需要获取到其他关联模型(例如装配件其下的子件三维模型)以后才能打开查看，因此三维模型之间的关联关系必须在信息系统中得到完整记录和管理。在MBD技术应用过程中，往往需要充分利用三维模型所具备的表现力，向不同用户提供基于飞机专业、区段、架次、设计方案等多种配置形式的MBD数据展现。此外，在无法通过纸质文件归档的情况下，如何实现三维模型长久周期(例如20～30年周期)的电子存档，也是采用MBD技术以后航空企业不得不面临的挑战。

    根据PTC在航空行业MBD数据管理相关项目实施经验以及国际先进航空在MBD数据管理方面的成功实践，总结出面向飞机全生命周期的MBD数据管理需求主要体现在以下4个方面：

    (1)数据可视化：采用MBD技术以后，描述产品定义信息的三维模型必须以电子形式存在，需要使飞机全生命周期过程中不同角色人员方便查看浏览到电子化的MBD模型，但他们又难以全部采用昂贵且使用复杂的原始CAD工具进行查看。因此需通过信息系统将CAD工具生成的原始MBD模型自动转换成轻量级的可视化中性格式，在可视化格式文件中不但需要包括几何实体信息，还需包括原始MBD模型中定义的PMI(Product Manufacturing Information，产品制造信息)，这样用户在普通的计算机上通过信息系统提供的可视化工具即可查看到准确有效的MBD模型，不需要依赖原始的CAD工具。此外，考虑到飞机研制过程中产生的MBD模型数据量十分庞大，信息系统提供的可视化工具还应支持超大规模由MBD模型组成的数字样机(Digital Mock up，DMU)的查看浏览。在MBD模型可查看浏览的基础上，还需充分利用三维模型所具备的表现力，基于信息系统提供直观的三维可视化看板，便于相关人员直观了解到飞机研制状况。

    (2)过程可记录：过程可记录体现在2个方面：一方面，在应用MBD技术开展飞机的研制过程中，研制过程中总体设计协调各轮次、不同设计方案、研制阶段各里程碑、不同飞机架次等对应的MBD模型状态能够方便在信息系统中记录，便于以后的追溯；另一方面，不同业务环节在基于设计MBD模型开展工作过程中，将产生大量与设计MBD模型关联的数据，这些数据需要方便进人到信息系统中进行统一存储和控制，并建立数据之间错综复杂的关联关系。

    (3)结果可配置：在对MBD相关过程信息进行完整记录的基础上，用户能够在信息系统中根据飞机架次、设计方案、研制阶段、空间位置等配置条件方便过滤出由MBD模型组成的所需DMU，满足设计、制造、客户服务等飞机全生命周期过程中不同角色的需要。

    (4)信息可重用：MBD模型中定义的非几何信息、重量重心、关键检验特性等信息应能自动纳入到信息系统中进行结构化管理，避免用户的重复录入和由于人为失误而带来的数据不一致情况发生。

    PTC公司的Windchill软件在国内外航空企业中得到了广泛的应用。作为全球领先的企业级PLM(Product Lifecycle Managment)解决方案，Windchill提供了丰富的MBD数据管理能力，帮助航空企业有效应对应用MBD技术以后带来的挑战。下面将基于Windchill软件探讨面向飞机全生命周期的MBD数据管理的解决方案。

总体框架

    基于Windchill对飞机研制过程中产生的MBD数据进行统一的存储和管理，并对其动态变化过程进行严格控制，从而使得飞机全生命周期过程中各个角色人员能够从Windchill获取到准确有效的MBD数据，作为其开展工作的基础和依据。基于Windchill的MBD数据管理总体架构如图1所示。

图1 基于Windchil的MBD数据管理总体框架

    图1的总体架构分为3个层次：

    (1)MBD数据产生层：该层主要是指生成MBD三维模型的CAD工具或VPD(Virtual Product Development，虚拟产品开发)工具，windchill提供与这些工具的良好集成接口，使得这些工具产生MBD数据能够方便进入到Windchill中进行管理和控制。以CATIA V5为例，Windchill提供了与CATIA V5的商品化集成接口Workgroup Manager for CATIA V5，通过该集成接口，能够实现MBD三维模型的检入/检出、修订、非几何参数信息与Windchill中零组件对象的双向属性映射、MBD模型结构与Windehill产品结构的双向映射、模型关联管理。

    (2)MBD数据管理控制层：MBD数据进入到Windchill系统以后，将利用Windchill强大的数据管理、工作流程管理、构型管理等能力对其进行严格控制，确保MBD数据的有效性、一致性、完整性和可追溯性，并通过Windchill作为统一的数据源头向各业务环节提供准确有效的MBD数据。在该层中，将构建MBD数据管理的核心能力——基于配置的DMU(Configured DMU，cDMU)管理能力，使得用户能够基于各种配置条件过滤出所需要的MBD模型，并组成相应的DMU进行查看浏览。

    (3)MBD数据使用层：设计、工艺、工装、检验、客户服务等飞机全生命周期中不同角色人员可利用CATIA V5等CAD工具，从Windchill中获取到所需的MBD数据进行使用，也可通过DELMIA等工具从Windchill中获取相应的MBD数据进行仿真验证和初步工艺规划，还可利用ProductView等可视化工具从Windchill中对MBD数据进行可视化查看浏览，或进行详细工艺规划和设计。基于MBD数据进行工艺规划和设计等工作的结果还将保存到Windchill中进行统一管理。利用eDMU管理能力，Windchill还能基于各种配置条件(例如飞机架次、专业、区段等)过滤出由相应MBD模型组成的DMU，传递给各种应用工具进行使用。