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MBD技术下的协同与管理“进化”

2018/7/17    来源:互联网    作者:冯潼能      
关键字:MBD技术  
MBD是产品定义方式的一次革命,从根本上改变了飞机产品研制的模式和流程,对设计与制造部门的紧密协同、共同实施提出了挑战。采用全三维数字化无图设计的MBD技术,将给航空企业的工艺、检验、零件、装配等各个部门带来全新的理念与工作模式。

    工程定义需要清晰、准确、明白和无歧义的表达,中国古代就有用物理实体模型(如故宫“样式雷”)和二维绘图法以及工程范例法(如“营造法式”)等表达工程思想,但缺乏通用、简单和标准方法,模型制作成本高昂,信息的传递和复制也相当困难。从1795年法国科学家蒙日系统的提出画法几何原理,1840年发明蓝图以来,工程师们一直使用标准二维平面工程视图来描述产品,使其成为第一代通用标准工程语言。令人惊异的是虽然数百年间,人类的工程技术发生了天翻地 覆的变化,但工程设计工具却没有发生根本性的进步。

    随着计算机的广泛应用,CAD技术越来越成为工程表达的标准方式逐渐成为第二代工程语言。随着数字化设计、制造技术的发展,基于特征表述和控制的MBD(Model Based Definition)将成为第三代工程语言,与之伴随而来的是跨地域、多企业的全数字化协同正在贯穿整个产品的研制过程,从根本上改变了飞机产品研制的模式和流程对设计与制造部门的紧密协同、共同实施提出了挑战。由于习惯于以往由三维模型表示详细几何形状信息,由二维工程图表示制造工艺信息的工作方式,采用全三维数字化无图设计的MBD技术,将给航空企业的工艺检验、零件、装配等各个部门带来全新的理念与工作模式,一场协同设计与管理的进化正在展开。

MBD推进一体化变革

    MBD是目前波音推行的新一代产品定义方法。其核心思想是:全三维基于特征的表述方法,基于文档的过程驱动融入知识工程、过程模拟和产品标准规范等。它用一个集成的三维实体模型完整地表达产品定义信息,即将制造信息和设计信息(三维尺寸标注及各种制造信息和产品结构信息) 共同定义到产品的三维数字化模型中,从而取消二维工程图,保证设计数据的唯一性。MBD不是简单的三维标注+三维模型它不仅描述设计几何信息,而且定义了三维产品制造信息和非几何的管理信息(产品结构PMI、BOM等等),使用人员仅需一个数模即可获取全部信息,减少了对其他信息系统的过度依赖,使设计/制造厂/供应商之间的信息交换可不完全依赖信息系统的集成而保持有效连接。它通过一系列规范的方法能够更好的表达设计思想和更强的表现力,同时打破了设计制造的壁垒,其设计、制造特征能够方便的为计算机和工程人员解读,而不是传统的定义方法只能被工程人员解读,有效解决设计/制造一体化的问题。MBD具有以下特征。

    (1)基于特征的建模方法。

    不同与其他工程定义方法只关注几何定义,MBD是完全基于特征定义的,MBD的实质不是三维实体+三维标注而是特征的定义和控制,这是它与其他工程定义方法的本质区别,使它有更强地表现力,能够更真实地表现现实工程特征,更好、更准确、更容易地表达设计意图。也使得工程信息的抽取和知识的挖掘变的更为容易。

    (2)数字化信息集成。

    在MBD中,数据集以三维模型为核心集成了完整的产品数字化定义信息,MBD数据集内容包含设计、工艺、制造、检验等各部门的信息,形成单数据源,避免多源数据的信息不一致,多余等问题更适合信息的传递和应用,打破长期存在设计/制造/服务的信息壁垒。

    (3)知识工程的融合。

    长期以来知识工程仅停留在理论和研究阶段,未能有效地在企业实际应用并体现价值,其重要的原因之一是缺乏有效的知识表述工具并将其融入到设计、生产环节中。基于标准的特征表述的MBD技术可有效的描述设计、制造等工程特征,并将蕴涵与其中的知识通过标准的数字化的方式表达。

    MBD可融入工程知识、过程模拟和产品标准规范等将抽象、分散的知识更加形象和集中,使得设计、制造的过程演变为知识积累和技术创新的过程,成为企业工程知识的最佳载体。

    (4)文档驱动,信息集成统一,简化信息的传递和使用。

    MBD是基于文档驱动的集设计、制造、检验等关联过程为一体工作方式。这种方式极大简化了数据传递的复杂性,避免了对信息管理系统的过度依赖,一般情况下只需BOM表+MBD数模即可完成工作。非常适合工程环境下的使用。使其在任何应用环境都可有效使用。

对文化与体制的影响

    MBD将设计、制造、检验、管理信息溶为一体是目前被航空业普遍认同的解决数字化设计、制造的先进技术是数字化制造的关键技术之一。MBD是产品定义方式的一次革命,它以更为丰富强大的表现力和易于理解定义方式的极大的提高了产品定义的设计质量和利用效率。使设计、制造融为一体,是未来设计技术的发展方向,必将对航空制造业有着深远的影响。目前在我国航空工业新研项目中几乎全部进行了MBD技术的研究和应用,有些项目从立项开始就将MBD技术作为重点突破的关键技术,独立三维模型定义的MBD方式在某些型号中得到了试用和推广,取得了初步的应用经验,也暴露出许多问题。

    MBD的实施是一项长期、复杂而有艰巨的工作。不仅仅要解决技术问题,更主要的是要有效解决由此带来的对企业文化、管理体制、生产方式的冲突。波音公司在20世纪90年代中期提出MBD概念时,由于在技术转型期间,波音内部的某些生产流程及大量的供应商的设计、制造和检验手段还未达到MBD技术体系的要求,采取了许多容忍措施,如仍保留部分二维图为制造依据,承包商可选择使用三维或二维图纸等,以循序渐进地推动MBD技术发展。

    因此,MBD数据的特性和数据使用方法必然对现行的生产体制形成巨大的冲击。由于MBD使用数字量传递,对于使用数字化设备的生产作业如数控加工、数控测量等当然没有问题,会大幅度提高生产效率。然而,对于多工序使用数字化设备的装配、普通机加工、钣金、特种加工作业,如何在MBD环境下形成指导零件制造过程的工艺规划和工艺规程仍然是需要解决的重要问题。这些问题不仅仅是技术问题或管理问题,而是复杂的综合问题。解决它要经历漫长和艰苦的过程,需要做艰难而又细致的工作如人。MBD的研究和应用工作目前仍然处于初级阶段”,很难在短期内解决这些问题,如同任何新事物一样,这是发展的必经之路。

责任编辑:程玥
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