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基于模型的技术在航空产品研制中的应用研究

发表时间:2012/11/7 陶剑 李媛姗 来源:航空制造网
基于模型的技术是通过企业中产品、信息和过程等多种模型的建立及业务链、数据链、供应链等的集成,构建统一的协同环境和建模标准,达到研制信息传递的无纸化、自动化和可视化,实现更高应用水平的系统集成和数据共享的技术。

    随着全球航空业的迅速发展,先进航空制造企业竞相建立基于模型的技术理论和应用体系来适应现代航空产品研制的动态变化过程,达到提高研制效率、质量和降低成本的目的。基于模型的技术主要包括:以共享的集成和协同环境为主的MBE(Model Based Enterprise,MBE)、以数字化设计为主的MBD(Model Based Definition,MBD)和以数字化制造为主的MBI(Model-Based Instructions,MBI)。航空产品结构复杂、研制过程严谨、数据量大,带来了三维数字化业务过程中产品数据如何定义、传递及使用等问题,这些是全生命周期业务过程能否顺利执行的根本所在。基于模型的技术作为设计、制造一体化研制的新的应用手段,在MBE中对整个企业的数字化集成和协同环境进行规划,在MBD 中对产品的工程数据进行定义,在MBI中对制造现场工作和管理的相关信息进行综合,但是如何使用基于模型的技术将产品的设计、制造和检测等离散的信息进行“数字化”处理,并通过共享的协同环境,最终生成能够指导生产现场制造、装配和检测工作的数字化作业指导书,当前国内对此过程并不清晰。本文依据波音公司基于模型技术的相关思想,对在MBE环境下,从MBD到MBI的全业务过程无缝转化,实现产品由虚拟设计向现实生产的转变,进行了深入的研究。

    基于模型的技术概述

    基于模型的技术是通过企业中产品、信息和过程等多种模型的建立及业务链、数据链、供应链等的集成,构建统一的协同环境和建模标准,达到研制信息传递的无纸化、自动化和可视化,实现更高应用水平的系统集成和数据共享的技术。

    1 基于模型的企业(MBE)

    MBE是一种制造实体,它采用建模与仿真技术对其设计、制造、产品支持的全部技术的和业务的流程进行彻底的改进、无缝的集成以及战略的管理;利用产品和过程模型来定义、执行、控制和管理企业的全部过程;并采用科学的模拟与分析工具,在产品生命周期的每一步做出最佳决策,从根本上减少产品创新、开发、制造和支持的时间和成本。对于MBE 的定义有很多种,如:被美国称为“下一代制造技术”的MBE和美国陆军实验室提出的仅关注贯穿在产品生命周期中的MBD数字线的MBE(类似“下一代制造技术”MBE的核心内容——集成的产品实现)。MBE典型架构如图1(a)所示,它是基于多种模型的,主要包括:基于模型的工程(Model Based Engineering,MBe)、基于模型的制造(Model Based Manufacturing,MBm)、基于模型的支持(Model BasedSustainment,MBs)以及产品模型、过程模型、信息模型、网络(传输)中心,(全过程)可视化等。作为一种涉及范围广、内容多的新型结构的实体企业,MBE目前还处于研究阶段,没有成熟的评估标准。图1(b)是美国陆军实验室基于单个模型(产品模型)提出的MBE 七级成熟度状态评估标准(包括6 个方面21项指标)。

 图1 MBE的体系架构及其单一产品模型的成熟度指标

图1 MBE的体系架构及其单一产品模型的成熟度指标

    2 基于模型的定义(MBD)

    MBD是MBE中MBe(包括基于模型的设计、仿真与试验等工程研制内容)在产品设计中的实现基础,它将设计与制造信息共同定义到三维数模中,如图2所示,实现设计、工艺(装)、加工装配、检测等信息的高度集成,三维模型可直接作为下游研制工作开展的依据,开创了航空产品三维数字化研制新模式。MBD的应用离不开集成和协同环境,产品信息的表达、传递、控制和对产品信息的理解和执行,都必须借助大量信息系统和数字化工具完成,所以MBD不是一蹴而就的,波音公司MBD 应用也是在波音777~787等型号研制中逐步推进的。

 图2 MBD数字化模型

图2 MBD数字化模型

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责任编辑:卢玉琴