基于模型定义的飞机全三维设计实现技术

纵观全球飞机研制,随着信息技术和计算机技术的快速发展,国际最新的在研飞机普遍采用全三维设计技术,彻底取消二维图纸,所有零部件的三维设计作为唯一权威性的数据集,供用户的所有后续环节使用.采用全三维数字化设计方法,通过在线关联设计和并行产品定义,不仅能提高协同效率,而且能摒弃传统设计方法中大量二维图纸,提高了飞机协同设计效率,推动了飞机制造业的数字化变革.采用三维实体数字化模型进行预装配,能最大程度地减少设计错误,提高设计质量,结合设计信息和制造信息,进一步缩短飞机研制周期. 波音公司在梦幻客机787的研制过程中,要求全球合作伙伴采用基于模型定义(Model Based Definition,MBD)作为整个飞机产品制造过程中的唯一依据,即在虚拟环境中设计、构建和测试787飞机生产前的数字化制造工艺,通过生产现场的网络终端传递制造数据,实现波音787全三维研制,并最终取得了成功[1].     

基于MBD的零件数字化工艺设计技术

近年来,国内飞机研制已经由三维数模取代二维图纸,采用基于模型定义MBD(Model Based Definition)技术的产品定义模型成为新机研制的唯一制造依据.零件工艺设计也在逐渐采用计算机辅助工艺设计(CAPP)系统.但是对于飞机零件的工艺设计,二维工艺设计不能直接利用全数字化MBD模型,需要手工维护大量3D到2D转换等不增值环节,没有从根本上实现零件MBD模型到零件工艺信息模型的转变[1].     

基于模型定义和智能设备的新一代航空工厂

国际航空制造业应用数字化技术呈现出快速发展的势头,MBD技术的应用正在从设计领域往制造领域延伸,在航空工厂应用MBD技术已经成为重要的研究方向.支撑国际航空制造业快速发展的还有不断提升的硬件设备,航空工厂的自动化设备正在朝着智能化的方向发展,在三维数字制造环境中集成智能化设备,已经成为促进航空工厂从数字化走向智能化的关键. 基于模型的企业和数字制造技术 现代制造业的数字化技术应用非常迅速,美国机械工程师协会(American Society of Mechanical Engineers,ASME)在2003年提出的"基于模型定义"(Model Based Definition,MBD)采用了集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息,改变了传统的基于二维图纸和辅助文档的产品设计形式.     

基于MBD技术的三维工艺设计与现场可视化生产

基于模型定义(Model Based Definition,MBD)是一种新的产品数字化定义技术,用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息,详细规定了三维实体模型中产品定义、公差的标注规则和工艺信息的表达方法,三维实体模型成为生产制造过程中的唯一依据. 波音公司787客机采用了"基于模型的产品定义"技术,实现了产品关联设计、通过建立全球协同平台(GCE)实现了与合作伙伴协同研制,这彻底地改变了研制流程、研制方法和飞机研发模式.新飞机工程全面应用MBD技术,采用多厂所异地协同的研制模式,为航空产业的跨越发展提供了难得的机遇.     

MBD技术在飞机研发中的应用

随着数字化设计与制造技术在航空工业中的广泛应用,飞机研发模式正在发生根本性变化,三维模型已取代二维图纸.本文借鉴国外经验,结合我国飞机研发过程,对将MBD技术应用于飞机研发过程的关键技术进行了探讨.     

MBD技术在飞机设计中的应用

近年来,以波音和空客为首的航空巨头为减少飞机研制中的设计错误,推行并行协同的设计方法,提高效率,降低成本,彻底实现设计制造无纸化管理模式,率先对基于模型的定义技术(Model Based Definition,MBD)进行了深入研究,形成了完整的MBD设计制造标准体系.从2004年开始,波音公司在787客机的设计和制造中全面应用MBD技术,用三维数模完全取代二维图纸,MBD使三维实体模型作为新机研制过程中的唯一依据,有效提升了飞机研制的效率和质量,为企业带来了巨大的效益.伴随着国外飞机在国内转包生产,MBD技术逐渐进入国内航空企业,鉴于国外企业MBD技术的成功应用,国内各主机厂所也开始了MBD技术体系的不断探索.     

基于MBD的容差分析技术

随着数字化技术的深入发展,MBD技术通过将产品制造过程中所需的各类信息在三维产品数模上进行统一表示,为实现运用虚拟技术进行容差的分析仿真、优化提供了可能.基于MBD的容差分析技术综合考虑了数字化装配协调方案对产品性能的影响,实现了基于三维数模的完整工艺信息表达,并列入企业生产资源库和6σ理论对容差分析方法进行了完善,从而为提高容差设计的合理性和良好的制造工艺性提供了有力支持.     

MBD技术发展及在航空制造领域的应用

作为新一代产品定义技术,基于模型定义(Model-Based Definition,MBD)将设计、制造、检验等制造过程中的全部信息集成于一个综合的产品模型中,并使之成为贯穿制造全过程乃至产品全生命周期的唯一数据源,从而为推进数字化环境下的设计制造检验一体化提供有力支撑.回顾了产品定义方法的发展历史,分析了MBD技术的发展及在航空制造领域的应用现状,探讨了MBD技术的发展方向.     

明确发展方向提升智能制造层级——访中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司副总工程师杜宝瑞

():您长期从事数字化制造技术的研究与应用工作,针对当前工程应用新需要,请谈谈该技术的发展方向. 杜宝瑞:数字化技术使制造依据从模拟量转变为数字量,数字化技术的核心是为制造过程提供了数字化产品定义、数字化制造工艺以及数字化制造程序.得益于数字化技术,在设计过程中,产品的几何信息通过精准的三维数字化模型进行定义,而其他非几何信息也被以数字化方式定义于同一文件中,进而形成制造过程的单一数据源.在制造过程中,通过数字量传递实现三维数字化工艺设计、数字化工装设计与制造及数字化制造指令的生成,实现产品的数控加工、数字化装配和数字化检测.     

工程师的新语言——基于模型的定义

传统的产品定义技术主要以工程图为主,通过专业的绘图反映出产品的几何结构以及制造要求,实现设计和制造信息的共享与传递。基于模型的定义以全新的方式定义产品,它以三维产品模型为核心,将产品设计信息、制造要求共同定义到该数字化模型中,使CAD和CAM(加工、装配、测量、检验)等实现真正的高度集成,不再使用工程图纸。