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.     

基于全三维设计的航空紧固件信息表达

MBD模型将产品的设计、制造、检验、装配信息集成化,成为全三维设计过程准确、实时、可追溯到单一数据源,实现三维数字化制造、装配无纸化.占飞机整体零件数量半数以上的紧固件,种类繁多、造型复杂.针对紧固件信息设计、装配效率、准确率低的特点,提出了基于MBD的航空紧固件3D点线表达方式,分析航空紧固件及其相关信息的结构化管理组织方式,设计人员综合考虑零部件位置、载荷要求、变形程度等因素,确定紧固件型号,形成以3D点线形式表达紧固件并可直接交付装配部门的装配文件,使紧固件装配设计流程正规化、标准化.     

MBD技术在飞机研制中的应用及其给质量监督工作带来的挑战和思考

MBD技术的概念 MBD(Model Based Definition)技术即基于模型定义,是目前波音推行的新一代产品定义方法.该技术将三维设计信息、三维制造信息和产品管理信息共同定义到产品的三维数字化模型中,在取消二维图纸工程定义的情况下,实现产品特征描述、共享,满足了数字化制造信息直接传递的需求,有效地解决了设计、制造、使用维护一体化的难题,实现了CAD和CAM高度集成.MBD技术使用以三维数字化模型为核心的设计制造信息传递模式,设计单位不再向生产单位传递二维图纸,而是传递三维的数字模型,生产单位将三维的数字化模型作为依据,开展加工装配、测量和检验等工作.     

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。     

飞机零部件产品的三维工艺设计

我国航空制造业数字化技术的发展历程,主要是围绕着设计、制造和生产管理3个主线方向推进.典型模式一般是产品设计以CAD/CAE/PDM等系统为主线,制造以CAD/CAPP/PDM等系统为主线,生产管理以MES/ERP/CRM/SCM等系统为主线.近10年来,我国航空制造业在上述3方面的数字化建设上取得了巨大的成绩. 近年来基于二维(图纸)信息表达与传递方式正在被基于模型的设计方式所取代,产品设计已经全面采用基于模型的设计,使几何信息和非几何信息全部表达在三维模型上,不再需要进行二维非几何信息的补充表述.但是生产制造方面却显不足,主要是由于产品三维设计与二维化制造的不匹配所致.由于三维工艺设计技术的开发和应用远落后于三维产品设计技术,使得三维工艺设计成为产品制造的瓶颈.     

基于MBD技术的三维工艺研究

本文用集成的三维实体模型完整地表达卫星产品定义信息,即将设计和工艺信息共同定义到卫星产品的三维数字化模型中。通过将卫星产品进行装配单元规划,在一定的产品功能和装配关系下,将产品划分为若干零部件、直属件等信息的集合,构建功能单元模型,融合知识工程、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,实现卫星产品装配工艺设计的数字化和可视化。     

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].     

航空制造领域中三维工艺技术的应用

随着信息化技术的不断发展,发达国家的飞机制造企业通过三维数字化技术的应用有效提升了工艺设计水平,解决了在航空产品数字化工艺设计、制造方面的标准统一和系统整合等问题,保证了业务应用系统基础数据的一致性和规范性.国内飞机制造企业经过长期的三维工艺设计与仿真、CAX/CAPP/MES系统集成等技术的研究,突破了基于模型的定义(MBD) [1-2]、三维工艺设计可视化、三维装配过程仿真验证及优化、三维工作指令的创建、发放及浏览、多系统集成和业务流程优化等关键技术瓶颈,构建了体系完整的、能支撑装配、机加、钣金、冶金等各类工艺设计业务需求的三维化、系统化、集成化的企业级数字化工艺设计平台,实现了传统二维工艺设计制造体系向三维数字化工艺设计制造体系的成功转型.     

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.     

支持飞机大部件装配仿真的协同并行工作模式研究

在飞机全三维数字化研制的大背景下,基于三维模型的装配工艺设计与仿真已成为其重要的组成部分.与传统装配工艺设计过程相比,这种方式具有良好的可视性、直观性,可对产品装配过程进行可视化定义、验证、分析和展示,在工艺设计初期预见可能发生的各种装配问题,并已经在国内外各大航空制造单位得到了广泛应用和推广[1-4],并取得了良好的效益.