基于MBD的三维工艺.docx

基于MBD三维工艺设计系统的开发与应用作者：中航工业惠阳螺旋桨有限责任公司郑雷来源：航空制造技术随着数字化技术的发展，飞机产品设计已实现基于全三维数字化定义，特别是基于模型定义（ModelBasedDefinition，MBD）技术的实施，使三维模型取代二维图纸成为可能，促使新一代机型甚至无纸化制造需求的提出。随着MBD技术的深入应用，必然会对工艺规划设计、车间生产应用等产生重大影响，引起数字化制造技术的重大变革，真正开启三维数字化制造时代。近10余年，随着飞机制造技术的发展，以波音、洛·马和空客公司为代表的飞机制造业在数字化技术应用领域取得了巨大的成功。波音公司在以波音787为代表的新型客机研制过程中，全面采用了MBD技术，将三维产品制造信息（ProductManufacturingInformation，PMI）与三维设计信息共同定义到产品的三维数模中，摒弃二维图样，直接使用三维标注模型作为制造依据，使工程技术人员从百年来的二维文化中解放出来，实现了产品设计（含工艺设计）、工装设计、零件加工、部件装配、零部件检测检验的高度集成、协同和融合，建立了三维数字化设计制造一体化集成应用体系，开创了飞机数字化设计制造的崭新模式，确保了波音787客机的研制周期和质量。三维工艺设计作为支撑基于MBD的三维数字化设计、制造一体化研制模式的关键环节，负责确定产品制造过程以及制造所需的制造资源、制造时间等，是连接产品设计与制造的桥梁。它一方面通过解析上游设计数模中的相关信息来开展工艺设计，另一方面为下游生产制造提供现场的指导和依据，因此，工艺设计对缩短产品研制周期、提高产品质量和降低制造成本具有重要影响，属于飞机研制的关键基础技术之一。国内航空基于MBD技术现状及存在问题当前，我国航空制造业的数字化技术应用发展迅速，MBD技术的引入和工程实践虽处于起步阶段但也已开展多年，建立了MBD应用规范及相关标准，并且目前航空工业主要厂所已经开始，甚至深入三维数字化设计制造的应用，建立适应我国航空制造企业的MBD技术应用推广路线和技术体系，使得MBD数字化模型贯穿于整个产品生命周期的数字化制造过程中，建立基于MBD模型的数字化设计制造一体化集成应用体系，达到无图纸、无纸质工作指令的三维数字化集成制造，是缩短产品研制周期，提高产品质量，保证产品研制节点的迫切需求。在建设MBD的整个环节过程中，随着基于MBD三维设计规范的制定和完善，为三维工艺的建设和实施奠定了基础，三维工艺逐渐成为MBD建设的重点和关键，也代表着企业生产和制造的最高水平。但大部分国内航空制造企业的现状是，由于三维工艺建设过程复杂，技术难度高，特别是以机加工艺为代表，因此企业还是停留在设计采用三维，而工艺还沿用原有的二维CAPP。但二维工艺存在以下缺点和不足：（1）二维工艺系统的工艺卡片主要以二维简图和描述信息表达为主，对于稍微复杂的工艺，这种表达方式很难进行清晰直观有效的表达，增大生产制造环节出错的概率，影响产品的质量。（2）对于特征标注较多的产品，二维图纸难以全面地表达设计信息，经常出现标注遗漏的情况，增加工艺规划的难度和出错几率，并缺少进行工艺验证的手段，经常在制造阶段才发现工艺设计存在缺陷，拖延了产品交付进度。（3）二维图纸无法有效地利用现代的电子样机技术对产品进行虚拟仿真，更无法清晰流畅地进行各种性能分析，无法在工艺规划阶段消除问题，导致问题出现后续的生产制造环节，造成设计更改周期和成本的提高。基于MBD三维工艺设计系统开发的必要性传统的二维工艺设计系统（ComputerAidedProcessPlanning，CAPP）存在与数字化产品设计不衔接的弊端，不能充分利用上游三维CAD设计数据，不能完全消除工艺设计转换造成与产品设计数据的不一致性，难以实现工艺设计的继承性、规范性、标准化和最优化。且二维的工艺设计指导现场的可操作性不强，易产生操作者解读困难，产生二义性等诸多弊端。开发基于MBD三维工艺设计系统成为实现基于MBD协同平台（即：三维设计、工艺和制造）必不可少、承上启下的阶段性任务，而现有通用成熟的大型设计软件没有三维CAPP系统，因此必须构建基于MBD三维工艺设计系统（图1），通过对三维CAD设计数据的充分利用，高效地完成工艺的设计和管理，并实现与PDM和其他信息化系统的集成，充分发挥数据流、信息流集成优势，可以提高效率、保证型号工程的质量和工艺的标准化规范化，可以缩短工艺准备和生产技术准备周期，并最终达到缩短产品研制周期、生产周期和提高产品质量的目的。

作为工艺设计系统也必须由传统的支持二维的工艺设计转变为支持三维实体模型进行工艺设计，同时工艺设计系统的应用也必须从基于二维CAD的集成向基于三维CAD的集成发展，即基于三维CAD的三维工艺设计系统。三维工艺设计系统采用基