MBD技術在飛機制造中的應用

2024年3月1日發(作者：燕窩有哪些功效)

基于MBD的三維數模在飛機制造過程中的應用

當前，我國航空制造業的數字化技術發展迅猛，三維數字化設計技術和數字化樣機技術得到了深入應用。同時，隨著計算機和數控加工技術的發展，傳統以模擬量傳遞的實物標工協調法被數字量傳遞為基礎的數字化協調法代替，縮短了型號研制周期，提高了產品質量。但是，在當前我國的三維數字化模型并沒有貫穿于整個飛機數字化制造過程中，二維數字化模型依然是飛機制造過程的主要依據。因此，在制造過程中需要把三維數字化模型轉化為二維數字化模型，并把二維數字化模型輸出形成紙質工程圖紙作為指導生產的依據。

因此，學習國外先進的MBD技術成功經驗，研究建立適合我國的飛機三維數字化設計制造一體化技術應用體系很有必要。

1、MBD的內涵

美國機械工程師協會于1997年在波音公司的協助下開始了有關MBD標準的研究和制定工作，并于2003年使之成為美國國家標準。MBD的主導思想不只是簡單地將二維圖紙的信息反映到三維數據中，而是充分利用三維模型所具備的表現力，去探索便于用戶理解且更具效率的設計信息表達方式。它用集成的三維數模完整地表達了產品定義信息的方法，詳細規定了三維數模中產品尺寸、公差的標注規則和工藝信息的表達方法。MBD改變了傳統用三維數模描述幾何形狀信息的方法，而用二維工程圖紙來定義尺寸、公差和工藝信息的分步產品數字化定義方法。同時，MBD使三維數模作為生產制造過程中的唯一依據，改變了傳統以工程圖紙為主、以三維實體模型數模為輔的制造方法。

2、MBD的意義

3、基于MBD的三維數字化制造技術應用體系

MBD使用一個集成化的三維數字化實體模型表達了完整的產品定義信息，

成為制造過程中的唯一依據。MBD三維數字化產品定義技術不僅使產品的設計方式發生了根本變化，不再需要生成和維護二維工程圖紙，而且它對企業管理及設計下游的活動，包括工藝規劃、車間生產等產生重大影響，引起了數字化制造技術的重大變革，真正開啟了三維數字化制造時代。采用MBD技術， 將徹底改變飛機產品數據定義、生成、授權與傳遞的制造模式，實現三維數字化產品定義、三維數字化工藝開發和三維數字化數據應用，形成一個完整的、基于MBD的三維數字化制造技術應用體系，如圖所示。

基于MBD的飛機數字化制造技術應用體系

在該應用體系中，通過建立基于的數字化協調規范和數字化定義規范，采用三維建模系統進行數字化產定義，建立起滿足協調要求的飛機全級三維數字樣機和三維工裝模型，進行三維數字化預裝配。工藝人員在工藝設計規范的指導下，直接依據三維實體模型開展三維工藝開發工作，改變了以往同時依據二維工程圖紙和三維實體模型來設計產品裝配工藝和零件加工工藝的做法。依據數字化裝配工藝流程，建立起三維數字化裝配工藝模型，通過數字化虛擬裝配環境對裝配工藝流程進行數字化模擬仿真，在工藝工作進行的同時及飛機產品實物裝配之前，進行制造工藝活動的虛擬裝配驗證，確認工藝操作過程準確無誤后再將裝配工藝授權發放，進行現場使用和實物裝配。在數字化裝配工藝模擬仿真過程中生成裝配操作過程的三維工藝圖解和多媒體動畫數據，建立起三維數字化工藝數據，為三維數字化工藝現場應用提供數據。根據產品開發規范和數據組織規范，所有產品工程設計、工藝設計、工裝設計制造等開發過程及其產生的工程數據、工藝數據、工裝數據通過PLM系統實現全生命周期管理。基于MBD的數字化制造技術達到了全機100%的三維數字化產品定義、數字化預裝配、數字化工裝設計，

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同時使三維工藝設計及三維數據可視化應用成為現實。

4、國外發達航空企業MBD技術的應用現狀

近10余年，隨著飛機制造技術的發展，以波音、洛·馬和空客公司為代表的飛機制造業在數字化技術應用領域取得了巨大的成功。波音公司在以波音787為代表的新型客機研制過程中，全面采用了MBD技術，將三維產品制造信息(Product Manufacturing Information，PMI)與三維設計信息共同定義到產品的三維數模型中，摒棄二維圖樣，直接使用三維標注模型作為制造依據，使工程技術人員從百年來的二維文化中解放出來，實現了產品設計（含工藝設計）、工裝設計、零件加工、部件裝配、零部件檢測檢驗的高度集成、協同和融合，建立了三維數字化設計制造一體化集成應用體系，開創了飛機數字化設計制造的嶄新模式，確保了波音787客機的研制周期和質量。

5、基于MBD的數字化制造流程

6、關鍵應用技術

6.1基于MBD的數字化定義技術

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數字化產品定義（DPD）是實現數字化制造的基礎，它以數字量方式對產品進行準確描述。采用MBD技術后，數字化產品定義信息必須按MBD要求進行分類組織管理，完整準確地表達產品零部件本身的幾何屬性、工藝屬性、質量檢測屬性以及管理屬性等信息，滿足制造過程各階段對數據的需求，保證飛機產品設計制造過程中的協調性。

6.2基于MBD的數字化工藝設計與仿真技術

工藝設計與仿真將在三維數字化環境下，依據基于MBD技術的數字化工藝協調制造體系要求，以產品EBOM和三維數字樣機為基礎，以工藝數字化并行定義為核心，制定工藝總方案，建立三維工藝數字樣機，進行飛機數字化三維工藝設計、數字化工藝容差分配、仿真和優化、數字化三維工藝仿真驗證。

6.3基于MBD的工藝裝備設計制造集成技術

工藝裝備設計在三維數字化環境下，以產品數字樣機、工藝數字樣機為基礎，進行工藝技術裝備的設計和仿真，逐步形成面向現代航空制造的基于三維的飛機制造技術裝備工程體系，實現技術裝備數字化、自動化、柔性化。在工裝設計過程中，產品設計數模、工藝數模的版本變化將直接引起工裝數模的版本變化。因此，必須應用三維關聯技術和三維在線技術預先開展基于M B D 工藝裝備設計與飛機產品、工藝設計及仿真的數字化協同技術、工藝裝備設計與產品設計、工藝設計的關聯更改技術、工藝裝備三維數字化設計制造一體化集成技術、基于三維數字化工藝裝備設計、制造等技術的研究工作。

6.4基于MBD 的數字化檢測與質量控制技術

在基于MBD 的產品數字樣機和工藝數字樣機的基礎上，開展三維工藝檢驗計劃的技術研究工作，探討三維數字圖形轉換為測量機等數字化設備能夠識別的數字信息的技術方法，并以基于MBD 的三維設計數模、工藝數模和檢測方案為依據開發檢驗數據計算程序，建立基于M B D 的三維檢驗數模，并與產品數字樣機和工藝數字樣機一起納入PDM 系統進行管理。與此同時，在制造產品數據結構（MBOM）的基礎上，建立基于質量產品結構（QB OM）的集成質量管理系統。以P DM 系統的檢測計劃、三維檢測模型為依據，通過集成質量管理系統在生產現場采集飛機檢驗檢測數據，并建立檢驗檢測結果與QBOM的關聯關系，納入集成質量管理系統進行有效的管理，在此基礎上形成單架次飛機的質量檔案，最終完成單架次飛機質量檔案的歸檔工作。

7、總結

通過基于MBD的各種關鍵數字化技術的應用，能夠有效地縮短產品研制周期，改善生產現場工作環境，提高產品質量和生產效率，真正實現無二維圖紙、無紙質工作指令的三維數字化集成制造。MBD技術的深入應用必將推動我國飛機制造業的迅猛發展。

參考文獻

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