竇麗娜，蘇麗琴，王冬

（1.中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110169；2.沈陽鼓風(fēng)機(jī)集體股份有限公司，遼寧沈陽110142）

淺析MBD在飛機(jī)零件制造管理中的應(yīng)用

竇麗娜1，蘇麗琴1，王冬2

（1.中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司，遼寧沈陽110169；2.沈陽鼓風(fēng)機(jī)集體股份有限公司，遼寧沈陽110142）

基于MBD的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造已逐漸發(fā)展為航空領(lǐng)域零件制造和裝配的一種趨勢(shì)，我國(guó)MBD技術(shù)的應(yīng)用正處于由探索走向廣泛應(yīng)用的過渡階段。首先對(duì)MBD的基本定義及基于MBD的工藝審查進(jìn)行了簡(jiǎn)要的論述；其次結(jié)合實(shí)際應(yīng)用過程對(duì)基于MBD的零件制造過程管理進(jìn)行了淺析和闡述，依據(jù)零件的MBD，在零件制造的工藝準(zhǔn)備過程中，可以進(jìn)行幾何特征（尺寸/公差等）及工藝信息識(shí)別，將工藝路線與零件的制造特征進(jìn)行關(guān)聯(lián)，采用計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）系統(tǒng)進(jìn)行工藝路線編制，并用于指導(dǎo)零件的生產(chǎn)制造；最后總結(jié)了基于MBD的零件主要制造流程（流程圖）。

MBD；數(shù)據(jù)集；零件制造；檢驗(yàn)

隨著工程技術(shù)的發(fā)展，基于MBD的數(shù)字化設(shè)計(jì)制造已逐漸發(fā)展為航空領(lǐng)域零件制造和裝配的一種趨勢(shì)。近10余年，以波音和空客公司為代表的飛機(jī)制造業(yè)在數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域取得了巨大的成功[1]。建立了三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造一體化集成應(yīng)用體系，開創(chuàng)了飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的嶄新模式。我國(guó)MBD技術(shù)的應(yīng)用正處于由探索走向廣泛應(yīng)用的過渡階段，基本形成以MBD為核心的制造模式，早期部門項(xiàng)目采用三維模型和二維圖紙相結(jié)合的生產(chǎn)制造模式。目前國(guó)內(nèi)飛機(jī)產(chǎn)品制造及檢驗(yàn)，大部分已經(jīng)采用了MBD作為制造和檢驗(yàn)的依據(jù)。部分項(xiàng)目已經(jīng)以MBD技術(shù)為核心進(jìn)行零部件的設(shè)計(jì)。

1 MBD定義

圖1 MBD模型圖

MBD（Model Based Definition）是目前波音推行的新一代產(chǎn)品定義方法。MBD是指在三維數(shù)字化模型中集成尺寸、公差等注釋性標(biāo)注、產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息、制造要求等以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行全面描述，并靈活滿足該產(chǎn)品在全生命周期中各種需求的一種數(shù)字化產(chǎn)品定義方式，如圖1所示。其核心思想是：全三維基于特征的表述方法，基于文檔的過程驅(qū)動(dòng)；融入知識(shí)工程、過程模擬和產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等[2]。

圖2所示為MBD零件模型示例。該模型集成了零件的各種相關(guān)數(shù)據(jù)，包括零件的基本信息、屬性以及通用的制造、檢驗(yàn)及最終交付的要求等。這種集成定義的三維數(shù)模取代了傳統(tǒng)二維工程圖紙（部分項(xiàng)目在采用MBD模型設(shè)計(jì)時(shí)仍然存在二維工程圖紙），成為協(xié)同設(shè)計(jì)共享中的唯一的依據(jù)，設(shè)計(jì)部門、零件制造部門、制造數(shù)據(jù)部門等相關(guān)人員共同圍繞該MBD模型進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等一系列工作。

我們可以看到，MBD技術(shù)的應(yīng)用是以三維數(shù)模作為唯一的制造依據(jù)，這使得零件整個(gè)制造過程中的工藝準(zhǔn)備、工藝設(shè)計(jì)、零件制造與檢驗(yàn)的活動(dòng)發(fā)生了根本性的變化。工藝開發(fā)工作將在三維數(shù)字化環(huán)境下，直接依據(jù)三維實(shí)體模型展開，同時(shí)減少了由三維向二維轉(zhuǎn)化的這種不增值工作量，從而完成工藝方案的制定及詳細(xì)工藝設(shè)計(jì)，將工藝路線與制造特征關(guān)聯(lián)起來，采用計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）系統(tǒng)進(jìn)行工藝路線的編制，作為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的操作依據(jù)。

2 基于MBD的零件工藝審查

一般來講，零件的工藝審查是指在零件的設(shè)計(jì)階段，對(duì)零件的工藝性進(jìn)行全面審查并提出意見或建議，反饋給設(shè)計(jì)部門后進(jìn)行修改的一個(gè)過程。對(duì)于零件制造部門，其工藝性通常是指零件的生產(chǎn)工藝性，即制造的可行性、難易程度與經(jīng)濟(jì)性?；贛BD的工藝審查，可直接依據(jù)三維設(shè)計(jì)數(shù)模MBD進(jìn)行，在MBD中獲取零件的幾何尺寸、加工精度、零件的材料信息、熱處理和表面處理信息以及其他特殊要求等，由技術(shù)部門和制造部門的工藝人員據(jù)此進(jìn)行工藝分析和審查，并向設(shè)計(jì)部門反饋工藝審查意見；設(shè)計(jì)部門修改后將正式發(fā)放三維設(shè)計(jì)數(shù)模MBD及EBOM（產(chǎn)品設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)）；技術(shù)部門的技術(shù)員可據(jù)此建立PBOM（產(chǎn)品工藝結(jié)構(gòu)），制訂裝配工藝協(xié)調(diào)方案，劃分工藝分面，可進(jìn)行全機(jī)裝配工藝仿真，最終形成經(jīng)過裝配仿真驗(yàn)證的MBOM（產(chǎn)品制造結(jié)構(gòu)）頂層結(jié)構(gòu)。由于采用了MBD作為唯一的依據(jù)，使得整個(gè)審查過程更清晰，且追溯性更強(qiáng)。最終的產(chǎn)品制造結(jié)構(gòu)將轉(zhuǎn)化為分工指令的形式發(fā)放到零部件的制造部門，作為產(chǎn)品制造的依據(jù)之一。

圖2 MBD三維數(shù)模示例

3 基于MBD的零件制造

零件制造是通過一套符合要求的工藝過程，使用量具、工裝設(shè)備或者機(jī)床設(shè)備，從而得到設(shè)計(jì)形狀和尺寸。在零件制造過程中，零件制造部門依據(jù)設(shè)計(jì)部門正式發(fā)放的EBOM和三維設(shè)計(jì)數(shù)模MBD，結(jié)合工藝路線提出制造數(shù)據(jù)集及工裝的技術(shù)條件；數(shù)據(jù)制造部門將依據(jù)MBD工程數(shù)據(jù)集及技術(shù)條件建立制造數(shù)據(jù)集并進(jìn)行維護(hù)和更新；零件制造部門可同時(shí)進(jìn)行零件的材料屬性仿真和加工幾何仿真，進(jìn)而編制工藝文件（工藝規(guī)程、技術(shù)單等）及NC程序，最終完成零件的加工以及自檢[4]。傳統(tǒng)的零件制造依據(jù)為二維工程圖紙，一般為紙質(zhì)。下面以某項(xiàng)目為例，其零件制造的全過程是以MBD為核心，改變了以傳統(tǒng)模式為基礎(chǔ)的制造過程。

3.1 工藝準(zhǔn)備階段

工藝準(zhǔn)備階段包括了零件的工藝分析和工藝路線的編制。傳統(tǒng)的工藝準(zhǔn)備是工藝人員依據(jù)工藝規(guī)范、分工指令、工程圖紙及工程圖紙有效目錄等工藝文件，申請(qǐng)相關(guān)的工裝，制造數(shù)據(jù)集（二維數(shù)據(jù)集/三維數(shù)據(jù)集）用于零件的制造；需要翻閱大量的紙質(zhì)圖紙，對(duì)于零件的形狀也不能夠直觀、立體地進(jìn)行表達(dá)，工藝技術(shù)人員需要依據(jù)傳統(tǒng)的制圖理念對(duì)圖紙進(jìn)行分析，消耗大量的準(zhǔn)備時(shí)間；同時(shí)需要編制工藝規(guī)程等相關(guān)的工藝文件。

基于MBD的工藝準(zhǔn)備，與傳統(tǒng)工藝準(zhǔn)備相比，工藝人員可直接依據(jù)MBD開展工作。進(jìn)行幾何特征（尺寸/公差等）及工藝信息識(shí)別，進(jìn)而將工藝路線與零件的制造特征進(jìn)行關(guān)聯(lián)，采用計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)（CAPP）系統(tǒng)進(jìn)行工藝路線的編制，有效地減少消化零件圖紙的時(shí)間。

以圖2零件示意圖為例，零件腹板面上的2個(gè)T/H通孔即為設(shè)計(jì)的工具孔，用于零件成形時(shí)定位。對(duì)于這種不需要補(bǔ)加工藝耳片或工藝余量的零件，可直接采用MBD中提供的數(shù)據(jù)集進(jìn)行零件的加工制造，縮短了零件工藝準(zhǔn)備的周期，同時(shí)也可以有效地避免由工程數(shù)據(jù)集向制造數(shù)據(jù)集轉(zhuǎn)化帶來的問題。

3.2 零件的加工制造

零件的加工制造過程中，操作工人的依據(jù)是工程圖紙及工藝文件?；贛BD的零件制造，操作工人可以通過MBD很直觀地看到成形后的零件形狀及零件幾何尺寸及公差，為其成形過程及自檢過程提供了很好的支持。每個(gè)有效版次的MBD數(shù)模直接對(duì)應(yīng)一個(gè)零件，改變了傳統(tǒng)的一張圖紙多人共用的局面，也避免了紙版圖紙的借閱和翻閱，簡(jiǎn)化了圖紙的版次管理和保存的工作。圖3為某項(xiàng)目圖紙多頁中某一頁的一部分，其中包含了多個(gè)零件圖。

圖3 零件圖紙示例

3.3 零件的檢驗(yàn)過程

在零件的檢驗(yàn)過程中，檢驗(yàn)部門依據(jù)設(shè)計(jì)部門正式發(fā)放的EBOM、三維設(shè)計(jì)數(shù)模/MBD、三維工裝設(shè)計(jì)數(shù)模以及制造部門的工藝文件、技術(shù)文件等編制檢驗(yàn)計(jì)劃計(jì)算測(cè)量數(shù)據(jù)，完成零件的檢驗(yàn)和測(cè)量。在MBD制造模式下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)特征均在三維數(shù)模中定義，比如產(chǎn)品公差標(biāo)準(zhǔn)、熱表處理信息等，可以在CATIA環(huán)境下的特征樹里直接提取[5]。

圖4 明膠板檢驗(yàn)零件和CMM檢測(cè)零件

基于MBD的零件檢驗(yàn)過程，可以更直觀地對(duì)零件尺寸和其他要求進(jìn)行驗(yàn)證。檢驗(yàn)人員可按照MBD中要求的尺寸檢驗(yàn)零件，也可以通過直接測(cè)量的方式獲得更為直觀和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證零件的正確性。零件檢驗(yàn)的依據(jù)為MBD及相關(guān)工藝規(guī)范。當(dāng)無法采用MBD測(cè)量或MBD無法提供尺寸時(shí)，可通過明膠板或樣板進(jìn)行確認(rèn)，也可通過CMM進(jìn)行測(cè)量，如圖4所示，為零件的檢驗(yàn)提供了更為便利的條件。

3.4 基于MBD零件制造流程圖

在一些國(guó)外項(xiàng)目及國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)項(xiàng)目中，MBD技術(shù)已經(jīng)在零件設(shè)計(jì)制造的全過程中得到了應(yīng)用，其主要流程如圖5所示。

圖5 基于MBD的零件制造流程圖

4 結(jié)束語

采用MBD技術(shù)后，在減少設(shè)計(jì)工作量和簡(jiǎn)化管理過程的同時(shí)摒棄二維圖樣，直接使用三維標(biāo)注模型作為制造依據(jù)，使工程和工藝技術(shù)人員從多年來的二維圖紙文化中“跳”出來，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)（含工藝設(shè)計(jì)）、工裝設(shè)計(jì)、零件加工、部件裝配、零部件檢測(cè)檢驗(yàn)的高度集成、協(xié)同和融合。

MBD技術(shù)在國(guó)外的一些飛機(jī)項(xiàng)目中得到了廣泛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了通過三維數(shù)字化協(xié)調(diào)建模、MBD替代二維圖紙，但離基于MBD的三維工藝仿真設(shè)計(jì)和三維數(shù)字化工藝現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用仍存在一定的差距，需要我們更深入地加以應(yīng)用，并積極推廣。目前，我國(guó)的飛機(jī)項(xiàng)目也已經(jīng)開始將MBD技術(shù)應(yīng)用到設(shè)計(jì)和制造的過程中。MBD技術(shù)在飛機(jī)設(shè)計(jì)及制造過程中的廣泛應(yīng)用必將推動(dòng)我國(guó)飛機(jī)制造業(yè)的迅猛發(fā)展。

［1］周秋忠，范玉清.MBD技術(shù)在飛機(jī)制造中的應(yīng)用［J］.航空維修與工程，2008（3）.

［2］馮潼能，王錚陽，宋婭.MBD技術(shù)在協(xié)同設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用［J］.航空制造技術(shù)，2010（18）.

［3］余志強(qiáng)，陳嵩，孫煒.基于MBD的三維數(shù)模在飛機(jī)制造過程中的應(yīng)用［J］.航空制造技術(shù)，2009（52）.

［4］阮超峰.MBD技術(shù)在航空制造業(yè)中的應(yīng)用［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2014（6）.

［5］杜福洲，梁海橙.基于MBD的航空產(chǎn)品首件檢驗(yàn)關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.航空制造技術(shù)，2010（23）.

〔編輯：劉曉芳〕

V262

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.132

2095－6835（2017）19－0132－04

竇麗娜，女，黑龍江人，工程師，2008年畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)（研究生），主要從事飛機(jī)零件制造工藝工作。蘇麗琴，女，江西人，工程師，2008年畢業(yè)于南昌航空大學(xué)（本科），主要從事飛機(jī)零件表面處理工藝工作。王冬，男，遼寧人，工程師，2005年畢業(yè)于沈陽工業(yè)大學(xué)（本科），主要從事產(chǎn)品的安裝、檢修及銷售等工作。