淺析MBD在飛機零件制造管理中的應用

竇麗娜，蘇麗琴，王冬

（1.中航沈飛民用飛機有限責任公司，遼寧沈陽110169；2.沈陽鼓風機集體股份有限公司，遼寧沈陽110142）

淺析MBD在飛機零件制造管理中的應用

竇麗娜1，蘇麗琴1，王冬2

（1.中航沈飛民用飛機有限責任公司，遼寧沈陽110169；2.沈陽鼓風機集體股份有限公司，遼寧沈陽110142）

基于MBD的數(shù)字化設計制造已逐漸發(fā)展為航空領域零件制造和裝配的一種趨勢，我國MBD技術的應用正處于由探索走向廣泛應用的過渡階段。首先對MBD的基本定義及基于MBD的工藝審查進行了簡要的論述；其次結合實際應用過程對基于MBD的零件制造過程管理進行了淺析和闡述，依據(jù)零件的MBD，在零件制造的工藝準備過程中，可以進行幾何特征（尺寸/公差等）及工藝信息識別，將工藝路線與零件的制造特征進行關聯(lián)，采用計算機輔助工藝設計（CAPP）系統(tǒng)進行工藝路線編制，并用于指導零件的生產(chǎn)制造；最后總結了基于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

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

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、公差等注釋性標注、產(chǎn)品設計信息、制造要求等以對產(chǎn)品進行全面描述，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，基于文檔的過程驅動；融入知識工程、過程模擬和產(chǎn)品標準規(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數(shù)據(jù)，包括零件的基本信息、屬性以及通用的制造、檢驗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（部分項目在采用MBD模型設計時仍然存在二維工程圖紙），成為協(xié)同設計共享中的唯一的依據(jù)，設計部門、零件制造部門、制造數(shù)據(jù)部門等相關人員共同圍繞該MBD模型進行產(chǎn)品的設計、制造、檢驗等一系列工作。

我們可以看到，MBD技術的應用是以三維數(shù)模作為唯一的制造依據(jù)，這使得零件整個制造過程中的工藝準備、工藝設計、零件制造與檢驗的活動發(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)三維實體模型展開，同時減少了由三維向二維轉化的這種不增值工作量，從而完成工藝方案的制定及詳細工藝設計，將工藝路線與制造特征關聯(lián)起來，采用計算機輔助工藝設計（CAPP）系統(tǒng)進行工藝路線的編制，作為生產(chǎn)現(xiàn)場的操作依據(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計階段，對零件的工藝性進行全面審查并提出意見或建議，反饋給設計部門后進行修改的一個過程。對于零件制造部門，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)濟性?；贛BD的工藝審查，可直接依據(jù)三維設計數(shù)模MBD進行，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，由技術部門和制造部門的工藝人員據(jù)此進行工藝分析和審查，并向設計部門反饋工藝審查意見；設計部門修改后將正式發(fā)放三維設計數(shù)模MBD及EBOM（產(chǎn)品設計結構）；技術部門的技術員可據(jù)此建立PBOM（產(chǎn)品工藝結構），制訂裝配工藝協(xié)調方案，劃分工藝分面，可進行全機裝配工藝仿真，最終形成經(jīng)過裝配仿真驗證的MBOM（產(chǎn)品制造結構）頂層結構。由于采用了MBD作為唯一的依據(jù)，使得整個審查過程更清晰，且追溯性更強。最終的產(chǎn)品制造結構將轉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、工裝設備或者機床設備，從而得到設計形狀和尺寸。在零件制造過程中，零件制造部門依據(jù)設計部門正式發(fā)放的EBOM和三維設計數(shù)模MBD，結合工藝路線提出制造數(shù)據(jù)集及工裝的技術條件；數(shù)據(jù)制造部門將依據(jù)MBD工程數(shù)據(jù)集及技術條件建立制造數(shù)據(jù)集并進行維護和更新；零件制造部門可同時進行零件的材料屬性仿真和加工幾何仿真，進而編制工藝文件（工藝規(guī)程、技術單等）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。下面以某項目為例，其零件制造的全過程是以MBD為核心，改變了以傳統(tǒng)模式為基礎的制造過程。

3.1 工藝準備階段

工藝準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，申請相關的工裝，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圖紙，對于零件的形狀也不能夠直觀、立體地進行表達，工藝技術人員需要依據(jù)傳統(tǒng)的制圖理念對圖紙進行分析，消耗大量的準備時間；同時需要編制工藝規(guī)程等相關的工藝文件。

基于MBD的工藝準備，與傳統(tǒng)工藝準備相比，工藝人員可直接依據(jù)MBD開展工作。進行幾何特征（尺寸/公差等）及工藝信息識別，進而將工藝路線與零件的制造特征進行關聯(lián)，采用計算機輔助工藝設計（CAPP）系統(tǒng)進行工藝路線的編制，有效地減少消化零件圖紙的時間。

以圖2零件示意圖為例，零件腹板面上的2個T/H通孔即為設計的工具孔，用于零件成形時定位。對于這種不需要補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)集進行零件的加工制造，縮短了零件工藝準備的周期，同時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。每個有效版次的MBD數(shù)模直接對應一個零件，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，簡化了圖紙的版次管理和保存的工作。圖3為某項目圖紙多頁中某一頁的一部分，其中包含了多個零件圖。

圖3 零件圖紙示例

3.3 零件的檢驗過程

在零件的檢驗過程中，檢驗部門依據(jù)設計部門正式發(fā)放的EBOM、三維設計數(shù)模/MBD、三維工裝設計數(shù)模以及制造部門的工藝文件、技術文件等編制檢驗計劃計算測量數(shù)據(jù)，完成零件的檢驗和測量。在MBD制造模式下，產(chǎn)品設計特征均在三維數(shù)模中定義，比如產(chǎn)品公差標準、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 明膠板檢驗零件和CMM檢測零件

基于MBD的零件檢驗過程，可以更直觀地對零件尺寸和其他要求進行驗證。檢驗人員可按照MBD中要求的尺寸檢驗零件，也可以通過直接測量的方式獲得更為直觀和準確的數(shù)據(jù)，以驗證零件的正確性。零件檢驗的依據(jù)為MBD及相關工藝規(guī)范。當無法采用MBD測量或MBD無法提供尺寸時，可通過明膠板或樣板進行確認，也可通過CMM進行測量，如圖4所示，為零件的檢驗提供了更為便利的條件。

3.4 基于MBD零件制造流程圖

在一些國外項目及國產(chǎn)大飛機項目中，MBD技術已經(jīng)在零件設計制造的全過程中得到了應用，其主要流程如圖5所示。

圖5 基于MBD的零件制造流程圖

4 結束語

采用MBD技術后，在減少設計工作量和簡化管理過程的同時摒棄二維圖樣，直接使用三維標注模型作為制造依據(jù)，使工程和工藝技術人員從多年來的二維圖紙文化中“跳”出來，實現(xiàn)了產(chǎn)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(xié)同和融合。

MBD技術在國外的一些飛機項目中得到了廣泛的應用，實現(xiàn)了通過三維數(shù)字化協(xié)調建模、MBD替代二維圖紙，但離基于MBD的三維工藝仿真設計和三維數(shù)字化工藝現(xiàn)場應用仍存在一定的差距，需要我們更深入地加以應用，并積極推廣。目前，我國的飛機項目也已經(jīng)開始將MBD技術應用到設計和制造的過程中。MBD技術在飛機設計及制造過程中的廣泛應用必將推動我國飛機制造業(yè)的迅猛發(fā)展。

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

［2］馮潼能，王錚陽，宋婭.MBD技術在協(xié)同設計制造中的應用［J］.航空制造技術，2010（18）.

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

［4］阮超峰.MBD技術在航空制造業(yè)中的應用［J］.機械設計與制造工程，2014（6）.

［5］杜福洲，梁海橙.基于MBD的航空產(chǎn)品首件檢驗關鍵技術研究［J］.航空制造技術，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（研究生），主要從事飛機零件制造工藝工作。蘇麗琴，女，江西人，工程師，2008年畢業(yè)于南昌航空大學（本科），主要從事飛機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（本科），主要從事產(chǎn)品的安裝、檢修及銷售等工作。