面向模型驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化制造技術(shù)研究

吳團(tuán)偉 蘇學(xué)明 安衛(wèi)星

摘 要：通過開展面向模型驅(qū)動(dòng)數(shù)字化制造技術(shù)研究，以數(shù)據(jù)信息共享與傳遞、現(xiàn)場可視化為關(guān)鍵技術(shù)突破口，實(shí)現(xiàn)面向MBD模型驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)信息、工藝信息可視化編輯與表達(dá)，以BOM數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)演變?yōu)橹骶€，以模型數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)為載體實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)、制造業(yè)務(wù)活動(dòng)的全線貫通，從而為數(shù)字化環(huán)境下設(shè)計(jì)制造一體化制造過程提供有力的三維工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)平臺(tái)。

關(guān)鍵詞：模型驅(qū)動(dòng)；數(shù)字化制造；三維工藝設(shè)計(jì)

0引 言

數(shù)字化制造技術(shù)是現(xiàn)代飛機(jī)制造技術(shù)發(fā)展的必由之路，面向模型驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化制造技術(shù)是企業(yè)核心制造能力邁上新臺(tái)階的一條有效途徑，本文是在數(shù)字化背景下研究面向模型驅(qū)動(dòng)數(shù)字化制造技術(shù)，重點(diǎn)研究數(shù)據(jù)信息共享與傳遞、現(xiàn)場可視化等關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基于MBD模型的設(shè)計(jì)信息、工藝信息可視化編輯與表達(dá)，實(shí)現(xiàn)三維工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)向生產(chǎn)現(xiàn)場MES系統(tǒng)推送單架次工藝信息的功能，確保設(shè)計(jì)信息、工藝信息的精確表達(dá)與快速有效傳遞，提高數(shù)字化制造的水平。從根本上解決新機(jī)研制中工藝準(zhǔn)備時(shí)間緊、任務(wù)重、技術(shù)人員加班時(shí)間長的問題。

1 當(dāng)前數(shù)字化制造存在的問題

1.1 面向模型驅(qū)動(dòng)的工藝設(shè)計(jì)技術(shù)成為從設(shè)計(jì)到制造的瓶頸

隨著MBD技術(shù)的深入應(yīng)用，設(shè)計(jì)院所已經(jīng)陸續(xù)采用全三維模式發(fā)圖，工廠制造端承接設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)后，由于沒有對(duì)應(yīng)工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)，仍需將三維模型信息轉(zhuǎn)化為二維工藝制造信息，而產(chǎn)品最終又是以設(shè)計(jì)三維模型為交付依據(jù)，這樣反復(fù)的信息轉(zhuǎn)換不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，又沒有能夠發(fā)揮出三維模型的表達(dá)效率，為此迫切需要研發(fā)三維CAPP系統(tǒng)平臺(tái)，打破設(shè)計(jì)與制造端之間信息傳遞的“瓶頸”。

1.2 缺少面向模型驅(qū)動(dòng)的工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)

二維CAPP系統(tǒng)基于二維圖形加文字表達(dá)工藝信息，以二維表單作為輸出，BOM數(shù)據(jù)基于表格管理，這樣一種管理方式雖然在一定程度上適應(yīng)了當(dāng)時(shí)產(chǎn)品加工制造的需要，但是仍然存在以下幾方面問題：

1.2.1從三維設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)化成二維工藝信息過程中，存在信息遺漏，二維信息表述不清，信息歧義等弊端，某種程度上制約產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提升。

1.2.2 二維工藝信息不直觀，尤其是對(duì)于曲面工藝信息的描述上，不能進(jìn)行有效和準(zhǔn)確的表達(dá)，因此不便于指導(dǎo)現(xiàn)場工人操作。

1.2.3 三維設(shè)計(jì)信息轉(zhuǎn)化為二維工藝信息，期間除了文字描述外還需要補(bǔ)充繪制、編輯、補(bǔ)充大量的草圖或者截圖，這樣模式耗費(fèi)了工藝人員大量的時(shí)間和精力。

1.3 面向模型驅(qū)動(dòng)的工藝設(shè)計(jì)技術(shù)薄弱

設(shè)計(jì)院所已經(jīng)成熟應(yīng)用了基于模型的數(shù)字化工程設(shè)計(jì)定義，但是在工廠制造端面向模型驅(qū)動(dòng)的工藝設(shè)計(jì)技術(shù)薄弱，薄弱環(huán)節(jié)主要體現(xiàn)在以下兩方面：

1.3.1缺少工藝模型定義標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則，國內(nèi)許多科研院所雖然已經(jīng)在工藝模型定義，構(gòu)建等方面攻破關(guān)鍵技術(shù)，但是對(duì)于工藝模型定義標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)則等方面沒有給出具體實(shí)施細(xì)則。

1.3.2缺少面向模型驅(qū)動(dòng)的工藝規(guī)劃方法，傳統(tǒng)的基于二維表單模式的工藝規(guī)劃方法已經(jīng)成熟應(yīng)用，但是面向模型驅(qū)動(dòng)的工藝規(guī)劃目前內(nèi)仍處在嘗試應(yīng)用階段。

2 面向未來數(shù)字化發(fā)展的方向和目標(biāo)

2.1實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造一體化

為縮短型號(hào)研制周期，提高裝備整體質(zhì)量，提升設(shè)計(jì)制造協(xié)同能力，強(qiáng)化技術(shù)狀態(tài)管控，基于并行工程理念，以產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和三維工藝設(shè)計(jì)為核心，建立和實(shí)施面向模型驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)制造一體化平臺(tái)。實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)制造高度并行、設(shè)計(jì)-工藝-制造數(shù)據(jù)的統(tǒng)一連續(xù)傳遞、三維AO/FO可視化應(yīng)用和現(xiàn)場無紙化制造

在裝配工藝和零件工藝設(shè)計(jì)過程中，實(shí)現(xiàn)面向模型驅(qū)動(dòng)的快速工藝設(shè)計(jì)，使其工藝設(shè)計(jì)周期縮短30%，實(shí)現(xiàn)面向模型驅(qū)動(dòng)的可視化生產(chǎn)過程。

2.2技術(shù)狀態(tài)清晰可控

采用同一數(shù)據(jù)源開展數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、檢驗(yàn)數(shù)據(jù)集設(shè)計(jì)，以工藝文件貫徹、產(chǎn)品實(shí)物質(zhì)量貫徹流程為依托，以信息化手段為工具實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化飛機(jī)產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)控制。

2.3工藝規(guī)劃和工藝準(zhǔn)備的快速響應(yīng)

以工藝數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化、可視化為依托，借助計(jì)算機(jī)智能輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工藝規(guī)劃和工藝準(zhǔn)備的快速響應(yīng)和重構(gòu)。

2.4精細(xì)化管理、結(jié)構(gòu)化定義滿足不同客戶需求

借助與設(shè)計(jì)構(gòu)型管理思路，在數(shù)字化制造基礎(chǔ)上開展工藝構(gòu)型管理，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)產(chǎn)品單架次技術(shù)狀態(tài)管控。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1數(shù)據(jù)信息共享與傳遞

傳統(tǒng)的企業(yè)信息系統(tǒng)受歷史原因限制，往往只能在某些領(lǐng)域支持有限的業(yè)務(wù)活動(dòng)，使得企業(yè)的業(yè)務(wù)活動(dòng)被分割成了獨(dú)立的信息孤島，而業(yè)務(wù)活動(dòng)之間的有機(jī)聯(lián)系往往需要人工參與才能組織完成，這樣耗時(shí)耗力且影響了產(chǎn)品質(zhì)量的進(jìn)一步提升，隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的不斷深入，當(dāng)前迫切需要進(jìn)行系統(tǒng)整合從而實(shí)現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息共享與傳遞，將企業(yè)數(shù)據(jù)流通起來從而以技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)、為企業(yè)的經(jīng)營管理、質(zhì)量控制進(jìn)行智能輔助決策提供數(shù)據(jù)依據(jù)。因此數(shù)據(jù)信息共享與傳遞顯得尤為重要，這是進(jìn)行三維CAPP系統(tǒng)開發(fā)，乃至數(shù)字化制造工程建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)之一。

3.2 現(xiàn)場可視化

三維工藝以文字描述加模型展示為信息主體，三維工藝信息的表達(dá)與展示方式極大的增強(qiáng)了工藝信息的可讀性，以模型信息為載體融合工藝文字信息的信息傳遞方式很好地解決了以往二維工藝信息表述不夠直觀。準(zhǔn)確的弊病，三維模型的引入更加形象，逼真地反映了繁雜產(chǎn)品裝配過程。工藝文件編制者不僅可以直觀地基于模型開展工藝信息規(guī)劃、工藝信息編輯與修改，同時(shí)現(xiàn)場操作者可以更加直觀、易懂地迅速獲取工藝信息開展現(xiàn)場作業(yè)，因此，工藝文件編制、使用質(zhì)量有所提升，工藝信息傳遞與表達(dá)更加清晰，可讀，繼而促使了產(chǎn)品質(zhì)量的飛躍。

4 結(jié)束語

數(shù)字化制造是企業(yè)未來發(fā)展的必由之路，也是推動(dòng)企業(yè)科技創(chuàng)新的源動(dòng)力，通過數(shù)字化制造技術(shù)的研究與初步應(yīng)用，很好地解決了企業(yè)當(dāng)前所面臨的瓶頸問題，同時(shí)為企業(yè)運(yùn)營管理與決策提供了行之有效的支撐工具與手段，隨著數(shù)字化制造技術(shù)的深入研究，今后還需要在大數(shù)據(jù)環(huán)境下的工藝數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、檢索以重復(fù)再生利用方面做更深探索和研究。

參考文獻(xiàn)：

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