基于MBD的全三维工艺规程卡构建研究
李晗冰
[摘 要]传统的二维工艺设计平台已经越来越无法满足现代航空制造业对高精度及异型复杂零件的工艺设计需求。为此一些有能力的航空制造企业依靠自身技术的积累实现了三维工艺设计平台的搭建，不仅提升了产品的质量而且极大地缩短了产品研发的周期，但是这些工艺设计平台由于没有采用MBD模型，不能充分体现出三维工艺设计平台的优势。本文通过分析国内三维工艺设计平台存在的不足，结合现代航空制造业的业务特点，并充分利用MBD模型，设计出符合国内航空制造企业的需求全三维工艺设计平台。
[关键词]MBD；全三维；工艺设计平台
中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）21-0084-01
1 引言
随着航空工业的蓬勃发展和国家武器装备的迫切需要，航空制造企业面临着大量的飞机研发制造任务，然而传统的飞机工艺设计平台存在设计耗时长，设计精度低，协同能力差等问题，越来越无法满足现代航空制造企业的工艺准备和制造生产要求。为此本文通过对飞机制造流程的分析，并结合MBD（Model Based Definition）技术对传统的飞机设计和制造手段进行了突破性的改进，建立起了适合飞机快速研制的全三维模型工艺设计平台，不仅提高了产品质量，又极大地缩短了研制周期，为航空企业能够快速地进行新产品开发提供了重要的技术支持。
MBD又称三维标注技术，是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法。该技术方法利用三维实体模型来对产品的尺寸、公差和工艺信息进行描述，在三维立体空间上对产品进行可视化展示，从而使设计目标更加立体化和形象化。同时又由于该技术方法能够让设计人员直观的感受到产品设计的不足，方便了其对产品的修改，进而大大提高了设计效率。
目前，在国内一些航空制造企业虽然利用自身积累的技术一定程度上实现了制造现场的三维可视化，但是还存在很多问题，主要包括如下几个方面：
1.脱离了MBD模型，在搭建三维工艺设计平台中只采用了轻量化的工程数据模型，而没有采用MBD模型，从而影响了三维数模信息的完整传递，限制了三维可视化的丰富程度；2.只是对数据进行了简单的分离，并没有保留数据之间的关联性，从而不能保证单一产品数据源；3.在整个设计制造的全生命周期管理中没有把EBOM（Engineering Bill of Material）、MBOM（Manufacturing Bill of Material）和工艺数据进行有机的关联，从而不利于版本管理、更改管理和有效性管理。因此本文在基于MBD的全三维工艺设计平台的设计中充分考虑EBOM、MBOM、工艺设计方法、工艺工装、生产设备管理、工艺数据管理和现场可视化系统的关联性和集成性，设计出具有一定特色的、满足并促进MBD发展的工艺设计平台。
2 平台的总体设计方案及业务流程
本文的全三维模型工艺设计平台在设计的过程中，不仅充分地考虑了目前国内主机飞机设计所工程数据MBD模型的数据特点，而且又针对当前国内现有的三维工艺设计平台所存在的问题进行了改进，从而为企业工艺人员提供了方便统一的工艺设计工具。其主要的改进集中在如下几个方面：
（1）以VPM（Virtual Product Management）为设计环境，使该全三维工艺设计平台不仅能够支持PBOM和MBOM的划分，而且在业务管理和业务应用上，统一采用的MBD模型作为数据传递的源头，从而使该平台能够充分的发挥出MBD模型的优势。通过VPM来对EBOM和MBOM间的关联关系进行管理，从而使该平台具备查询、报警等功能。（3）利用CATIA（Computer Aided Three Dimensional Interactive Application）的设计环境来完成AO（Assembly Order），FO（Fabrication Order）的编制，具体包括裝配模块的AO编制和机加、复材、钣金等专用模块的FO编制。（4）把工艺数据与MBD模型的数据关联信息，保存在系统平台中，从而加强全生命周期的管理。（5）按需向生产制造现场可视化输出MBD工艺和基于轻量化模型的工艺。
为此本文基于MBD模型的全三维工艺设计平台主要包括五个部分，其分别是数据获取模块、工艺规划模块、工艺规程编制模块、工艺规程审查模块、工艺规程场景设计模块。
2.1 数据获取模块
该模块的主要作用是从国内某主机飞机设计所的设计服务器VPM端获取原始的设计数据，通过复制方式和对管路的拆分来形成原始EBOM数据，作为工艺规程和设计的基础。在该模块中主要涉及两种业务角色分别是系统管理员和制造数据中心。其中系统管理员要根据不同的飞机型号来创建对应的项目，然后在DMC系统上为每个创建的项目建立用户账号，并对人员的权限进行设定，从而使不同的人员只能获取与其角色相对应的数据。制造数据中心利用系统管理员提供的用户账号，登录到设计所的VPM中，将设计所当前完整的EBOM数据导入到MBPP（Model Based Process Planning）系统中，并根据企业的相关要求，对获取的EBOM数据进行映射处理。
2.3 工艺规程编制模块
该模块在工艺规划模块完成AO后进行装配仿真。在该模块中只涉及了车间工艺员一个业务角色，该车间工艺员需要对自己负责的部件进行拆分组合（包括标准件划分），初步决定自己负责的产品结构需多少工艺规程完成装配，构建相应MBOM节点，并根据装配需要提出工装需求；然后完成三维工艺规程的编写，并开启审核流程，等待相关人员对自己编写的工艺规程进行审核。
2.4 工艺规程审查模块
该模块主要是对工艺规程编制模块提交的三维工艺规程进行审核，检查编写的工艺规程是否存在错误和其书写格式是否符合规范，从而提高工艺规程的编写质量。在该模块中也涉及了厂领导或者工艺组长这一个业务角色，该业务角色在CATIA三维环境下审签工艺员完成的工艺规程。
3 结束语
本文利用MBD模型设计出了基于MBD的全三维工艺设计平台，该平台使航空工业实现了飞机制造研发工艺的三维可视化展示，使飞机产品制造工艺设计平台具有一定的智能化和自动化特征，证明了基于MBD的全三维工艺设计平台的可行性，同时也表明了其在研究和实际应用上都具有较高的价值，为实现航空制造业的智能化提供了研究思路和理论依据。
参考文献
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