基于MBD的機(jī)車協(xié)同設(shè)計(jì)方法研究

夏清潔+鄭楠+李躍利

摘 要 為了降低機(jī)車的研制周期，本文分析了MBD的技術(shù)原理及數(shù)據(jù)組成，研究了協(xié)同設(shè)計(jì)的原理，提出了基于MBD的協(xié)同設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)成熟度關(guān)鍵技術(shù)，并圍繞設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，給出了協(xié)同設(shè)計(jì)流程，為機(jī)車的協(xié)同設(shè)計(jì)提供了指導(dǎo)，可有效降低機(jī)車的研制周期。

關(guān)鍵詞 MBD；協(xié)同設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)成熟度；設(shè)計(jì)流程

中圖分類號(hào) U26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）12-0094-02

近年來(lái)，隨著市場(chǎng)需求對(duì)產(chǎn)品研發(fā)周期的縮短要求越來(lái)越高，致使傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)等瀑布式的研制模式越來(lái)越不滿足市場(chǎng)要求；隨著數(shù)字化產(chǎn)品定義技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品串行的研制模式向產(chǎn)品并行協(xié)同研制模式發(fā)生轉(zhuǎn)變。并行協(xié)同研制實(shí)現(xiàn)了將“設(shè)計(jì)-制造-檢驗(yàn)”的串行研制模式轉(zhuǎn)變?yōu)榱嗽O(shè)計(jì)、制造、檢驗(yàn)的并行模式，勢(shì)必大大縮短產(chǎn)品的研制周期，從而提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。本文通過(guò)對(duì)基于模型的定義（MBD）技術(shù)的研究，研究在MBD技術(shù)基礎(chǔ)上協(xié)同設(shè)計(jì)的方法，建立機(jī)車的協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)車研制模式的轉(zhuǎn)變。

1 MBD技術(shù)

作為一個(gè)集成的三維模型，MBD技術(shù)能夠完整地表達(dá)出產(chǎn)品的相關(guān)定義信息。所謂產(chǎn)品定義信息也就是產(chǎn)品的設(shè)計(jì)信息，主要是指產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)信息、尺寸標(biāo)注等。三維數(shù)字化模型的應(yīng)用使得傳統(tǒng)的二維工程圖逐漸消失，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的唯一性和準(zhǔn)確性也能進(jìn)一步保障，如圖1所示。

當(dāng)然，MBD是一個(gè)綜合性的整體，能夠準(zhǔn)確描述產(chǎn)品的幾何信息和非幾何信息，并不是進(jìn)行簡(jiǎn)單的系統(tǒng)標(biāo)注。工作人員只需要通過(guò)數(shù)字建模就能夠獲得產(chǎn)品的全部信息，不會(huì)過(guò)于依賴信息系統(tǒng)，使得產(chǎn)品設(shè)計(jì)更為精確。MBD技術(shù)的表現(xiàn)力更高，突破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的局限，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)特征、制造特征等能夠更好地被計(jì)算機(jī)和工程人員了解，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一體化。MBD模型的建立是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的過(guò)程，需要設(shè)計(jì)部門、工藝部門、檢驗(yàn)部門等的共同參與，之后該模型才能夠順利應(yīng)用到產(chǎn)品的工藝制造與檢驗(yàn)過(guò)程中。除此之外，MBD技術(shù)還將知識(shí)工程、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等充分融合起來(lái)，使得那些分散的知識(shí)集中起來(lái)，從實(shí)質(zhì)上說(shuō)這也是知識(shí)積累和技術(shù)創(chuàng)新的過(guò)程。MBD技術(shù)最早是由波音公司推廣適應(yīng)的，其747項(xiàng)目中MBD技術(shù)的使用將產(chǎn)品的研發(fā)周期大大縮短，研制效率提升。

2 協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)

協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)是一種系統(tǒng)化技術(shù)，主要是對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)資源等進(jìn)行整合，最終實(shí)現(xiàn)一體化。在協(xié)同設(shè)計(jì)之初，設(shè)計(jì)人員就充分考慮了不同成員之間的協(xié)調(diào)交互，并在此基礎(chǔ)上作出合適的安排。換句話說(shuō)，協(xié)同設(shè)計(jì)就是采用適當(dāng)?shù)牧鞒?，將兩個(gè)或兩個(gè)以上的設(shè)計(jì)主體協(xié)調(diào)起來(lái)，并給他們分配不同的任務(wù)，從而向著共同的設(shè)計(jì)目標(biāo)前進(jìn)。

協(xié)同研制過(guò)程中涉及設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)的協(xié)同、設(shè)計(jì)與工藝的協(xié)同、設(shè)計(jì)與工裝的協(xié)同。為了便于設(shè)計(jì)之間的更改的快速迭代、設(shè)計(jì)與制造之間的并行設(shè)計(jì)，來(lái)降低產(chǎn)品的研制周期，就必然在設(shè)計(jì)與設(shè)計(jì)之間的協(xié)同中，定義設(shè)計(jì)模型之間的骨架模型及接口規(guī)范；在設(shè)計(jì)與工藝、工裝關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)中，對(duì)設(shè)計(jì)模型成熟度進(jìn)行定義，當(dāng)符合一定成熟度等級(jí)后，方可將設(shè)計(jì)模型下發(fā)工藝及工裝設(shè)計(jì)部門；在進(jìn)行協(xié)同設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)必須進(jìn)行有效的管理，使得設(shè)計(jì)、工藝、工裝等人員能夠及時(shí)了解更改信息，因此，不能盡快有效規(guī)范協(xié)同研制的方法和數(shù)據(jù)管理問(wèn)題，協(xié)同研制也將無(wú)法推進(jìn)實(shí)施。

3 模型成熟度定義

并行協(xié)同技術(shù)的重要基礎(chǔ)就是模型的成熟度規(guī)范與管理。設(shè)計(jì)單位相關(guān)工作人員要仔細(xì)觀察產(chǎn)品設(shè)計(jì)的成熟度狀態(tài)，從而決定好哪些工作可以提前開展，哪些工作會(huì)后續(xù)開展。設(shè)計(jì)單位內(nèi)部要依據(jù)成熟度規(guī)范和管理的具體要求，進(jìn)行機(jī)車的多專業(yè)并行設(shè)計(jì)工作。目前，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，企業(yè)發(fā)展日益成熟，機(jī)車研制模式也不斷多樣。成熟度模型數(shù)據(jù)的預(yù)先發(fā)放，能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及后續(xù)工作的并行協(xié)同。制造單位也會(huì)根據(jù)其所發(fā)放的模型數(shù)據(jù)完成產(chǎn)品零件的分類及材料配比等，從而編制工藝文件，使得產(chǎn)品的各個(gè)部件都能夠提前開工投產(chǎn)。一般來(lái)說(shuō)，能夠進(jìn)行成熟度標(biāo)識(shí)的模型數(shù)據(jù)類型有很多種，例如機(jī)車總體外形布置模型、車體骨架模型，還有機(jī)械系統(tǒng)零組件和結(jié)構(gòu)零組件等。模型數(shù)據(jù)成熟度定義也是用來(lái)表示產(chǎn)品模型的具體完善狀態(tài)和詳細(xì)程度，從而判斷數(shù)據(jù)使用的合理與否。產(chǎn)品模型的成熟度形式多樣，可以標(biāo)識(shí)不同的狀態(tài)。當(dāng)然，未來(lái)相關(guān)信息標(biāo)準(zhǔn)部門要不斷完善成熟度的標(biāo)識(shí)方法，使該項(xiàng)工作能夠更好地進(jìn)行下去。

4 協(xié)同設(shè)計(jì)流程

協(xié)同設(shè)計(jì)涉及產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造、工裝、檢驗(yàn)的協(xié)同設(shè)計(jì)，對(duì)設(shè)計(jì)的源頭進(jìn)行技術(shù)成熟度等級(jí)評(píng)價(jià)，根據(jù)成熟度等級(jí)確定制造、工裝、檢驗(yàn)的協(xié)同設(shè)計(jì)內(nèi)容。例如在機(jī)車協(xié)同設(shè)計(jì)中，首先根據(jù)機(jī)車的設(shè)計(jì)需求，來(lái)確定機(jī)車空間設(shè)計(jì)要求。根據(jù)空間要求，進(jìn)行產(chǎn)品的幾何外形MBD模型設(shè)計(jì)，幾何設(shè)計(jì)完成進(jìn)行技術(shù)成熟度等級(jí)評(píng)價(jià)，確定出產(chǎn)品的幾何，進(jìn)而將數(shù)據(jù)下放到制造、工裝、檢驗(yàn)相關(guān)部門；制造部門接受到產(chǎn)品外形設(shè)計(jì)模型，進(jìn)行工藝分析，進(jìn)行產(chǎn)品初步的工藝、工裝、檢驗(yàn)方案的確定；而后設(shè)計(jì)部門在進(jìn)行零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成零件內(nèi)部結(jié)構(gòu)模型的構(gòu)建；在經(jīng)過(guò)評(píng)審定型，數(shù)據(jù)下發(fā)，制造、工裝、檢驗(yàn)部門接受數(shù)據(jù)后進(jìn)行制造工藝、工裝制造工藝、檢驗(yàn)工藝的編制。具體如圖2所示。

5 結(jié)論

本文圍繞未來(lái)機(jī)車設(shè)計(jì)方式的變化，開展了機(jī)車協(xié)同設(shè)計(jì)的研究，針對(duì)機(jī)車協(xié)同設(shè)計(jì)的傳遞數(shù)據(jù)，進(jìn)行了MBD數(shù)據(jù)集構(gòu)成的分析，進(jìn)而對(duì)協(xié)同設(shè)計(jì)的原理進(jìn)行了分析，提出了協(xié)同設(shè)計(jì)中的數(shù)據(jù)成熟度關(guān)鍵技術(shù)，分析了設(shè)計(jì)、制造、工裝、檢驗(yàn)的協(xié)同設(shè)計(jì)流程，為機(jī)車的協(xié)同設(shè)計(jì)提供了一種方法，可有效降低機(jī)車的研制

周期。

參考文獻(xiàn)

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