基于MBD 的飛機(jī)數(shù)字化制造技術(shù)

殷 飛

（陜西飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限公司，漢中 723000）

在我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平持續(xù)發(fā)展的時(shí)代背景下，航空航天領(lǐng)域必須加強(qiáng)信息化數(shù)字體系的研究，使飛機(jī)制造行業(yè)的發(fā)展符合當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)，顯著提升整體制造流程的技術(shù)性與實(shí)效性，從而推動(dòng)整個(gè)領(lǐng)域的發(fā)展與優(yōu)化。當(dāng)前，飛機(jī)制造行業(yè)中最常見的MBD 技術(shù)，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)踐已經(jīng)取得了良好的技術(shù)成果，有效滿足了航空航天領(lǐng)域的整體發(fā)展需求。

1 MBD 的技術(shù)內(nèi)涵與發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 技術(shù)內(nèi)涵

MBD 技術(shù)是在三維模型基礎(chǔ)上開展數(shù)字化定義過程常見的方法之一，能有效完成功能定義、工藝分析以及屬性管理等多個(gè)方面的工作。MBD 技術(shù)通過將產(chǎn)品的關(guān)系信息和制造信息與三維數(shù)字化模型相結(jié)合，有效解決了以往三維模型和二維工程圖共同的問題，為保證數(shù)據(jù)的一元性打下了基礎(chǔ)[1]。借助MBD 技術(shù)完成三維模型構(gòu)建后，相關(guān)部門與人員將以三維模型作為傳遞信息的直接方法，在企業(yè)內(nèi)部營(yíng)造一個(gè)協(xié)同的供應(yīng)鏈發(fā)展環(huán)境，最大限度地提升MBD 單一數(shù)據(jù)源的利用效率。在這樣的情況下，各個(gè)環(huán)節(jié)的投入時(shí)間將明顯減少，不僅可以優(yōu)化工作環(huán)境，還可以為提升產(chǎn)品質(zhì)量與效率提供有利條件。

MBD 技術(shù)分為3 個(gè)層次。首先，對(duì)MBD 技術(shù)的規(guī)范，主要包括對(duì)數(shù)字化協(xié)調(diào)的規(guī)范、數(shù)據(jù)組織的規(guī)范以及工藝設(shè)計(jì)的規(guī)范；其次，對(duì)MBD 技術(shù)規(guī)范的延伸，主要包括數(shù)字化協(xié)調(diào)規(guī)范和三維建模系統(tǒng)，與零部件主定位（Main Locate Position，MLP）系統(tǒng)共同發(fā)揮重要作用；最后，對(duì)MBD 技術(shù)的應(yīng)用，是整個(gè)系統(tǒng)流程中最關(guān)鍵的部分，主要由PLM 系統(tǒng)加以演化形成三維數(shù)據(jù)可視化應(yīng)用系統(tǒng)。它主要包括工藝的查詢與瀏覽、工藝參數(shù)下載以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)連接等功能。

1.2 發(fā)展現(xiàn)狀

就當(dāng)前的發(fā)展形勢(shì)來看，我國(guó)航空領(lǐng)域?qū)BD 技術(shù)的應(yīng)用更多體現(xiàn)在CAPP 系統(tǒng)、PDM 系統(tǒng)等方面。這些應(yīng)用停留在較為基礎(chǔ)的層面，與MBD 飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)體系存在很大差距，在動(dòng)態(tài)性、協(xié)調(diào)性以及技術(shù)流暢性方面具有較大的進(jìn)步空間。

2 在飛機(jī)制造過程中應(yīng)用MBD 的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.1 有效提取產(chǎn)品特性

在飛機(jī)制造過程中使用MBD 技術(shù)可以更好地幫助用戶結(jié)合自身實(shí)際需求完成對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)的提取，并在此基礎(chǔ)上展開后續(xù)數(shù)模測(cè)量和標(biāo)注等活動(dòng)，同時(shí)可以借助系統(tǒng)中的自定義功能完成對(duì)飛機(jī)制造信息的分類與提取。飛機(jī)制造信息主要包括系統(tǒng)組成部件和機(jī)體結(jié)構(gòu)配置。裝配件由多個(gè)零件與連接件組成。裝配件的構(gòu)成比較復(fù)雜時(shí)，需要根據(jù)不同區(qū)域加以劃分?？紤]到飛機(jī)制造的復(fù)雜性，在實(shí)際開展工作的過程中往往會(huì)涉及到大量的零件和繁雜的空間結(jié)構(gòu)，會(huì)在一定程度上影響MBD 數(shù)模內(nèi)部一系列數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度，導(dǎo)致不能完全按照客戶的實(shí)際需要提供數(shù)據(jù)，因此需要結(jié)合客戶的實(shí)際需求來提取數(shù)模，進(jìn)而得到需要的信息。

2.2 減少裝配誤差

實(shí)施基于MBD 的裝配技術(shù)的主要目的是將相關(guān)零部件在預(yù)先設(shè)計(jì)好的界面上完成裝配，顯著提升裝配的精準(zhǔn)程度。同時(shí)，整個(gè)流程充分發(fā)揮了數(shù)字化定位系統(tǒng)與檢驗(yàn)測(cè)量系統(tǒng)在飛機(jī)制造過程中的重要作用，可以更好地完成在裝配過程中對(duì)飛機(jī)狀態(tài)的實(shí)時(shí)調(diào)整。為了最大限度地保證飛機(jī)裝配時(shí)其大部件可以有效滿足設(shè)計(jì)需求，可以在裝配時(shí)引入數(shù)字化裝配定位工裝，通過工裝自帶的機(jī)器人操作系統(tǒng)優(yōu)化飛機(jī)的裝配操作，同時(shí)通過激光跟蹤系統(tǒng)完成飛機(jī)的數(shù)字化定位，盡可能滿足機(jī)身波紋度的設(shè)計(jì)需求。值得注意的是，在飛機(jī)的制造過程中，采用陣列式數(shù)字化裝配定位技術(shù)可以在有效降低檢驗(yàn)難度的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)飛機(jī)部件裝配誤差的最小化，從而進(jìn)一步提升飛機(jī)制造檢驗(yàn)工作效率[2]。

2.3 優(yōu)化檢驗(yàn)點(diǎn)設(shè)置

飛機(jī)制造過程中存在多個(gè)裝配重點(diǎn)流程，需要相關(guān)技術(shù)人員加強(qiáng)管理。其中，對(duì)檢驗(yàn)點(diǎn)的具體設(shè)置是整個(gè)流程的重中之重。飛機(jī)開展裝配檢驗(yàn)與檢查工作可將流程分成多個(gè)步驟，通過加強(qiáng)對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的檢驗(yàn)，可有效實(shí)現(xiàn)對(duì)整體檢驗(yàn)流程的驅(qū)動(dòng)，提升飛機(jī)裝配質(zhì)量。在此過程中，技術(shù)單位應(yīng)最大限度地保證各個(gè)檢驗(yàn)點(diǎn)設(shè)置的科學(xué)性與合理性，同時(shí)嚴(yán)格遵循設(shè)計(jì)要求和產(chǎn)品驗(yàn)收技術(shù)要求，及時(shí)對(duì)檢驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，并結(jié)合實(shí)際情況提出相應(yīng)的調(diào)整方案，為提升飛機(jī)整體裝配質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。

2.4 加速飛機(jī)制造模式的創(chuàng)新

社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)水平的提升，很大程度上推動(dòng)了飛機(jī)制造模式的創(chuàng)新與完善。當(dāng)前飛機(jī)制造是多元化的發(fā)展模式，即多個(gè)生產(chǎn)廠家聯(lián)合生產(chǎn)，通過組織協(xié)作完成相應(yīng)的生產(chǎn)工作。在MBD 技術(shù)的影響下，傳統(tǒng)的飛機(jī)生產(chǎn)模式開始向全新的模式轉(zhuǎn)變，借助跨組織研發(fā)和多專業(yè)協(xié)同展開飛機(jī)研發(fā)，充分推動(dòng)了整體工作過程的多樣化發(fā)展。尤其是在飛機(jī)研制階段，前期準(zhǔn)備工作、統(tǒng)一化管理工作以及數(shù)字化建設(shè)工作等各個(gè)環(huán)節(jié)都需要進(jìn)一步優(yōu)化與完善，從而進(jìn)一步發(fā)揮飛機(jī)設(shè)計(jì)單位與研制單位在飛機(jī)制造過程中的優(yōu)勢(shì)作用，為提升工程數(shù)據(jù)管理的技術(shù)水平打下基礎(chǔ)。

3 MBD 技術(shù)在飛機(jī)制造過程中的實(shí)際應(yīng)用

3.1 數(shù)字化定義技術(shù)

在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中實(shí)施數(shù)字化處理，目的是在實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造的基礎(chǔ)上借助數(shù)字化形式完成對(duì)產(chǎn)品的描述。在MBD 技術(shù)的影響下，數(shù)據(jù)化產(chǎn)品的管理必須嚴(yán)格按照技術(shù)要求執(zhí)行，同時(shí)考慮到飛機(jī)零部件設(shè)備量多、繁雜等特征，進(jìn)一步加強(qiáng)各個(gè)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)的管理，進(jìn)而有效提升信息管理的合理性與時(shí)效性。

3.2 工藝裝備設(shè)計(jì)制造集成技術(shù)

工藝裝備設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)施是在三維數(shù)據(jù)化的基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)字和工藝樣機(jī)，有效開展相關(guān)設(shè)計(jì)仿真環(huán)節(jié)的管理與研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工程系統(tǒng)技術(shù)設(shè)備的創(chuàng)新與完善。在進(jìn)行飛機(jī)產(chǎn)品與相關(guān)工藝產(chǎn)品研發(fā)過程中，還可以充分發(fā)揮三維關(guān)聯(lián)與在線技術(shù)的重要作用，使數(shù)字化工藝技術(shù)可以更好地落實(shí)于數(shù)字化研發(fā)工作中。這樣的有機(jī)融合不僅可以很大程度地推動(dòng)制造數(shù)字化的發(fā)展，還可以進(jìn)一步提升飛機(jī)制造流程的科學(xué)性與精準(zhǔn)性。

3.3 檢測(cè)與質(zhì)量控制技術(shù)

借助MBD 技術(shù)開展多種樣機(jī)種類制造的過程中，三維工藝技術(shù)研發(fā)工作是重點(diǎn)環(huán)節(jié)。實(shí)現(xiàn)對(duì)三維數(shù)字圖形轉(zhuǎn)化的有效辨別，需要加強(qiáng)對(duì)技術(shù)手段、數(shù)據(jù)模型以及檢驗(yàn)計(jì)劃等諸多環(huán)節(jié)的掌握。只有充分保證PDM 數(shù)據(jù)模型與數(shù)字樣機(jī)、工藝數(shù)字樣機(jī)有機(jī)結(jié)合，才能夠進(jìn)一步提升相關(guān)制造檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的科學(xué)性與合理性，增強(qiáng)各產(chǎn)品之間的架構(gòu)聯(lián)系，將其充分落實(shí)于質(zhì)量控制管理體系，將相關(guān)的質(zhì)量檢測(cè)數(shù)據(jù)納入檔案，為后續(xù)的制造過程提供數(shù)據(jù)支持。

4 MBD 技術(shù)在飛機(jī)制造中的發(fā)展前景

MBD 技術(shù)在使用過程中使飛機(jī)制造形成了以外形為基準(zhǔn)的三維數(shù)字樣機(jī)，進(jìn)一步豐富了設(shè)計(jì)制造體系的功能運(yùn)行，更好地為飛機(jī)全生命周期試驗(yàn)、飛機(jī)試飛以及后續(xù)維護(hù)等多方面工作的順利開展提供了技術(shù)支持。就當(dāng)前的發(fā)展形勢(shì)來看，MBD 技術(shù)在產(chǎn)品全生命周期研究環(huán)節(jié)，通過全三維數(shù)字化制造體系的構(gòu)建，只能完成對(duì)以數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制造能力的初步提升，而在針對(duì)用戶需求以及服務(wù)等方面的研究體系仍需進(jìn)一步優(yōu)化與提升[3]。因此，在未來發(fā)展過程中應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)場(chǎng)景模型、功能模型以及性能模型等方面的重點(diǎn)突破，同時(shí)完善用戶與供應(yīng)商之間的服務(wù)保障，更徹底地落實(shí)MBD 技術(shù)。同時(shí)，需要進(jìn)一步加強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和人工智能技術(shù)在飛機(jī)制造過程中的應(yīng)用，使得MBD 技術(shù)分析可以真正應(yīng)用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、試驗(yàn)以及制造等多個(gè)環(huán)節(jié)，有效推動(dòng)飛機(jī)制造水平的不斷提升，為航空航天領(lǐng)域的創(chuàng)新與轉(zhuǎn)型奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)語

MBD 技術(shù)的應(yīng)用對(duì)優(yōu)化飛機(jī)制造流程起到了至關(guān)重要的作用，不僅可以顯著提升時(shí)效性，還可以在很大程度上優(yōu)化飛機(jī)制造環(huán)境，提升飛機(jī)制造的效率與質(zhì)量。因此，在飛機(jī)制造過程中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)不斷加強(qiáng)對(duì)相關(guān)技術(shù)的掌握，充分發(fā)揮數(shù)字化定義技術(shù)、工藝裝備設(shè)計(jì)制造集成技術(shù)以及檢測(cè)與質(zhì)量控制等技術(shù)的重要作用，更好地促進(jìn)航空航天產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展。