導(dǎo)讀：飛機研制采用MBD技術(shù)推進(jìn)了飛機研制模式的創(chuàng)新，“三維工藝設(shè)計平臺+DCE平臺+ERP生產(chǎn)管控平臺”構(gòu)成的集成化的綜合信息管理平臺是企業(yè)打通產(chǎn)品數(shù)字化制造的工具；“MBD模型+三維指令(AO/FO)+檢驗計劃”是企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、質(zhì)量控制等產(chǎn)品實現(xiàn)過程所依賴的機制創(chuàng)新。
作者：拜明星 | 來源：航空制造技術(shù)
基于模型定義(Model Based Definition，MBD)是一種新的產(chǎn)品數(shù)字化定義技術(shù)，用集成的三維實體模型來完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息，詳細(xì)規(guī)定了三維實體模型中產(chǎn)品定義、公差的標(biāo)注規(guī)則和工藝信息的表達(dá)方法，三維實體模型成為生產(chǎn)制造過程中的唯一依據(jù)。
波音公司787客機采用了“基于模型的產(chǎn)品定義”技術(shù)，實現(xiàn)了產(chǎn)品關(guān)聯(lián)設(shè)計、通過建立全球協(xié)同平臺(GCE)實現(xiàn)了與合作伙伴協(xié)同研制，這徹底地改變了研制流程、研制方法和飛機研發(fā)模式。新飛機工程全面應(yīng)用MBD技術(shù)，采用多廠所異地協(xié)同的研制模式，為航空產(chǎn)業(yè)的跨越發(fā)展提供了難得的機遇。
飛機研制采用了基于MBD技術(shù)，構(gòu)建了設(shè)計制造的協(xié)同工作平臺（簡稱DCE平臺），解決了產(chǎn)品制造的單一數(shù)據(jù)源，實現(xiàn)了產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計。DCE平臺通過與企業(yè)ERP系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)了飛機裝配現(xiàn)場“無紙化”，取得了非常顯著的效果。
01
在DCE平臺中依據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)集（EBOM、MBD模型等），完成工藝規(guī)劃工作：編制工藝總方案、構(gòu)建了PBOM、劃分裝配流程、建立頂層MBOM：開展工藝準(zhǔn)備工作，完成零組件交接狀態(tài)/毛料供應(yīng)狀態(tài)、工裝申請及其技術(shù)條件的簽審與控制，二維形式指令A(yù)O/FO設(shè)計、工程更改貫徹、檢驗計劃編制及其簽審等，實現(xiàn)了EBOM/PBOM/MBOM的技術(shù)狀態(tài)管理，實現(xiàn)了產(chǎn)品制造的關(guān)聯(lián)工藝設(shè)計。
02
飛機研制中產(chǎn)品檢驗檢測與過程控制采用了檢驗計劃（檢驗規(guī)程）。檢驗汁劃規(guī)范了檢查項目、檢查方法、儉測工量具、明確了檢驗活動的具體要求，是檢驗人員驗收產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)文件在DCE平臺的工藝指令的編制環(huán)境中編制檢驗計劃，DCE平臺進(jìn)行審簽流程管理，提高了檢驗設(shè)計工作質(zhì)量。
03
AO/FO/檢驗計劃在DCE平臺中完成流程審簽定版后通過DCE發(fā)布至ERP，加入作業(yè)計劃信息后發(fā)布到現(xiàn)場的工控機或工作站驅(qū)動生產(chǎn)線上零組件配套出入庫，零組件的開工、完工并記錄質(zhì)量控制過程，在飛機研制裝配現(xiàn)場實現(xiàn)了“無紙化”管理。
04
從傳統(tǒng)的二維工程圖到應(yīng)用MBD模型，承制單位的體制、流程、標(biāo)準(zhǔn)、文件制度和軟硬件環(huán)境等基本建成，通過大規(guī)模測試和研制驗證，貫通了主要的工藝設(shè)計、生產(chǎn)組織、產(chǎn)品質(zhì)量控制等主要流程。雖然取得了顯著的應(yīng)用效果，但仍然暴露出一些問題：基于MBD技術(shù)的工藝設(shè)計仍然以二維工藝指令為主、三維工藝設(shè)計和生產(chǎn)現(xiàn)場的“可視化”管理還在探索階段，存在三維產(chǎn)品模型信息應(yīng)用不深入，制造知識管理薄弱、利用率不高、工藝指令表達(dá)方式與共享手段單一，基于MBD技術(shù)的產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)管理、生產(chǎn)組織、質(zhì)量控制等制度文件還不夠完善，零組件制造現(xiàn)場的計算機軟、硬件資源還不能支撐全面“無紙化”等問題。因此，構(gòu)建三維工藝設(shè)計平臺并與DCE平臺和ERP現(xiàn)場管控平臺實現(xiàn)高度集成，才能實現(xiàn)三維工藝設(shè)汁和生產(chǎn)現(xiàn)場的“可視化”。
面向工藝設(shè)計與管理過程、根據(jù)業(yè)務(wù)需求定制建立三維工藝設(shè)計平臺，突破與DCE平臺集成的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)三維工藝設(shè)計、實現(xiàn)工藝關(guān)聯(lián)設(shè)計。工藝設(shè)計人員通過三維工藝設(shè)計平臺完成基于產(chǎn)品MBD模型的工藝規(guī)劃、工藝設(shè)計、工藝仿真以及工藝指令簽審等工藝設(shè)計任務(wù)。
01
選用適合飛機制造特點的、成熟的、商業(yè)化軟件DELMIA系統(tǒng)為數(shù)字化三維設(shè)計平臺，根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行DELMIA的定制開發(fā)，解決與DCE平臺集成的關(guān)鍵技術(shù)，建立適應(yīng)企業(yè)特點的三維工藝設(shè)計平臺。三維工藝設(shè)計平臺包括如下主要模塊：工程數(shù)據(jù)集成模塊、工藝規(guī)劃模塊、工藝設(shè)計與仿真模塊、BOM管理模塊、工藝指令發(fā)布模塊和工藝知識管理模塊，其功能邏輯關(guān)系如圖1所示。
圖1 三維工藝設(shè)計功能邏輯關(guān)系
02
在基于MBD的設(shè)計、制造一體化的工作模式下，產(chǎn)品設(shè)計環(huán)境需要與三維工藝設(shè)計環(huán)境高度集成。通過DCE平臺將關(guān)聯(lián)設(shè)計的零部件的MBD工程數(shù)據(jù)集以及被更改信息完整、系統(tǒng)地向制造環(huán)節(jié)傳遞。在三維工藝設(shè)計環(huán)境中能夠及時準(zhǔn)確地獲取該工程數(shù)據(jù)集及工程更改并予以處理，在此基礎(chǔ)上開展工藝規(guī)劃、工藝設(shè)計與仿真工作，最終保證工程設(shè)計數(shù)據(jù)集與制造數(shù)據(jù)集的一致性、準(zhǔn)確性和可追溯性。
03
(1)PBOM建立。
需要充分利用MBD工程數(shù)據(jù)集，以EBOM和三維數(shù)字樣機為基礎(chǔ)，進(jìn)行頂層工藝規(guī)劃，根據(jù)生產(chǎn)單位制造能力、生產(chǎn)單元布局、工藝專業(yè)類型以及制造經(jīng)濟(jì)性，構(gòu)建工藝組合件，進(jìn)行零件、組件和部件的工藝路線設(shè)計，形成PBOM。
(2)頂層MBOM建立。
在三維工藝設(shè)計環(huán)境下確定大部件對接要求和專業(yè)廠的職能分配、考慮協(xié)調(diào)要素、協(xié)調(diào)措施的可靠性，進(jìn)行裝配單元劃分，將零組件、標(biāo)準(zhǔn)件的位置、種類和數(shù)量準(zhǔn)確地配套到裝配單元。
04
在頂層工藝規(guī)劃PBOM、頂層MBOM規(guī)劃的基礎(chǔ)之上，DELMIA系統(tǒng)作為工具級應(yīng)用從DCE平臺下載并導(dǎo)入裝配件的EBOM/PBOM、MBD模型或輕量化模型，工裝模型或輕量化模型，進(jìn)行頂層工藝規(guī)劃，頂層MBOM建立，裝配流程/加工過程設(shè)計，通過仿真驗證并優(yōu)化裝配流程/加工過程形成三維指令(AO和FO)。
(1)裝配件工藝詳細(xì)設(shè)計。
裝配件工藝詳細(xì)設(shè)計是通過三維工藝設(shè)計與裝配仿真驗證工具進(jìn)行參裝件的裝配順序、裝配操作、裝配路徑的詳細(xì)設(shè)計，建立參裝件、工裝資源和工藝過程的關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)裝配過程的仿真，并依據(jù)仿真結(jié)果，迭代優(yōu)化裝配工藝設(shè)計，完成三維AO指令的生成。
(2)零件制造工藝詳細(xì)設(shè)計。
零件制造工藝詳細(xì)設(shè)計是按照機加件、鈑金件、非金屬件和管路零件等類型，通過三維工藝設(shè)計與相應(yīng)的零件加工仿真工具完成加工過程的仿真、迭代優(yōu)化零件制造工藝設(shè)計，完成三維FO指令的生成。
(3)三維工藝知識庫。
整理和挖掘典型工藝數(shù)據(jù)，組織和構(gòu)建典型工藝庫、典型工序庫、典型工步庫，形成工藝實例庫，同時構(gòu)造工裝等基礎(chǔ)制造資源庫，與典型工藝知識關(guān)聯(lián)，最終形成工藝模板、典型實例和裝配資源相互關(guān)聯(lián)的工藝知識實例庫。工藝設(shè)計人員可以直接重用典型工藝，也可以基于工藝模板，快速組織典型工序和典型工步，關(guān)聯(lián)制造資源，實現(xiàn)基于知識的快速工藝設(shè)計。工藝知識重用框架如圖2所示。
圖2 工藝知識重用框架
05
在三維數(shù)字化工藝設(shè)計平臺中，利用文字、仿真動畫、輕量化模型和圖片等多種數(shù)據(jù)格式編制三維工藝指令，通過三維數(shù)字化工藝設(shè)計平臺與DCE協(xié)同平臺的接口程序自動載入DCE協(xié)同平臺，在DCE中實現(xiàn)三維工藝指令流程的審簽發(fā)布、組織和管理。
飛機生產(chǎn)中裝配過程十分復(fù)雜，參裝零組件多、配套類型多、控制過程復(fù)雜，加之裝配件按架次組織生產(chǎn)而零件制造是按批次投產(chǎn)等多種因素，決定了三維裝配指令A(yù)O比零件制造指令FO的編制、審簽與控制管理復(fù)雜，解決了三維裝配指令A(yù)O管理中存在的問題，由此三維制造指令FO管理中存在的問題就能解決。三維裝配指令A(yù)O的生成與仿真流程如圖3所示，三維裝配指令A(yù)O指令形式如圖4所示。
圖3 三維裝配指令A(yù)O的生成與仿真流程
圖4 三維裝配指令A(yù)O指令
06
在三維工藝設(shè)計平臺DELMIA中完成仿真驗證后的三維AO/FO與其對應(yīng)零組件的檢驗計劃以XML的格式輸出到DCE平臺中。在DCE平臺中完成三維AO/FO/檢驗計劃流程審簽定版。在DCE平臺中定版的三維AO，其配套清單中的零組件由DCE平臺自動解析為MBOM底層結(jié)構(gòu)，并將定版的AO信息和解析后的MBOM底層結(jié)構(gòu)發(fā)送至生產(chǎn)管控系統(tǒng)。三維AO/FO/檢驗計劃、頂層MBOM在DCE平臺巾定版后，通過DCE的自動打包程序發(fā)布至ERP。在ERP生產(chǎn)管控系統(tǒng)中，接收到三維AO/FO/檢驗計劃并解析生成完整的MBOM。在ERP生產(chǎn)管控系統(tǒng)中通過加入作業(yè)計劃信息后下發(fā)生產(chǎn)任務(wù)到現(xiàn)場的工控機或工作站上，工人在生產(chǎn)現(xiàn)場開始執(zhí)行自己的工作，完成零組件配套出庫、開工和完工?，F(xiàn)場的數(shù)據(jù)采集及完工、檢驗刷卡等都在AO/FO流程卡記錄質(zhì)量控制信息，其過程如圖5所示。
圖5 生產(chǎn)現(xiàn)場可視化
飛機研制采用MBD技術(shù)推進(jìn)了飛機研制模式的創(chuàng)新，“三維工藝設(shè)計平臺+DCE平臺+ERP生產(chǎn)管控平臺”構(gòu)成的集成化的綜合信息管理平臺是企業(yè)打通產(chǎn)品數(shù)字化制造的工具；“MBD模型+三維指令(AO/FO)+檢驗計劃”是企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)、質(zhì)量控制等產(chǎn)品實現(xiàn)過程所依賴的機制創(chuàng)新。
構(gòu)建三維工藝設(shè)計平臺，開展三維工藝設(shè)計，充分發(fā)揮了MBD技術(shù)的優(yōu)勢，提升了工藝規(guī)劃和工藝設(shè)計的質(zhì)量。三維工藝設(shè)計平臺與DCE平臺集成，DCE平臺與ERP現(xiàn)場管控平臺的集成打通了三維工藝設(shè)計和現(xiàn)場生產(chǎn)的“可視化”，引起了數(shù)字化制造技術(shù)的重大變革。這對于提高我國國防裝備的快速研制和生產(chǎn)能力，縮短產(chǎn)品研制周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本都具有重要的現(xiàn)實意義。
