MBD技术在飞机制造中的应用与展望.pptVIP

冯潼能 ftn@ 中航工业西安飞机工业集团有限公司 2011.6 工程定义需要清晰、准确、明白和无歧义的表达，中国古代就有用物理实体模型（如：故宫“样式雷”）和二维绘图法以及工程范例法（如“营造法式”）等表达工程思想，但缺乏通用、简单和标准方法，模型制作成本高昂，信息的传递和复制也相当困难。从1795年法国科学家蒙日系统的提出画法几何原理，1840年发明蓝图以来，工程师们一直使用标准二维平面工程视图来描述产品，使其成为第一代通用标准工程语言。令人惊异的是虽然数百年间，人类的工程技术发生了天翻地覆的变化，但工程设计工具却没有发生根本性的进步，我们使用与哥伦布时代设计航海船时几乎相同的设计工具来设计航天飞机！受制与纸制二维图表现力的限制,在从实体形象向抽象的二维视图表达方式相互转换浪费了设计师/工程师大量的精力,也不可避免的出现歧义和偏差,也使得绘制和判读工程图成为需经严格专业训练的高度复杂的技术工作。 随着计算机的广泛应用，CAD技术越来越成为工程表达的标准方式，逐渐成为第二代工程语言。随着数字化设计、制造技术的发展，基于特征表述和控制的MBD将成为第三代工程语言。 MBD(Model Based Definition):是目前波音推行的新一代产品定义方法。其核心思想是：全三维基于特征的表述方法，基于文档的过程驱动；融入知识工程、过程模拟和产品标准规范等。它用一个集成的三维实体模型可完整的表达产品定义信息。即将制造信息和设计信息（三维尺寸标注及各种制造信息和产品结构信息）共同定义到产品的三维数字化模型中，从而取消二维工程图，保证设计数据的唯一性。MBD不是简单的三维标注+三维模型，它不仅描述设计几何信息而且定义了三维产品制造信息和非几何的管理信息（产品结构、PMI、BOM….etc)，使用人员仅需一个数模既可获取全部信息减少了对其他信息系统的过度依赖，使设计/制造厂/供应商之间的信息交换可不完全依赖信息系统的集成而保持有效连接。 三代设计语言的比较： 第一代：手工二维图。按照画法几何原理用标准化的手绘二维图表达三维实体的定义方法，定义有可能存在歧义。绘制和解读均需专门训练，要求工程人员具有良好的空间想象能力（这需要一定的天赋）。图纸的再利用能力几乎没有。定义的质量完全依赖设计人员的个人能力。 第二代：计算机辅助绘图。包括二维和三维数模，其中二维数模仅仅是手工二维图的计算机化，三维数模极大的改善了设计意图的解读效率，但仍然未解决定义不规范、单源数据问题，解读人员仍然需要参考多个技术文件方能 完全解读。仍然完全依赖人工解读。模型有一定的再利用能力。定义的质量严重依赖设计人员的个人能力。 第三代：MBD。基于特征的标准化定义。可方便的被计算机和人员解读，使数字化设计/制造一体化成为可能。单源数据，文档驱动。解读人员仅需一个文档便能获得全部的技术信息。模型的再利用能力强。定义的质量比较依赖设计人员的个人能力。它通过一系列规范的方法能够更好的表达设计思想和更强的表现力，同时打破了设计制造的壁垒，其设计、制造特征能够方便的为计算机和工程人员解读，而不是传统的定义方法只能被工程人员解读。有效的解决设计/制造一体化的问题。 典型的波音MBD例子： 1.MBD应用现状: 波音公司从九十年代初的777型飞机开始，全面采用CATIA软件进行飞机的结构设计和数字化预装配，开创了数字化设计的技术体系。90年代中期开展的737-NX项目中波音先后实施了数字化定义、并行工程和PLM应用。建立和实施了飞机构型定义与控制/制造资源管理（DCAC/MRM）应用，使数字化设计和应用技术达到了一个新的高度。在DCAC/MRM技术体系中就已经提出了MBD的思想，由于在技术转型期间，波音内部的某些生产流程及大量的供应商的设计、制造和检验手段还未达到MBD技术体系的要求，因此，仍保留部分二维图为制造依据，承包商可选择使用三维或二维图纸等。 DCAC/MRM的成功应用使飞机的研制周期缩短50%，更改减少一半，成本降低25%，较大的提高了用户满意度，但是波音并没有停止先进技术应用的脚步。决定将787项目的数字化环境由DCAC/MRM改为全新的，适合787研制需要的GCE（全球协同环境）平台。GCE平台继承了DCAC/MRM的模块化思想，其最重要的进步是全面应用了MBD技术，基于网络建立了关联的单一数据源的核心流程和系统框架，实现了飞机研制的全生命周期的管理。这一体系显著的特点是在三维数据集中定义了所有的产品信息，完全取代了二维工程图纸的作用。使得MBD