MBD是這10年來(lái)制造行業(yè)的研究重點(diǎn)和熱點(diǎn)，特別是以航空制造企業(yè)為代表。MBD( Model Based Definition)是將產(chǎn)品的所有相關(guān)設(shè)計(jì)定義、工藝描述、屬性和管理等信息都附著在產(chǎn)品三維模型中的先進(jìn)的數(shù)字化定義方法。從傳統(tǒng)的二維加三維數(shù)字化產(chǎn)品定義進(jìn)化到MBD數(shù)字化定義技術(shù)，核心的轉(zhuǎn)變是原來(lái)的二維工程圖和零件表定義與應(yīng)用，完全被MBD數(shù)據(jù)集（三維標(biāo)注）所代替。該規(guī)范包括了從設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、檢驗(yàn)、質(zhì)量等相關(guān)環(huán)節(jié)，其中三維工藝是建設(shè)MBD的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

1 國(guó)內(nèi)外航空企業(yè)MBD技術(shù)的現(xiàn)狀

    近10余年，隨著飛機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，以波音、洛·馬和空客公司為代表的飛機(jī)制造企業(yè)在數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域取得了巨大的成功。特別以波音公司為代表，在波音787為代表的新型客機(jī)研制過(guò)程中，全面采用了MBD技術(shù)，將三維產(chǎn)品制造信息與三維設(shè)計(jì)信息共同定義到產(chǎn)品的三維數(shù)模型中，摒棄原有的二維設(shè)計(jì)圖樣，直接使用三維標(biāo)注模型作為制造依據(jù)，使工程技術(shù)人員從百年來(lái)的二維文化中解放出來(lái)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、零件加工、部件裝配、零部件檢測(cè)檢驗(yàn)的高度集成、協(xié)同和融合，建立了三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造一體化集成應(yīng)用體系，開創(chuàng)了飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造的嶄新模式。目前我國(guó)航空工業(yè)主機(jī)廠所都已經(jīng)開始了MBD相關(guān)的研究和應(yīng)用，分別進(jìn)行了MBD相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的編制，部分廠所在某些產(chǎn)品的設(shè)計(jì)上都在逐步應(yīng)用MBD技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)面向制造的設(shè)計(jì)(見圖1)。

    圖1 基于MBD的制造一體化平臺(tái)

    在建設(shè)MBD的整個(gè)環(huán)節(jié)過(guò)程中，隨著基于MBD三維設(shè)計(jì)規(guī)范的制定和完善，為三維工藝的建設(shè)和實(shí)施奠定了基礎(chǔ)，三維工藝逐漸成為MBD建設(shè)的的重點(diǎn)和關(guān)鍵，也代表著企業(yè)生產(chǎn)和制造的最高水平。但大部分國(guó)內(nèi)航空制造企業(yè)的現(xiàn)狀是，由于三維工藝建設(shè)過(guò)程復(fù)雜，技術(shù)難度高，特別是以機(jī)加工藝為代表，因此企業(yè)還是停留在設(shè)計(jì)采用三維，而工藝還沿用原有的二維CAPP。但二維工藝存在以下缺點(diǎn)和不足：

    (1)二維工藝系統(tǒng)的工藝卡片主要以二維簡(jiǎn)圖和描述信息表達(dá)為主，對(duì)于稍微復(fù)雜的工藝，這種表達(dá)方式很難進(jìn)行清晰直觀有效的表達(dá)，增大生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)出錯(cuò)的概率，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。

    (2)對(duì)于特征標(biāo)注較多的產(chǎn)品，二維圖紙難以全面地表達(dá)設(shè)計(jì)信息，經(jīng)常出現(xiàn)標(biāo)注遺漏的情況，增加工藝規(guī)劃的難度和出錯(cuò)幾率，并缺少進(jìn)行工藝驗(yàn)證的手段，經(jīng)常在制造階段才發(fā)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)存在缺陷，拖延了產(chǎn)品交付進(jìn)度。

    (3)二維圖紙無(wú)法有效的利用現(xiàn)代的電子樣機(jī)技術(shù)對(duì)計(jì)產(chǎn)品進(jìn)行虛擬仿真，更無(wú)法清晰流暢的進(jìn)行各種性能分析，無(wú)法在工藝規(guī)劃階段消除問題，導(dǎo)致問題出現(xiàn)后續(xù)的生產(chǎn)制造環(huán)節(jié)，造成設(shè)計(jì)更改周期和成本的提高。

    實(shí)施基于MBD的三維工藝對(duì)企業(yè)提升工藝和制造水平有著很重要的意義，它的優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

    (1)基于MBD技術(shù)設(shè)計(jì)的三維產(chǎn)品模型，能夠最大限度傳遞和繼承設(shè)計(jì)的信息，有效減少工藝和設(shè)計(jì)理解上的偏差，降低出錯(cuò)概率；

    (2)通過(guò)三維仿真驗(yàn)證手段，可以對(duì)產(chǎn)品裝配、機(jī)加過(guò)程進(jìn)行全程仿真驗(yàn)證，最大限度地將問題暴露在設(shè)計(jì)工藝規(guī)劃環(huán)節(jié)，降低后端更改的成本和時(shí)間；

    (3)利用基于MBD的全三維產(chǎn)品數(shù)據(jù)，三維工藝系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)三維工藝規(guī)劃功能，對(duì)于特征標(biāo)注較多產(chǎn)品的工藝設(shè)計(jì)可以減少出錯(cuò)幾率，提高工藝設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確度，同時(shí)采用直觀的三維工藝表達(dá)方式，增強(qiáng)了工藝信息的可讀性，提高生產(chǎn)制造階段的效率。

    因此，實(shí)施和開展基于MBD的三維工藝對(duì)于企業(yè)提升自身的工藝和制造水平有著很大的促進(jìn)作用。

2 基于MBD三維工藝的設(shè)計(jì)和實(shí)施

    2.1 工藝方案設(shè)計(jì)

    工藝方案中通常要?jiǎng)澐盅芯啃蛄幸?guī)劃、路徑規(guī)劃及過(guò)程仿真等過(guò)程，傳統(tǒng)的方法是將其劃分成幾個(gè)相互隔離的部分，造成了工藝規(guī)劃各部分工作結(jié)果難以及時(shí)共享，不利于提高工藝規(guī)劃效率，有悖于并行工程思想。利用DELMIA，可以使用包含MBD信息的產(chǎn)品模型作為唯一數(shù)據(jù)源，在同一平臺(tái)下完成序列研究、路徑規(guī)劃、過(guò)程仿真的全部?jī)?nèi)容，并且各過(guò)程之間相互關(guān)聯(lián)，可及時(shí)進(jìn)行查看并做關(guān)聯(lián)修改（見圖2）。

    圖2 工藝順序規(guī)劃

    2.2 工藝詳細(xì)規(guī)劃設(shè)計(jì)

    (1)工序規(guī)劃

    工藝人員根據(jù)EBOM進(jìn)行工序規(guī)劃工作：

    劃分工序并調(diào)整順序：在DELMIA中添加工序，并通過(guò)PERT圖進(jìn)行調(diào)整——分零組件到工序：以制造裝配的方式將零組件進(jìn)行劃分，并將其關(guān)聯(lián)到工序——對(duì)工序的內(nèi)容進(jìn)行定義：對(duì)工序的主要內(nèi)容進(jìn)行描述——各工序劃分工步并定義內(nèi)容：方式與工序一致——劃分工裝、工具等資源到工步：直接將PPR結(jié)構(gòu)上的資源與具體操作相關(guān)聯(lián)（見圖3）。

    圖3 詳細(xì)工藝規(guī)劃

    (2)典型工藝模板引用

    對(duì)于經(jīng)常使用的裝配或加工等工藝過(guò)程，可以在DPE中定制典型裝配/加工工藝模板，并將工藝信息保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，而且可以進(jìn)行典型工藝的添加更新。通過(guò)定制的工藝模板及腳本程序，在進(jìn)行工藝編制時(shí)，可重用已有的工藝模板，按照零件特征、類別等信息快速構(gòu)建裝配工藝或機(jī)加工藝，在其基礎(chǔ)上進(jìn)行修改而非重建，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的重用，大大節(jié)省了工藝編制時(shí)間。

    (3)加工過(guò)程仿真與驗(yàn)證

    對(duì)于需進(jìn)行數(shù)控加工的零件，可以在DELMIA系統(tǒng)中進(jìn)行機(jī)加工藝的規(guī)劃和模擬，驗(yàn)證加工過(guò)程的合理性以及刀具可達(dá)性，并且在完成加工工藝的仿真后，可以通過(guò)后置處理程序直接生成加工NC代碼。

    2.3 三維工藝文檔規(guī)劃

    在完成工藝過(guò)程驗(yàn)證后，工藝員開始進(jìn)行詳細(xì)工藝文檔，包括裝配工藝文檔規(guī)劃和加工工藝文檔規(guī)劃。

    (1)裝配工藝文檔規(guī)劃

    根據(jù)工步的定義，每個(gè)工步下所劃分的零件會(huì)在系統(tǒng)自動(dòng)生成一個(gè)三維視圖，并且可以自動(dòng)獲取產(chǎn)品的節(jié)點(diǎn)信息。在視圖中可以添加標(biāo)簽、文字說(shuō)明等補(bǔ)充信息，可以通過(guò)放大縮小、局部詳圖、剖切、尺寸標(biāo)注、高亮顯示等方式來(lái)表示當(dāng)前的裝配內(nèi)容(見圖4)。

    圖4 裝配工藝文檔規(guī)劃

    (2)加工工藝文檔規(guī)劃

    填寫備料單、加工要求等信息，作為加工工藝資源庫(kù)的基礎(chǔ)依據(jù)（見圖5）。

    圖5 加工備料單編寫示例

    (3)關(guān)聯(lián)IPM模型

    IPM模型是指虛擬機(jī)加仿真過(guò)程中產(chǎn)生的中間模型，用來(lái)描述經(jīng)過(guò)特定加工步驟后加工模型的實(shí)際狀態(tài)。通過(guò)引入IPM模型，可以更好地在三維加工工藝中描述加工過(guò)程。

    2.4 三維工藝文檔輸出與發(fā)布

    三維工藝編制完成后，可以按照企業(yè)定制的內(nèi)容與格式生成三維工藝文件，并提交到PDM系統(tǒng)進(jìn)行審批（見圖6）。

    圖6 三維加工工藝輸出示例

    審批通過(guò)后，將三維工藝文檔輸出并發(fā)布到MES/PDM系統(tǒng)中，作為指導(dǎo)生產(chǎn)的依據(jù)。

    2.5 三維工藝文檔現(xiàn)場(chǎng)可視化

    生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可以直接瀏覽三維工藝文檔，查看產(chǎn)品三維模型，代替原始的二維工程圖，節(jié)省識(shí)圖時(shí)間，提高工作效率，也避免了二維工程圖的歧義描述。

3 結(jié)束語(yǔ)

    MBD是飛機(jī)制造數(shù)字化的新階段和總趨勢(shì)，而三維工藝建設(shè)是實(shí)現(xiàn)MBD的一項(xiàng)重要內(nèi)容，也是MBD的關(guān)鍵所在。在三維模型上進(jìn)行三維工藝方案設(shè)計(jì)、三維工藝詳細(xì)規(guī)劃設(shè)計(jì)、三維工藝文檔規(guī)劃、三維工藝的卡片的輸出等，不僅提高了協(xié)同從設(shè)計(jì)部門、工藝部門和生產(chǎn)部門的之間的效率，更提高了企業(yè)生產(chǎn)制造的水平，大大縮短了飛機(jī)制造周期。

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