基于MBD技术的航空制造数字化
李文良
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李文良,. 基于MBD技术的航空制造数字化[J]. 中国航空航天科学,20222. DOI:10.12721/ccn.2022.157123.
摘要: 航空制造数字化是该行业发展过程中的必然趋势,加强数字化建设在提高航空制造质量和水平方面起到了促进作用。MBD数字化技术的应用能够很好的满足航空设备生产结构的优化升级要求,通过MBD工艺模型的实施和应用,打破了传统制造生产中的不足,可以建立统一、完善的制造标准让MBD技术得到高效运用,在航空制造领域数字化建设中的应用优势较为明显。要对这项技术内容有一个正确的认知,以单一数据源为支撑进行集成作业,推动航空制造设计和工艺的发展变革。
关键词: MBD技术;航空制造;数字化
DOI:10.12721/ccn.2022.157123
基金资助:

MBD技术能够通过三维模型数据构建的信息模型对产品信息、属性和几何形状等进行全面描述,为航空产品的生产制造提供有效依据,能够将产品的设计、工艺、制造和检测等整合在一起进行集成化作业,可以将图纸设计内容通过三维模型展示出来,具有可视化特点,而且也能够实现工艺设计一体化建设。有利于航空制造的数字化发展建设。但是这项技术在应用过程中的具体工艺流程较为复杂,需要加强技术研究,解决实际问题。

1.MBD技术体系

MBD技术体系是以MBD数据集为核心的应用体系,通过借助标准管理系统、标准工艺管理系统、CAD系统、工艺设计和分析以及产品数据管理等系统,通过MBD数据集集成产品的设计制造信息,并建立的一套基于MBD数据集的工艺设计分析方法和数据管理办体系。

MBD技术用一个集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息,使三维实体模型成为了生产制造过程中的唯一依据,改变了传统以工程图为主要制造依据、三维实体模型为辅助参考依据的制造方式。通过把MBD的飞机数字化产品定义和协调系统、以工艺活动为中心的数字化工艺数据组织与管理系统、数字化工艺现场应用系统和在线数字化测量系统等各部分有机整合起来,最终形成了一个完整的基于MBD的飞机数字化制造技术应用系统。

PLM(Product Life Management),即现在航空、机械等领域提倡的产品全生命周期的管理模式产品数据信息的管理模式。因此,在飞机制造过程中采用MBD技术,将彻底改变产品数据定义、生成、授权与传递的制造模式,实现三维数字化定义、三维数字化工艺开发和三维数字化数据应用,真正实现对飞机的全生命周期,即从航空产品的设计环节、制造环节再到交付使用环节等,能够进行全过程的细致化管理,将产品代定义内容、设计内容、预制装配和三维工艺设计内容等直观立体的展示出来,实现整个流程的可视化操作,提升生产制造的数字化水平。

2.基于MBD技术的模型定义

2.1飞机复合材料构件的MBD模型

复合材料是航空产品生产中制造中比较常用的一种材料,基于MBD技术的模型定义主要是在材料构件设计制造平台的基础上结合材料应用特点,通过数字化形式将该构件的完整结构进行细致描述,主要涉及到成产品定义,构件设计、内部详细设计和制造输出等内容。数字化定义模型能够对复合材料构件的制造工艺进行全面描述,如铺层设计和成型工艺等,实现对各项数据信息参数的细致说明,便于后续的应用和管理。

2.2飞机机加件MBD模型

飞机机加件数字化模定义主要包括构件的三维实体几何信息和非结合信息,如属性、参数等,机加零件的结构规范树以分类节点的方式表达了机加件的所有几何与非几何信息,机加件一般都由数控加工实现,因此在其零件说明节点中详细说明了零件加工通用几何公差要求、精度要求、加工技术以及表面处理要求等信息。

2.3飞机钣金件MBD模型

飞机钣金件MBD模型与机加件MBD模型类似,图形区表达三维实体几何信息与非几何标注信息,并通过结构规范树的节点属性参数数据完整描述了制造该零件所需要的所有非几何信息。钣金件是由薄壁类材料塑性加工成形成的一种零件,在成形后零件周围会保留多余的材料,为了避免对后续的使用产生影响通常都需要进行边缘处理,塑性成形方法类型比较多,每种方法在实际应用过程中技术要求和成形效果也存在较大差异,那么在实际进行飞机钣金件制造设计的过程中,要结合具体制造方法来确定工艺内容,通过数字化模型的建设对该零件结构节点进行统一化管理。

3.基于MBD技术的航空制造数字化中的问题与对策

3.1 关于数字化制造标准问题与对策

从我国许多航空制造企业的产品制造情况来看还缺乏完善统一的数字化标准,不能实现对整个制造流程的协同管理,企业各生产部门之间缺乏联系,并且有其各自的生产制造标准,所以存在数字化制造标准不统一的情况,这就会影响MBD技术体系的形成,无法为这项技术的合理利用提供有力支撑。要想改善以上问题,利用MBD技术提高航空制造数字化水平,必须要改变传统的思想理念,在生产制造过程中注重各部门的协同作业,从航空制造数字化的实际需求出发制定完善的数字化制造标准,注重CAD软件技术应用与完善,让这项技术能够更好的应用到航空制造研发中。

3.2 设计和制造相分离

许多航空制造企业在实际生产过程中存在设计、制造独立进行的情况,而且由各自部门负责,相互之间缺乏有效联系,容易出现设计内容与实际需要不相符的情况,设计内容脱离实际,加工作业单独完成,不但会影响整体的生产效率,也无法满足一体化建设要求。要想避免以上问题的发生,则需要在设计制造过程中要加强各部门的参与度,实现各部门的协调作业,加强沟通交流,这对航空制造数字化生产有着积极影响,能够促进航空产品研发应用的顺利进行。

3.3 航空制造数字化中的设备问题

MBD技术在应用过程中对航空制造机械设备的质量和性能有着较为严格的需求,必须要提升整个生产流程的自动化程度,这是数字化建设的基础。但是目前许多航空制造企业的机械设备较为落后,没有得到及时更新与更换,还有一些生产加工需要采用人工操作方法,不利于MBD技术作用的发挥,在一定程度上阻碍了航空制造行业的自动化和数字化发展。要想改善以上问题,则需要加大投入和支持力度,重视自动化设备建设,及时更换陈旧设备,将多种自动化设备引入其中,提高先进设备的使用率,为航空制造数字化打下基础。

结语:航空制造领域的信息化水平在不断提高的过程中,MBD技术的合理应用能够为行业发展提供新方向,可以将其与航空制造的各个环节相结合。在实际应用过程中必须要制定相应的数字化标准,提供软件技术系统支撑,改变以往产品定义模式,为航空产品制造提供基础支撑,建立完善的工艺系统能够推进航空制造行业科学技术的进一步发展,保证产品制造质量,对整体数字化水平的提升有着重要意义。

参考文献:

[1]刘俊堂,董亮.基于MBD的飞机设计制造一体化研制技术[C]//国家国防科技工业局信息中心,2015.

[2]刘睿,段桂江.MBD技术发展及在航空制造领域的应用[J].航空制造技术,2016,(05):93-98,109.

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