基于MBD的飞机数字化装配工艺设计及应用
基于MBD的飞机装配技术发展及应用分析
基于MBD的飞机装配技术发展及应用分析发布时间：2022-07-21T01:36:32.804Z 来源：《中国科技信息》2022年第33卷第3月5期作者：李伟1、王懋霖1、何阵1、宋荣荣2[导读] 美国的波音公司（The Boeing Company）和洛克希德?马丁空间系统公司李伟1、王懋霖1、何阵1、宋荣荣21航空工业陕西飞机工业有限责任公司7230002陕西理工大学 723001摘要：美国的波音公司（The Boeing Company）和洛克希德?马丁空间系统公司（Lockheed Mart in Space Systems Company）如今已经实现飞机零件制造全球供应链战略，仅集中精力于设计研发、总体装配和品牌营销等核心业务，而随着我国航空事业的不断发展和中国制造2025的提出，飞机总体装配（以下简称为飞机总装）作为关键技术一直是大型航空制造企业的标志性核心问题。
飞机总装作为飞机制造最重要的环节之一，装配技术质量的管控则是核心问题中的重中之重。
基于此，本篇文章对基于MBD的飞机装配技术发展及应用进行研究，以供参考。
关键词：基于MBD；飞机装配技术；发展；应用分析引言随着基于模型定义(Model Based Definition ,MBD)的产品全三维数字化设计制造模式的推广，中性文件非几何语义化表达的实现，三维实体模型的信息获取更加全面，应用MBD将带来巨大的优势和更高的准确性。
国内外学者对MBD模型到中性文件的转化和基于MBD模型的产品制造信息提取进行了深入的研究。
提出了一种基于STEPAP242的MBD信息提取方法。
提出将MBD模型转换为XML文本，然后再遍历文本关联尺寸与公差。
提出了一种基于MBD的工艺参数生成方法，利用特征识别算法可以识别出MBD模型的特征信息，利用信息提取算法可以提取MBD模型的非几何信息。
提出分析零件基于模型的定义数据集中检测信息的构成。
针对各类零件MBD模型加工特征信息集成问题，提出一种多层次提取架构的加工也在全息信息提取方法。
基于MBD的三维数字化装配工艺设计及现场可视化技术应用
基于MBD的三维数字化装配工艺设计及现场可视化技术应用基于MBD的三维数字化装配工艺设计技术是现代航空数字化制造中的一门新兴学科，也是未来飞机三维装配工艺设计的发展趋势。
本文介绍了该技术主要通过对DELMIA、3DVIA Composer、CAPP等工艺设计、工艺仿真软件进行客户化定制和多系统集成应用，完成基于MBD三维产品模型的工艺分离面的划分、BOM重构、工艺仿真以及三维装配指令编制等工艺设计工作，并通过生产管理系统将已完成的工艺设计信息传递到生产现场实现可视化装配，打通了基于MBD的产品设计与工艺设计及现场可视化装配的技术路线。
MBD(Model-Based Definition)即基于模型的产品数字化定义，其特点是：产品设计不再发放传统的二维图纸，而是采用三维数字化模型作为飞机零件制造、部件装配的依据。
传统的二维工艺设计模式已经不能适应全三维设计要求。
随着现代计算机技术、网络技术、工艺设计软件技术的发展，以及协同平台的建立，为三维数字化装配工艺设计和并行工程奠定了基础。
1 三维数字化装配工艺设计及现场可视化系统通过采用达索公司三维数字化装配工艺设计平台DELMIA及3DVIA Composer解决方案，构建“数字化装配工艺设计和仿真系统”及“生产现场可视化系统”。
突破DELMIA二次开发及定制技术、3D制造过程仿真验证及优化技术、MBD技术、生产现场可视化技术、Windchill/DELMIA/EPCS/CAPP多系统集成技术等关键技术瓶颈，最终构建符合企业业务需求的“数字化装配工艺设计和仿真系统”及“生产现场可视化系统”。
缩短飞机装配周期，提高装配质量，全面提升飞机的数字化制造能力。
系统流程及集成架构如图1所示。
图1 系统流程及集成框架系统流程及集成工作思路如下：(1)Windchill企业数据管理系统是企业唯一合法的数据来源，管理着各种BOM信息。
通过接口程序，把PBOM以XML的格式输出。
基于MBD的飞机数字化设计技术应用分析
基于MBD的飞机数字化设计技术应用分析目前国外数字化技术的应用又有了新的发展，以波音公司B787飞机的研制为代表，已经全面采用了基于数字模型定义（Model-Based Definition，简称MBD），并取得了成功。
我国的航空工业在新一代飞机研制中也开始应用MBD 技术，并取得了突破性进展。
为了使得各个业务环节充分利用已有的MBD单一数据开展工作，文章针对如何将MBD技术深入地应用到飞机设计环节，从多方面进行分析阐述。
關键词：MBD技术；设计面向制造；数字化样机引言所谓的基于模型定义（MBD）全三维设计技术，是将产品的所有相关设计定义、工艺描述、属性和管理等信息都附着在产品的三维模型中的先进的产品数字化定义方法。
同时不能简单的理解为尺寸和公差、制造信息的三维定义，实际上MBD是一套研发体系和标准，它涵盖了精益思想、并行工程、设计面向制造、知识工程等研发思想，其目的是产品数字化研制的价值最大化。
1 设计环境如何搭建基于模型的企业总体架构是数字化企业的发展前提。
飞机设计中通常选择ENOVIA LCA/VPM Navigate作为统一的数据管理支持环境，并与CATIA （达索公司开发的计算机辅助设计软件）构建了产品并行设计环境，进行数据创建、存储、查询数据之间的关联关系（如空间位置关系、从属关系等）以及数据的导入/导出，记录控制产品整个设计过程中的工程数据集信息，并实现MBD数字化定义产品数据的共享控制。
同时MBD技术应用需要进行二次开发，将企业的设计理念、管理理念贯彻到实际的数据创建/管理过程中，搭建一个科学的现代化设计管理环境平台。
2 设计面向制造MBD数据一次创建多次使用，且模型是设计制造过程中的唯一权威数据，必须保证模型数据的正确性，即满足客户需求且可制造。
其中可制造即创建的MBD模型能够满足制造应用的需求，该MBD模型在后续的生产中可以直接应用（如自动编程）。
因此，在飞机设计的早期活动中，制造部门工与设计部门协调沟通，并将制造需求转变为设计要求写入设计规范手册。
基于MBD技术的航空发动机造数字化工艺实施应用
基于MBD技术的航空发动机造数字化工艺实施应用本文分析了航空制造企业在开展MBD面临的问题，结合企业数字化工艺应用实际，给出企业基于数字化工艺解决方案以及在航空制造企业成功实施应用。
一、问题的提出MBD是一种以三维模型数据为数据传递依据的全信息模型，来描述几何形状信息、产品制造信息（尺寸、公差、技术要求等）、属性（设计属性、制造属性、分类属性、编码属性等），使三维实体模型数据作为生产制造过程中的唯一依据，实现设计、工艺、制造、检测等应用高度集成。
这一项目的提出直接对现有设计、工艺系统的大变革，由于现行工艺中每道工序都需要配以图形进行说明、标注等，需要工艺人员做大量的图形绘制工作，如何将MBD模型体现在工艺规程上，并且进行工序内容的说明，尺寸的表达等这些都是开展MBD 工艺过程中急需解决的问题。
二、系统解决方案为了解决问题，公司立项开发了基于MBD三维工艺系统，根据三维工艺的特点与要求，基于NX和Teamcenter协同平台，在CAX与IE的基础上，通过开发形成的工艺设计系统，辅助工艺人员完成零件的三维工艺规程的设计。
总体技术方案见图1。
图1 工艺系统总体技术方案三、系统实施应用1）设计数据浏览工艺技术人员通过Teamcenter可视化浏览器查看MBD设计数据，或通过NX查看产品设计模型，通过旋转、缩放、剖切、测量等功能查看模型信息，通过选择PMI视图可以查看在各视图中标注的尺寸公差信息，进行制造BOM构建、流水分工、开始工艺设计。
2）工艺结构建立在Teamcenter Manufacturing中建立工艺BOM，见图2。
每个零组件对应一个总工艺节点，在总工艺下建立零件所需要的工艺对象，比如毛坯工艺、机加工艺、数控工艺等，在工艺中建立工序，在工序下添加设备、工装、辅料等物料对象。
工艺与工厂结构中的车间（或分厂）关联，工序与车间的工作中心（工位）关联。
图2 Teamcenter Manufacturing中的工艺BOM3）工序模型建立在Teamcenter的工艺、工序对象上创建NX 数据集，如图3，进入NX中通过WAVE Link 功能关联引用设计模型或其它工序模型，通过NX 同步建模功能对模型直接修改，比如增加加工余量、删除加工孔、槽等，方便快捷地建立工序模型。
基于mbd的飞机数字化装配工艺设计及应用
基于mbd的飞机数字化装配工艺设计及应用随着现代工业的发展，数字化装配技术在飞机制造领域中得到了广泛的应用。
数字化装配技术是指将制造过程中的各个环节通过数字化的方式进行管理和控制，以提高生产效率、降低成本、提高产品质量和可靠性。
本文将围绕数字化装配技术在飞机制造中的应用展开讨论，并以基于MBD的飞机数字化装配工艺设计为重点进行研究。
一、数字化装配技术在飞机制造中的应用数字化装配技术在飞机制造中的应用主要包括以下几个方面： 1. 数字化设计数字化设计是指将传统的手工绘图和设计转化为数字化的方式进行，通过计算机辅助设计软件进行建模、分析和验证，以提高设计效率和准确度。
数字化设计技术在飞机制造中的应用可以使设计师更快地完成设计任务，同时减少错误和重复工作，提高设计质量。
2. 数字化加工数字化加工是指通过计算机辅助制造设备进行加工，以提高加工效率和准确度。
数字化加工技术在飞机制造中的应用可以使加工过程更加精确和快速，同时减少浪费和成本，提高产品质量和可靠性。
3. 数字化装配数字化装配是指将制造过程中的各个环节通过数字化的方式进行管理和控制，以提高生产效率、降低成本、提高产品质量和可靠性。
数字化装配技术在飞机制造中的应用可以使装配过程更加精确和快速，同时减少浪费和成本，提高产品质量和可靠性。
4. 数字化测试数字化测试是指通过计算机模拟和仿真技术进行测试，以提高测试效率和准确度。
数字化测试技术在飞机制造中的应用可以减少测试时间和成本，同时提高测试精度和可靠性。
二、基于MBD的飞机数字化装配工艺设计MBD是Model-Based Definition的缩写，意思是基于模型的定义。
MBD是一种新型的数字化装配技术，它将制造过程中的各个环节通过数字化的方式进行管理和控制，以提高生产效率、降低成本、提高产品质量和可靠性。
基于MBD的飞机数字化装配工艺设计是指将数字化装配技术与MBD技术相结合，以实现飞机数字化装配工艺的设计和管理。
基于MBD的三维数模在飞机制造过程中的应用
基于MBD的三维数模在飞机制造过程中的应用高度集成、协同和融合，建立了三维数字化设计制造一体化集成应用体系，开创了飞机数字化设计制造的崭新模式，确保了波音787客机的研制周期和质量。
随着数字化设计与制造技术在航空制造业的广泛应用，特别是三维CAD技术的日益普及，飞机研制模式正在发生根本性变化，传统的以数字量为主、模拟量为辅的协调工作法开始被全数字量传递的协调工作法代替，三维数模已经取代二维图纸，成为新机研制的唯一制造依据。
在枭龙飞机和ARJ21飞机机头的制造过程中，中航工业成飞公司结合数字化制造技术的发展方向，传统的以数字量为主、模拟量为辅的协调工作法开始被全数字量传递的协调工作法代替，并取得了一些阶段性成果。
但是，与国外发达航空企业相比，仍然存在很大的差距，主要表现在三维数模并没有贯穿于整个飞机数字化制造过程中，基于MBD（Model-Based Definition）技术的产品定义工作尚处于探索阶段，以MBD为核心的数字化工艺设计和产品制造模式尚不成熟，MBD的设计、制造和管理规范还有待完善，三维数字化设计制造一体化集成应用体系尚未贯通。
因此，为了缩短飞机研制周期，提高飞机研制质量，有必要以三维数模为载体，借鉴国外发达航空制造企业MBD技术的成功应用经验，结合飞机数字化制造流程，开展适合于我国国情的飞机三维数字化设计制造技术应用研究。
MBD内涵美国机械工程师协会于1997年在波音公司的协助下开始了有关MBD标准的研究和制定工作，并于2003年使之成为美国国家标准。
MBD的主导思想不只是简单地将二维图纸的信息反映到三维数据中，而是充分利用三维模型所具备的表现力，去探索便于用户理解且更具效率的设计信息表达方式。
它用集成的三维数模完整地表达了产品定义信息的方法，详细规定了三维数模中产品尺寸、公差的标注规则和工艺信息的表达方法。
MBD改变了传统用三维数模描述几何形状信息的方法，而用二维工程图纸来定义尺寸、公差和工艺信息的分步产品数字化定义方法。
基于MBD的飞机数字化制造技术
基于MBD的飞机数字化制造技术摘要：本文主要介绍了基于MBD（Model Based Definition）的飞机数字化生产技术，包括MBD技术的内涵及其发展状况、采用MBD技术在飞机制造过程中的优势、MBD技术在飞机生产过程中的具体运用、MBD技术在飞机制造业的未来发展等方面。
研究表明，采用MBD技术能够高效获取产品特性、优化检验点设置、促进飞机制造模式创新，而数字化定义方法、工艺装备设计与制造一体化技术、检测和质量管理技术是MBD技术在飞机生产过程中的具体运用。
未来，MBD技术在飞机制造业仍具有广阔的应用前景。
关键字：MBD；飞机制造；数字化技术引言随着数字化技术的快速发展，数字化生产已经成为了现代制造业的重要趋势。
在飞机制造业中，数字化生产技术已经得到广泛的应用，其中基于MBD的飞机数字化生产技术是一种重要的技术手段。
MBD技术是一种以三维模型为基础的数字化定义方法，能够实现产品设计、制造、检验和质量管理的全过程数字化。
本文将对基于MBD的飞机数字化生产技术进行深入探讨。
1．MBD技术的内涵及其发展状况1.1 技术内涵MBD技术是一种基于三维模型的数字化定义方法，它将产品设计、制造、检验和质量管理等全过程数字化，并实现了从CAD到CAM的全数字化闭环。
传统的图纸定义需要通过多次传递和解读，可能会导致产品特性信息的失真和误解，而MBD技术将产品特性信息直接定义在三维模型中，避免了传统图纸定义带来的信息传递误差和理解偏差，提高了产品开发和制造效率。
同时，MBD技术还可以优化制造过程，降低制造成本。
因此，MBD技术是一种高效、准确和可靠的数字化生产技术。
1.2 发展状况MBD技术的发展可以追溯到上世纪八十年代，当时它主要用于汽车工业中的CAD/CAM系统。
随着计算机硬件和软件技术的不断发展，MBD技术得到了广泛的应用，并逐步成为了数字化生产的重要手段。
目前，MBD技术在飞机制造、汽车制造、船舶制造等领域得到了广泛的应用。
基于MBD的飞机数字化制造技术
基于MBD的飞机数字化制造技术摘要：在航空制造企业中，数字化制造技术是技术进步的重要基础。
波音公司在787项目中推出了全新的数字化定义技术，也就是以MBD为基础的数字化技术，与传统表达形式相比，MBD数据表达形式有所不同，数字化的程度也存在一定的差异性，再加上制造设备对制造依据有着不一样的需求，促使MBD制造协调技术与传统制造协调技术之间的区别较大。
各航空企业纷纷开始应用基于MBD的飞机数字化制造技术。
目前，我国基于MBD的飞机数字化制造技术还处于发展初期，针对基于MBD的飞机数字化制造技术的相关探究意义深远。
关键词：MBD；飞机；数字化制造技术引言MBD技术是由国外引进的一种先进技术，我国对此的研究基础较为薄弱，将这种技术应用到航空航天领域中，不仅有助于飞机设计与制造一体化，还可以促使整个应用体系的科学性与高效性得以提升。
在研究时，工作人员需要深入了解分析MBD技术的内涵、MBD技术在飞机数字化制造中的应用与优势，剖析基于MBD的飞机数字化制造技术的发展情况，才能更好的提高技术应用水平。
一、MBD技术的主要内涵从MBD技术的起源分析，美国在上世纪后期就已经进行了相关研究，这项技术目前已经逐渐发展成熟。
在实际运用MBD技术的过程中，并不是从简单的二维到三维上的延伸，而是进行了全新的三维立体模型的构建。
同时，还要让数据信息、形成的模型的形象化与具体化更加完善，信息的传达与表现形式更加清晰化，让受众对其的了解更加深入。
此外，集成的三维立体模型可以将工艺信息更加清晰、准确的展现与表达出来，实现了对传统信息数据模型形式的颠覆。
在生产制造时，以三维立体模型作为根本数据依据，在传统工程图纸方式的协助下更好的进行三维立体化制造。
二、MBD技术在飞机数字化制造中的应用优势（一）有助于产品特性的提取应用MBD技术进行飞机制造，有助于用户根据自身实际需要提取相关数据，并以此为基础进行之后的数模测量与标注等工作，还可以通过系统中的自定义功能分类与提取飞机制造信息。
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基于MBD的飞机数字化装配工艺设计及应用
1、引言
当前，我国航空制造业的数字化技术发展迅速，三维数字化设计技术得到了广泛的应用。
特别是基于模型的定义（Defined based model，MBD）技术的实施，使三维模型取代二维图纸成为设计制造的唯一依据。
随着MBD 技术的深入应用，必然会对工艺规划设计、车间生产应用等产生重大影响，引起数字化制造技术的重大变革，真正开启三维数字化制造时代。
2、MBD技术概述
MBD技术的内含
基于模型的定义，是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法体，它详细规定了三维实体模型中产品尺寸、公差标注规则和工艺信息表达方法。
2、MBD技术概述
MBD技术的意义
在MBD的技术体系中，MBD数据集的内容包含设计、工艺、制造、检验等各部门的信息。
在数据管理系统和研制管理体系的控制下，各职能人员可以在一个产品模型上协同工作，提高了设计效率。
同时也提高了产品的
可制造性。
3、基于MBD的飞机数字化装配工艺设计及应用模式
采用MBD技术后，产品结构设计工作的结果是数字状态的三维数模，不再生成纸质形态的工程图纸。
因此，对于工艺设计人员、生产装配现场的操作人员与技术人员，他们的工作依据与工作方式也发生了深刻变化。
基于MBD的飞机数字化装配工艺设计及应用模式如下图所示：
3、基于MBD 的飞机数字化装配工艺设计及应用模式产品数模
装配单元划分
PBOM
ACC 划分
POS 划分
安装定位计划交付状态主要工序协调方法工装技术条件
工艺数模详细工序流程设计装配工艺路径规划仿真装配工艺信息
工艺查询工艺浏览动画播放产品/工装模型链接
工装数模
工艺方案设计详细工艺设计MBD 体系规范MBD 工艺开发
MBD 数据应用
基于MBD 的
建模规范基于MBD 的工艺方案设计规范基于MBD 的详细工艺设计规范MBD 装配仿真规范……
轻量化模型
轻量化
工装设计
装配现场可视化应用
4、工艺方案设计
工艺方案设计内容
工艺方案设计的工作内容：依据MBD三维产品数模进行装配单元划分，构建出EBOM；
将EBOM转换为PBOM；在形成的PBOM的基础上，划分出ACC级，再将各个ACC划分出POS 单元。
4、工艺方案设计
工艺方案设计内容
在形成PBOM过程中，由于考虑工艺方面的因素对原结构进行修改的同时，要使PBOM数据与EBOM中的数据保持一致，这包括不能在原结构中增加和删除零组件、改变所用零件的数量以及改变部件之间的安装关系等。
4、工艺方案设计
工艺方案设计内容
为了使装配流程平衡和装配节拍协调，在划分ACC时要尽可能使每个ACC的工作量相等。
在划分POS时要体现精益生产的思想，尽量保证每个POS 的工作量相等，一般使每个装配型架上的装配工作都划分成一个POS，同时还要考虑工时定额分配和工人工资计算等问题。
4、工艺方案设计
工艺流程的组织
在基于MBD的飞机装配工艺设计及应用模式下工艺流程的组织分四个层次：ACC层、
POS层、JOB层和STEP层。
4、工艺方案设计
MBD三维工艺数模的构建
通过工艺方案的设计确定了每个POS单元的安装定位计划、交付状态、主要工序、协调方法和工装技术条件。
5、详细工艺设计
详细工艺组织结构
工艺方案设计的结果是很多相联系的POS单元。
工艺仿真的任务就是在POS对象的基础上，先进行JOB和STEP单元的划分，然后以POS为组织结构单元进行工艺仿真。
5、详细工艺设计
详细工艺设计结果
详细工艺设计的结果有四部分组成：工艺动画、工艺图解、工艺文件和Process仿真原文件。
6、适应MBD技术的数字化装配工艺现场应用
现场应用模式
装配工艺可视化技术是把产品设计信息、制造资源信息和工艺设计信息整合后以数字量的形
式传递到车间现场，并展示出来的方法。
6、适应MBD技术的数字化装配工艺现场应用
现场应用模式
在装配车间的各装配工位铺设网络，架设生产现场数字化应用终端设备，将三维数据传递到装配操作现场，运用多媒体的装配工艺信息、三维产品数据和三维工装数据，在数字化环境中指导工人进行飞机的
装配工作。
6、适应MBD技术的数字化装配工艺现场应用 现场应用模式
飞机数字化装配工艺
的现场应用模式如图所示：
6、适应MBD技术的数字化装配工艺现场应用
三维AO的构建
随着MBD技术的深入发展，纸质工艺文件必将被数字化的工艺文件所取代。
三维AO就是数字化的工艺文件，其内容应包括产品设计信
息、制造资源信息、工艺设计信息及工艺动画。
6、适应MBD技术的数字化装配工艺现场应用
三维AO的构建
通过建立面向飞机MBD三维产品数据的装配工艺现场应用系统，以工艺活动为中心，将三维产品工程数据、三维工装资源数据、操作过程工艺图解和操作动画组织起来，完成三维AO的构建。
6、适应MBD技术的数字化装配工艺现场应用
在装配工作准备与培训阶段，通过观看装配过程动画，可以使装配工人对整个装配工作有一个直观了解，掌握装配工作的内容，包括装配对象、装配顺序、零件定位方法等。
通过数字化装配应用终端，现场操作人员能够查询、浏览到装配工艺流程信息和操作过程工艺图解，以多媒体动画方式观看装配过程，对生产操作过程起直观的指导。
7、结束语
工艺设计依据MBD三维模型，通过工艺方案设计和详细工艺设计，产生供装配现场应用的工艺信息。
装配现场可视化把工艺设计的结果以三维装配指令的形式传递到车间装配现场，从而提高了产品质量和生产效率，这必将推动我国飞机制造业的发展。
报告完毕！。