基于MBD產(chǎn)品信息建模

1、.專業(yè)資料.專業(yè)資料.MBD產(chǎn)品信息建?；贛BD的飛機(jī)設(shè)計(jì)制造流程研究1.1MBD研究概述1.1.1研究背景隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造技術(shù)在航空制造業(yè)的廣泛應(yīng)用，特別是三維CAD技術(shù)的日益普及，飛機(jī)研制模式正在發(fā)生根本性變化，傳統(tǒng)的以數(shù)字量為主、模擬量為輔的協(xié)調(diào)工作法開始被全數(shù)字量傳遞的協(xié)調(diào)工作法代替，三維數(shù)模已經(jīng)取代二維圖紙，成為新機(jī)研制的唯一制造依據(jù)。當(dāng)前，國外航空制造業(yè)的數(shù)字化技術(shù)發(fā)展迅猛，三維產(chǎn)品數(shù)字樣機(jī)技術(shù)與工藝數(shù)字樣機(jī)技術(shù)得到了深入應(yīng)用但在國內(nèi)產(chǎn)品三維數(shù)字化模型沒有貫穿于整個(gè)飛機(jī)數(shù)字化制造過程中，二維工程圖紙依然是飛機(jī)制造過程的主要依據(jù)。因此，在制造過程中往往需要把三維數(shù)字化模型轉(zhuǎn)化為

2、二維工程圖紙，作為工藝規(guī)劃和指導(dǎo)生產(chǎn)的依據(jù)，致使工藝文件的編制也是二維形式。在飛機(jī)裝配過程中，由于各種原因，不可避免地要進(jìn)行工程設(shè)計(jì)更改，而在二維圖紙作為主要數(shù)據(jù)傳遞手段的條件下，任何三維設(shè)計(jì)的變更，都將帶來繁瑣的二維更新與新數(shù)據(jù)發(fā)布。這種方式不僅效率低、周期長，還可能造成數(shù)據(jù)的不一致，帶來現(xiàn)場生產(chǎn)錯(cuò)誤，產(chǎn)品質(zhì)量難以提高。另外,基于MBD(Model-BasedDefinition)技術(shù)的產(chǎn)品定義工作尚處于探索階段，以MBD為核心的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)和產(chǎn)品制造模式尚不成熟，MBD的設(shè)計(jì)、制造和管理規(guī)范還有待完善，三維數(shù)字化設(shè)計(jì)制造一體化集成應(yīng)用體系尚未貫通。可以看出，我國航空企業(yè)依據(jù)產(chǎn)品三維模型來

3、設(shè)計(jì)工藝數(shù)字樣機(jī)技術(shù)亟待提高。1.1.2MBD的發(fā)展歷程隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和三維CAD技術(shù)的成熟和普及，數(shù)字化產(chǎn)品定義經(jīng)歷了二維到三維模型發(fā)展的如下三個(gè)階段。傳統(tǒng)2D工程圖二維方式的產(chǎn)品形憂及注釋數(shù)字化定義2D工程圖+30理方式（第T弋產(chǎn)品定義技術(shù)）三維方式的詳細(xì)形狀及二維圖紙規(guī)則蔚狀和注釋3D模型十簡化標(biāo)注圖紙（第二代產(chǎn)品定義技術(shù)）三維方式的產(chǎn)品形狀二維圖紙的部分形狀和注釋三維形狀與二維注釋之間的數(shù)字連接3D獨(dú)立鯉（新一代產(chǎn)品定塗衣工三維方式的產(chǎn)品形狀氐及包含制造特征在內(nèi)的三維注釋標(biāo)注圖1.1MBD發(fā)展歷程1997年1月，美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)發(fā)起關(guān)于三維模型標(biāo)注標(biāo)準(zhǔn)的起草工作，以解決圖紙與信

4、息系統(tǒng)傳輸之間的矛盾。最終于2003年7月被美國機(jī)械工程師協(xié)會(huì)接納為新標(biāo)準(zhǔn)。ISO組織借鑒ASMEY14.41標(biāo)準(zhǔn)制定了ISO16792標(biāo)準(zhǔn)，為歐洲以及亞洲等國家的用戶提供了支持。在日本，汽車工業(yè)協(xié)會(huì)也將以ASMEY14.41標(biāo)準(zhǔn)以及ISO16792標(biāo)準(zhǔn)為藍(lán)本，2006年底出臺(tái)日本汽車工業(yè)的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與這些標(biāo)準(zhǔn)相比，2003年頒布的相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)以及2006年的英國軍用標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)字化定義的內(nèi)容上仍處在三維模型與工程圖共存的狀態(tài)。作為該項(xiàng)技術(shù)的發(fā)起者之一，波音公司的787項(xiàng)目推廣使用該項(xiàng)技術(shù)，從設(shè)計(jì)開始，波音公司作為上游企業(yè)，全面在合作伙伴中推行基于模型的數(shù)字化定義技術(shù)MBD。該技術(shù)將三維制造

5、信息PMI(3DProductManufacturingInformation)與三維設(shè)計(jì)信息共同定義到產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型中，使產(chǎn)品加工、裝配、測量、檢驗(yàn)等實(shí)現(xiàn)高度集成,數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用有了新的跨越式發(fā)展。1.1.3研究現(xiàn)狀在國外，無論是波音還是空客都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化裝配技術(shù)，縮短了飛機(jī)研制周期，降低了制造成本。近年來，國外著名航空公司在全機(jī)的生產(chǎn)過程中采用MBD技術(shù)，體現(xiàn)出產(chǎn)品面向制造與裝配而設(shè)計(jì)(DFMA)的思想。如波音787，全機(jī)的工程信息都是通過MBD定義的，根據(jù)產(chǎn)品模型信息進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)與加工制造，不需要二維圖紙，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品設(shè)計(jì)(含工藝設(shè)計(jì))、工裝設(shè)計(jì)、零件加工、部件裝配、零部件檢測

6、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，確保了波音787客機(jī)的研制周期和質(zhì)量。在波音公司的先進(jìn)制造體系中已經(jīng)不存在裝配大綱AO(AssemblyOutline)，取而代之的為制造計(jì)劃MP(ManufacturingPlan)，它是產(chǎn)品開發(fā)過程中高度數(shù)字化和并行化的結(jié)果錯(cuò)誤！未找到引用源。波音公司選用了功能強(qiáng)大的CATIA軟件系統(tǒng)，對全部零件進(jìn)行三維數(shù)字化設(shè)計(jì)和數(shù)字化預(yù)裝配。同時(shí)并行地進(jìn)行結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)安排、分析計(jì)算、工藝規(guī)劃和工裝設(shè)計(jì)等工作,徹底改變傳統(tǒng)用圖紙?jiān)O(shè)計(jì)制造的方法。利用達(dá)索公司提供的Delmia軟件包，波音公司

7、與其合作伙伴建立了制造工藝仿真環(huán)境，從而在真正實(shí)施制造計(jì)劃前可進(jìn)行仿真和確定完善的787制造工藝，有效降低了787實(shí)際生產(chǎn)中的錯(cuò)誤錯(cuò)誤！未找到引用源。同時(shí)應(yīng)用裝配仿真大大減少了在實(shí)際裝配中的干涉情況的出現(xiàn)，優(yōu)化了裝配路線，減少了工作量，避免了由于設(shè)計(jì)變化造成高昂的返工成本。波音公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了MBD技術(shù)從設(shè)計(jì)到制造整個(gè)流程的應(yīng)用,主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)在三維模型設(shè)計(jì)方面,波音公司給出了一套產(chǎn)品MBD數(shù)據(jù)集的建模規(guī)范；在工藝設(shè)計(jì)方面，波音公司根據(jù)以前的建模規(guī)范以及經(jīng)驗(yàn)創(chuàng)建出完善的裝配工藝設(shè)計(jì)規(guī)范，通過用工藝設(shè)計(jì)軟件以及根據(jù)自己實(shí)際需要開發(fā)出新的系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對工藝規(guī)劃的設(shè)計(jì),同時(shí)他們已經(jīng)將Del

8、mia仿真技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的裝配過程中去；在工裝關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)方面，波音公司已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)工裝隨產(chǎn)品改變而做相應(yīng)調(diào)整的參數(shù)化設(shè)計(jì)，這很大程度上緩解了因?yàn)槟Ｐ透淖兌鴮ぱb設(shè)計(jì)的影響，大大減少了工作量；知識(shí)工程方面，波音公司收集整理飛機(jī)設(shè)計(jì)中經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，創(chuàng)建了內(nèi)容豐富的知識(shí)庫，這些知識(shí)對新機(jī)設(shè)計(jì)制造有非常大的意義?？傮w來看，國外數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用不僅從軟、硬件的角度出發(fā)，更重要的是融合生產(chǎn)制造各個(gè)環(huán)節(jié)，以產(chǎn)品數(shù)據(jù)集為中心，建立起了一套有效的產(chǎn)品數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及產(chǎn)品發(fā)放過程控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)的數(shù)字化。目前我國飛機(jī)研制的工藝水平、生產(chǎn)組織模式、管理理念還不能達(dá)到國外先進(jìn)飛機(jī)制造企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)。與國外的數(shù)字化裝配

9、水平的主要差距表現(xiàn)在：飛機(jī)研制過程一直處于串行模式；只是把數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用到現(xiàn)有工作和環(huán)節(jié)中，簡單地達(dá)到縮短周期和提高效率的目的，還沒有體現(xiàn)出它是一場新技術(shù)革命；實(shí)際生產(chǎn)中的各種裝配工藝文件(MBOM、TO、AO、FO、MPR)全是通過工藝人員的經(jīng)驗(yàn)手工編制的二維形式表現(xiàn)出來的，現(xiàn)場操作人員經(jīng)過長時(shí)間的培訓(xùn)，才能進(jìn)行相應(yīng)的生產(chǎn)，整個(gè)裝配生產(chǎn)過程時(shí)間很長，嚴(yán)重延長了產(chǎn)品的研制周期；缺少數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)軟件，工藝的設(shè)計(jì)完全取決于工人的技術(shù)與經(jīng)驗(yàn)，造成工藝設(shè)計(jì)水平因人而異，沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。1.2DSM研究概述1.2.1DSM方法的發(fā)展DSM是由美國學(xué)者Steward提出由于分析和

10、規(guī)劃產(chǎn)品研發(fā)過程的工具，具有建模簡單、分析有理，并容易被計(jì)算機(jī)接受的優(yōu)點(diǎn)。20實(shí)際90年代初期EPPINGER等進(jìn)一步發(fā)展了Steward的DSM,提出了數(shù)字化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣(NumericDesignStructureMatrix，NDSM)，即將定性描述的依賴量化以表達(dá)依賴關(guān)系的強(qiáng)弱。國內(nèi)學(xué)者褚春超等采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)矩陣分析工序之間的依賴關(guān)系，提出了利用概率依賴結(jié)構(gòu)矩陣來描述工序在執(zhí)行過程中由于不確定因素影響而引起的返工循環(huán)特征性的方法；施國強(qiáng)等利用返工概率設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣來描述產(chǎn)品開發(fā)子項(xiàng)目內(nèi)部任務(wù)的串行迭代關(guān)系，以及計(jì)算由于迭代造成任務(wù)工期的增加量對子項(xiàng)目實(shí)施周期的影響；唐敦兵等提出了利用關(guān)聯(lián)

11、矩陣分析計(jì)算模型與設(shè)計(jì)參數(shù)之間關(guān)系和利用設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣分析設(shè)計(jì)活動(dòng)之間的關(guān)系重構(gòu)設(shè)計(jì)過程的方法；為降低復(fù)雜產(chǎn)品配置任務(wù)的耦合程度，減少配置過程的迭代次數(shù)，優(yōu)化產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)過程。裘樂淼等以動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣為工具研究了產(chǎn)品配置過程的規(guī)劃技術(shù)。41.2.2DSM方法的表現(xiàn)形式DSM是用于分析設(shè)計(jì)過程及其信息流動(dòng)的一種方法和工具，它的全稱為設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣(DesignStructureMatrix,DSM)是以矩陣的形式，對產(chǎn)品開發(fā)過程建模和進(jìn)行并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)劃。應(yīng)用DSM表示的串行、并行以及耦合等的開發(fā)模式，如圖1.4所示。任務(wù)A并行方式串行方式圖1.4DSM方法表達(dá)的活動(dòng)關(guān)聯(lián)形式1.2.

12、3傳統(tǒng)DSM的內(nèi)涵和局限性設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣(本文簡稱DSM矩陣)是以矩陣的形式間接地表達(dá)復(fù)雜過程中變量間信息依賴關(guān)系，對產(chǎn)品開發(fā)過程建模和進(jìn)行并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)劃，DSM方法表達(dá)的活動(dòng)關(guān)聯(lián)形式具有如下豐富的內(nèi)涵4：1）表示與產(chǎn)品部件相關(guān)的設(shè)計(jì)活動(dòng)及其順序。2）表示活動(dòng)之間的信息交流及其方向。如在某活動(dòng)對應(yīng)的行與某一活動(dòng)有信息反饋,則將其標(biāo)識(shí)為“X”，表示該行對應(yīng)的活動(dòng)需要相應(yīng)列的信息輸入；類似地,對于某一列,它同其他有信息交互的活動(dòng)同樣標(biāo)識(shí)“X”，表示它對其他活動(dòng)的信息輸出。3）對角線以下的“X”標(biāo)識(shí)前饋信息；對角線以上的信息標(biāo)識(shí)表示反饋信息。4）下三角的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)矩陣為理想的設(shè)計(jì)規(guī)劃矩陣，意味著串行的

13、開發(fā)方式不需要反饋信息，但實(shí)際的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)告訴我們，這是一種我們追求的目標(biāo)所體現(xiàn)的理想狀態(tài)。5）對矩陣進(jìn)行變換處理，首先盡可能減少反饋帶來的設(shè)計(jì)重復(fù)，其次，在不可避免的情況下，盡量將反饋信息與相應(yīng)的活動(dòng)接近，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。DSM用矩陣的形式為并行的產(chǎn)品設(shè)計(jì)規(guī)劃提供了解決思路，但傳統(tǒng)的DSM具有自身的局限性，正如下述所言：1）傳統(tǒng)DSM建立的矩陣用“X”標(biāo)識(shí)信息依賴關(guān)系,或者應(yīng)用布爾變量標(biāo)識(shí)的“0”和“1”來表示，而任務(wù)之間的信息依賴關(guān)系強(qiáng)度并非等同，傳統(tǒng)的DSM不能很好地體現(xiàn)這種關(guān)系，因此，必須在量化的基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的處理。2）DSM主要應(yīng)用于并行設(shè)計(jì)規(guī)劃，通過矩陣轉(zhuǎn)換最后形成的信息依賴回路，包

14、含多個(gè)任務(wù)之間的反復(fù)。為了加快和保證產(chǎn)品的開發(fā)速度，必須探討如何將其同模塊化設(shè)計(jì)結(jié)合起來考慮和處理。1.3WBS研究概述1.3.1WBS技術(shù)的定義WBS（WorkBreakdownStructure）,即項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分解,是把項(xiàng)目（目標(biāo)、任務(wù)、工作范圍、合同要求）按照系統(tǒng)原理和要求分解成互相獨(dú)立、互相影響、互相聯(lián)系的項(xiàng)目單元，將它們作為項(xiàng)目的計(jì)劃、實(shí)施、控制和信息傳遞等一系列項(xiàng)目管理工作對象，通過項(xiàng)目管理將所有的項(xiàng)目單元合并成為一個(gè)工作整體，以達(dá)到綜合的計(jì)劃和控制要求。6在項(xiàng)目管理過程中，項(xiàng)目規(guī)劃和控制是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，良好的項(xiàng)目規(guī)劃能同時(shí)對項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量和投資起到很好的控制作用，失敗的項(xiàng)目規(guī)

15、劃則有可能帶來混亂、失控甚至項(xiàng)目的最終失敗。在項(xiàng)目規(guī)劃的過程中，人們往往會(huì)求助于WBS方法進(jìn)行項(xiàng)目工作內(nèi)容的分解,此基礎(chǔ)之上再進(jìn)行資源的分配、進(jìn)度計(jì)劃并估計(jì)項(xiàng)目的成本。WBS隨著項(xiàng)目規(guī)模的差異所起的作用不盡相同。小的項(xiàng)目只需要很簡單的WBS結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)的劃分基本上是一目了然的,得到的結(jié)果容易得到認(rèn)可。項(xiàng)目規(guī)模越大，WBS也越重要，從另外一個(gè)角度來講也越難做好。對大型項(xiàng)目而言，確定項(xiàng)目的WBS結(jié)構(gòu)往往不可一蹴而就，需要經(jīng)過多次反饋、修正，最后才。能得到一個(gè)項(xiàng)目各方都能接受的WBS結(jié)構(gòu)。1.3.2創(chuàng)建WBS的過程和原則從創(chuàng)建過程來看,工作分解結(jié)構(gòu)（WBS）是根據(jù)樹形圖將一個(gè)功能實(shí)體（項(xiàng)目）先分解為子

16、項(xiàng)目，再逐級分解成若干個(gè)相對獨(dú)立的工作單元，并確定每個(gè)工作單元的任務(wù)及其從屬的工作（或稱之為活動(dòng)），以便更有效地組織項(xiàng)目的進(jìn)行。一般來講，創(chuàng)建和制定WBS的過程可按照以下步驟進(jìn)行：1）得到項(xiàng)目章程、工作范圍說明書或合同。2）召集項(xiàng)目有關(guān)人員，集體討論所有主要項(xiàng)目工作，確定項(xiàng)目工作分解的方式。3）分解項(xiàng)目工作。如果有現(xiàn)成的樣板，應(yīng)該盡量使用。4）畫出WBS的層次結(jié)構(gòu)圖。WBS較高層次上的一些工作可以定義為子項(xiàng)目和子生命周期階段。5）將主要項(xiàng)目可交付成果細(xì)分為更小的、易于管理的組或工作包。工作包必須詳細(xì)到可以對該工作包進(jìn)行估算（成本和歷時(shí)）、安排進(jìn)度、做出預(yù)算、分配負(fù)責(zé)人員或組織單位。6）驗(yàn)證上述

17、分解的正確性。如果發(fā)現(xiàn)較低層次的項(xiàng)沒有必要，則修改組成成分。7）如有必要，建立一套編號系統(tǒng)。8）隨著其他計(jì)劃活動(dòng)的進(jìn)行,不斷地對WBS更新或修正,直到覆蓋所有工作。WBS分解的實(shí)際過程就是按照可控制的原則對整個(gè)項(xiàng)目工作進(jìn)行不斷的分解，直到可以充分控制項(xiàng)目的進(jìn)度、成本和質(zhì)量。WBS分解操作中的難度主要表現(xiàn)在，要充分掌握分解工作的“度”，即不能將工作分解的過分細(xì)致，也不能將工作分解的過分粗，以至于難于控制。因此，WBS分解應(yīng)遵循一定的原則和要求，它們分別是：1）某項(xiàng)任務(wù)應(yīng)該在WBS中的一個(gè)地方且只應(yīng)該在WBS中的一個(gè)地方出現(xiàn)。2)WBS中某項(xiàng)任務(wù)的內(nèi)容是其下所有WBS項(xiàng)的總和。3)一個(gè)WBS項(xiàng)只能

18、由一個(gè)人負(fù)責(zé)、即使許多人都可能在其上工作，也只能一個(gè)負(fù)責(zé)，其他人只能是參與者。4)WBS必須與實(shí)際工作中的執(zhí)行方式一致。5)每個(gè)WBS項(xiàng)都必須文檔化，以確保準(zhǔn)確理解已包括和未包括的工作范圍。WBS必須在根據(jù)范圍說明書正常維護(hù)項(xiàng)目工作內(nèi)容的同時(shí)，也能適應(yīng)無法避免的變更。I2基于MBD的飛機(jī)設(shè)計(jì)制造流程分析2.1傳統(tǒng)飛機(jī)設(shè)計(jì)制造流程傳統(tǒng)的飛機(jī)產(chǎn)品開發(fā)過程是按階段順序進(jìn)行的，對一個(gè)新產(chǎn)品的開發(fā)大多采用“過墻式”的序列化設(shè)計(jì)開發(fā)過程，從產(chǎn)品設(shè)計(jì)到工藝設(shè)計(jì)、加工制造、銷售及售后服務(wù)。各部門人員按自己的需要工作，很少考慮其他部門的需求。這種序列化的設(shè)計(jì)制造過程不能在設(shè)計(jì)的早期反映產(chǎn)品在整個(gè)生命周期內(nèi)的各種

19、需求，使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品存在很多缺陷，導(dǎo)致對方案的反復(fù)修改，甚至返工，延長了產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造周期。長期以來飛機(jī)研制企業(yè)沿用的是串行產(chǎn)品開發(fā)模式。如下圖所示。在這種開發(fā)模式下，與產(chǎn)品相關(guān)的信息主體上只能實(shí)現(xiàn)單向傳遞產(chǎn)品下游開發(fā)環(huán)節(jié)的信息反饋常常是大跨度的。容易造成大返工。同時(shí)由于沒有對飛機(jī)產(chǎn)品開發(fā)過程進(jìn)行統(tǒng)一管理，所以開發(fā)活動(dòng)難以做到一致性和規(guī)范化從而引發(fā)出過程反復(fù)過程銜接不順等問題，導(dǎo)致不必要地延長產(chǎn)品開發(fā)周期。力Att計(jì)-裝配工藝模型劃分部件I劃分工位，提出總裝型架等規(guī)劃大體的資源結(jié)構(gòu)I工藝專業(yè)資料概念I(lǐng)設(shè)計(jì)產(chǎn)品MBD模型2.2基于MBD的飛機(jī)設(shè)計(jì)制造流程在MBD產(chǎn)品發(fā)放以后，工藝模型經(jīng)過數(shù)據(jù)接口導(dǎo)

20、入到數(shù)字化協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)中，工藝人員依據(jù)裝配工藝結(jié)構(gòu)模板，通過人機(jī)交互方式進(jìn)行裝配工藝規(guī)劃與仿真，最后匯總為各類裝配工藝數(shù)據(jù)集，并將其儲(chǔ)存的數(shù)字化表達(dá)方法。整個(gè)裝配工藝模型建立的過程如圖2.1所示。劃分段件劃分組件并劃分AO，提出劃分站位，提出資源需求等上傳設(shè)計(jì)好上傳型架等模型裝設(shè)計(jì)部門工裝等資源設(shè)計(jì)圖2.1裝配工藝模型設(shè)計(jì)過程建立裝配工藝模型的主要工作是在數(shù)字化協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)下進(jìn)行裝配工藝規(guī)劃與仿真。工藝人員直接依據(jù)產(chǎn)品MBD模型完成工藝方案的制定、裝配單元的換分、裝配順序的設(shè)計(jì)及詳細(xì)工藝信息的輸入，并產(chǎn)生PPR（Product、Process、Resource,產(chǎn)品、工藝、資源）數(shù)據(jù)集，該過程

21、也可以稱為可視化裝配工藝規(guī)劃過程。在工藝規(guī)劃完成以后，通過裝配模擬仿真，確定出合理的裝配工藝，在不同的工藝規(guī)劃階段，工藝仿真的內(nèi)容不同。基于MBD的裝配工藝規(guī)劃技術(shù)將從根本上改變飛機(jī)裝配流程，從并行設(shè)計(jì)、企業(yè)級異地辦公協(xié)同等角度對飛機(jī)裝配工藝結(jié)構(gòu)模板的定制，工藝規(guī)劃過程、工藝信息的輸入、工藝仿真等提出全新的要求。2.2.1數(shù)字化協(xié)同應(yīng)用平臺(tái)的搭建MBD技術(shù)的應(yīng)用是建立在產(chǎn)品三維模型基礎(chǔ)上的，裝配工藝規(guī)劃與仿真、工藝文件的生成與更改都是在三維環(huán)境中進(jìn)行的，各種數(shù)據(jù)基于網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞.專業(yè)資料.結(jié)合國內(nèi)外主要航空制造企業(yè)在軟件配置方面的經(jīng)驗(yàn)及實(shí)際情況的具體需求，初步搭建了基于MBD的裝配工藝規(guī)劃與仿

22、真的平臺(tái),各個(gè)軟件是通過PPRHub作為數(shù)據(jù)集來管理的，確保單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源下實(shí)現(xiàn)裝配工藝規(guī)劃、裝配仿真、三維工藝規(guī)程的輸出，如圖2.2所示。圖2.2基于MBD的裝配工藝規(guī)劃與仿真平臺(tái)2.2.2PPR模型為了把飛機(jī)研制過程中將產(chǎn)品設(shè)計(jì)部門、工藝設(shè)計(jì)部門、加工部門等進(jìn)行有效的管理以實(shí)現(xiàn)MBD技術(shù),達(dá)索公司提出了PPR模型。PPR模型由相互聯(lián)系的Product（產(chǎn)品MBD模型）、Process（產(chǎn)品工藝模型）、Resource（制造資源）組成,通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行有效管理,如圖2.3所示。PPR模型中的數(shù)據(jù)是樹形分層結(jié)構(gòu)的，這與飛機(jī)制造業(yè)中產(chǎn)品的裝配層次關(guān)系和裝配工藝層次劃分（工位、站位、工序）的關(guān)

23、系相吻合。.專業(yè)資料.專業(yè)資料.圖2.3基于PPR的數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)解決方案2.2.3裝配工藝結(jié)構(gòu)模板定制每個(gè)航空企業(yè)都有多個(gè)制造項(xiàng)目，每個(gè)項(xiàng)目都具有自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樹，結(jié)構(gòu)樹上數(shù)據(jù)類型的層次關(guān)系、屬性信息由PTS（PlanTypeSet,規(guī)劃類型設(shè)置）決定。PTS為用戶在工藝規(guī)劃過程中提供友好的界面、滿足使用習(xí)慣、約束用戶在工藝設(shè)計(jì)過程中遵循一定的規(guī)范形式。用于指導(dǎo)裝配工藝規(guī)劃的PTS叫做裝配工藝結(jié)構(gòu)模板（以下稱工藝模板）。它決定了PPR樹（類似于文件夾和文件）的結(jié)構(gòu)層次、顯示方式、數(shù)據(jù)類型的屬性信息。一種數(shù)據(jù)類型對應(yīng)一個(gè)結(jié)點(diǎn)，如產(chǎn)品下有數(shù)據(jù)類型：部件、段件、組件、零件等；工藝下有數(shù)據(jù)類型：工位

24、、站位、AO、工序等；資源下有數(shù)據(jù)類型：工廠、車間、工位、工裝、工藝規(guī)范、工具等。由于DPE默認(rèn)的PTS具有通用性、廣泛性，沒有針對性，而且默認(rèn)的PTS結(jié)構(gòu)繁瑣復(fù)雜，各節(jié)點(diǎn)的屬性較多，涵蓋各種工業(yè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及制造屬性，容易混淆。另外，飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜及不同企業(yè)在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面、數(shù)據(jù)管理方面的差異，有必要在某產(chǎn)品裝配工藝規(guī)劃之前定制其裝配工藝模板。工藝模板的定制是一個(gè)繁雜的過程，需要定制人員有一定的工藝知識(shí)、工程經(jīng)驗(yàn)還要知道上游CAD產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程。后續(xù)的提取屬性、DPM仿真、生成工藝文件等工作的好壞都要依賴于模板定制的準(zhǔn)確性、完善性。產(chǎn)品模板定制大部分產(chǎn)品都有其上、下級工程組件，在整個(gè)飛機(jī)產(chǎn)品中

25、都有對應(yīng)的裝配層次關(guān)系。產(chǎn)品模板是根據(jù)飛機(jī)產(chǎn)品零部件的劃分及其裝配層次的梯度，在DPE中設(shè)計(jì)的用來快速指導(dǎo)上游CAD產(chǎn)品裝配結(jié)構(gòu)劃分的規(guī)范形式。產(chǎn)品模板定制的好壞決定后續(xù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)劃分及工藝分離面劃分的好壞。產(chǎn)品模板的定制過程如圖2.4所示。-ProductAXJ21亡5FiesoceFlantypes+ProcessPlardypes+召M(fèi)+心+QSr+_JScr+pTem丄V*1FasitnerMftBtiftcliiriiisMjifacturinOrgProduclProductABJ2I+3Ees-ooreePlfijutypestFroeessFlanlypes-凸(FrduetFl

26、inlypeslAsstablySuBAstfmblyB0M七1TcpAssemblyFroductG甑好alMqUsTypeNa?ne-占叱1+弓jKescurceFlaM畑電mt罵ProcessPlasitrpes-自|fopAsemb七jTopA.ssmbXyProductHerIRGOPlanGmihtQHot|.AssemblyRftsureeFlanlyp:Pi*oe*SPlPropelPlwityptsT3TcpssmblyAsseoblySiibAssiably令F“tTopAsstbly3：AsemtlyProcessflantypes-(Pr&duct,Plwtlypt?規(guī)

27、劃數(shù)鋸類型關(guān)系圖2.4產(chǎn)品模板的定制工藝模板定制產(chǎn)品設(shè)計(jì)分離面的劃分與生產(chǎn)中工藝分離面的劃分基本一致。工藝人員可以直接從Product中引用產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝結(jié)構(gòu)劃分，即對整個(gè)裝配任務(wù)進(jìn)行單元?jiǎng)澐?，從而?gòu)建工藝結(jié)構(gòu)樹。本文定制的工藝模板的數(shù)據(jù)類型及結(jié)構(gòu)層次如圖2.5所示。-ARJ21二ResourcePlantypes-ProcessPlantypes匝哲AO尸dAndin電3AndOutddOperation巴OrinE匕3ProcessView+電3TopProcess-StandPosition卻AO3SUM呼沁E3SubFrociss國企3WorkPosition會(huì)SwitchETopP

28、rocess巴3SubProcess-*3WorkPositionStandPosition圖2.5工藝模板的數(shù)據(jù)類型及結(jié)構(gòu)層次資源模板定制DPE里的資源是一個(gè)廣義的制造資源，是參與裝配過程的所有非產(chǎn)品的實(shí)物元素。如：裝配工裝、機(jī)床設(shè)備、工具量具、人、工藝規(guī)范、工藝知識(shí)數(shù)據(jù)等等錯(cuò)誤！未找到引用源。資源模板定制的結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。93ABJ21PlmtypesResourceViewOrganiizationalNode數(shù)據(jù)類型之-間的關(guān)系3Resource-MBuilding+FositionMinufactwingResoiiree&dPlantE藝Building白樂|Position：

29、MaauficturiiigResourceH3ResourceVi超|Plant圖2.6資源模板的數(shù)據(jù)類型及結(jié)構(gòu)層次零件屬性設(shè)置在DPE中定制零件屬性是為了保持與上游CAD軟件設(shè)計(jì)的零件屬性相一致,方便對產(chǎn)品進(jìn)行工藝規(guī)劃，方便通過開發(fā)程序進(jìn)行的數(shù)據(jù)批量傳遞及數(shù)據(jù)更新，方便工藝設(shè)計(jì)人員查看信息，也為數(shù)字化工藝規(guī)程的輸出及更新提供基礎(chǔ)。一個(gè)結(jié)點(diǎn)的屬性定制是分層次的,先定義屬性頁(Page)再定義屬性組(Group)、屬性項(xiàng)(Attribute)。零件屬性結(jié)構(gòu)及定制結(jié)果如圖2.7所示。零件屬性基本信息設(shè)計(jì)信息裝配信息裝配信息注釋信息加工信息材料名稱材料規(guī)范材料牌號毛料尺寸質(zhì)量重要件/關(guān)鍵件對稱件最

30、終定制結(jié)果最終定制結(jié)果DBS層次代碼下級工程組件所含數(shù)量工位站位定位方式下級工程組件版權(quán)聲明更改說明數(shù)模瀏覽有限壽命零部件聲明來源附注信息表面處理熱處理加工方式特種加工信息無損檢測下級裝配單元圖2.7零件屬性定制屬性設(shè)置裝配大綱AO(AssemblyOutline),是指導(dǎo)飛機(jī)裝配工藝工作的綱領(lǐng)性文件。其作用是根據(jù)產(chǎn)品的特點(diǎn)、企業(yè)的生產(chǎn)組織方式、人力與設(shè)備的使用情況，對整個(gè)制造過程和企業(yè)資源的綜合優(yōu)化。在DPE中，AO屬性的定制過程類似于零件屬性的定制，如圖2.8所示。AO屬性定制好以后經(jīng)過校對、審核批準(zhǔn)以后，就要固定AO的屬性項(xiàng)，方便這些屬性信息從產(chǎn)品MBD數(shù)據(jù)集中獲取。ARJ2I.*And

31、JciCopEiiit&rPa.it*F昨+BaseType：ProetssCniponht(i3te-aft,9)1般毬絆(吐燈詣)站位Ultrib*iteMao2)F-rOy.-1.n-sAOHlAOBDfSCfllPT(ON)ftiTffiE|REVlSIO+lREASON視藝釉蹄IVIEEPRWEW1一戟費(fèi)田佢ENERALINFORMATION)JffiXlTOOUREaUIAEDjST551A2iOO-OOOIFRONTSf55A200D-Q0a-l1SHELVEWrZiQD-04355XlJ5-OD-04555百lOCnXO-nOt?55百lOCnXO-nOtS追實(shí)魚臂55iico

32、tom追實(shí)魚臂55iicotor藥毛翼焉甘55XliXr-OD-055退實(shí)焉菁S：-i1&5-O5D-057張氏A張氏A1CO-OEJ張敦?:AiooomA55X圖2.13三維AO3基于MBD的飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)3.1基于MBD的飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)MBD制造技術(shù)體系是一種集成的應(yīng)用體系，是MBD數(shù)字化定義技術(shù)在信息化集成基礎(chǔ)上的創(chuàng)新。MBD體系中,CAD系統(tǒng)借助產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)管理與標(biāo)注系統(tǒng)完成工程MBD數(shù)據(jù)集的設(shè)計(jì)工作，并納入PDM系統(tǒng)進(jìn)行管理，通過CAE、CAM系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工芝設(shè)計(jì)、分析、虛擬制造。而數(shù)字化協(xié)同管理平臺(tái)是所有應(yīng)用系統(tǒng)的集成平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了工藝工程人員在設(shè)計(jì)過程中與設(shè)計(jì)人員的數(shù)據(jù)共享。通過數(shù)字化

33、協(xié)同管理平臺(tái)到生產(chǎn)現(xiàn)場的管理系統(tǒng),基于MBD的產(chǎn)品數(shù)據(jù)和工藝、制造數(shù)據(jù)可以最終傳遞到生產(chǎn)和檢驗(yàn)的現(xiàn)場終端。3.1.1MBD模型建立過程圖3.1在三維CAD模型基礎(chǔ)上建立MBD模型示意圖MBD建模主要依據(jù)所設(shè)計(jì)零部件的三維模型，尤其是幾何信息和非幾何信息，利用相關(guān)的建模軟件和編程語言生成該模型的圖形顯示。進(jìn)而對其進(jìn)行多方面操作。首先,在獲取產(chǎn)品的相關(guān)設(shè)計(jì)制造信息的基礎(chǔ)上,得到其MBD模型的幾何信息（指產(chǎn)品幾何形狀信息，即數(shù)據(jù)集中的產(chǎn)品三維模型）和補(bǔ)充信息（包括尺寸和公差的標(biāo)注、表面粗糙度、表面處理方法、熱處理方法、材質(zhì)、潤滑油涂刷范圍與顏色、要求符合的規(guī)格與標(biāo)準(zhǔn)等）的表達(dá)方式，如圖3.1所示。此

34、外，利用程序進(jìn)行三維CAD軟件的二次開發(fā)，使得建立的MBD模型能夠通過二次開發(fā)所建立的人機(jī)交互界面進(jìn)行模型的更新，并且能夠顯示出模型的幾何信息和補(bǔ)充信息。3.1.2MBD模型數(shù)據(jù)協(xié)同產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，為了保證各類數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性及協(xié)調(diào)性，必須在協(xié)同設(shè)計(jì)工作過程中保證產(chǎn)品全生命周期集成開發(fā)團(tuán)隊(duì)（簡稱LCPT）組成員之間的信息交流與協(xié)調(diào)溝通,使LCPT每位成員在自己的工作成果數(shù)據(jù)中考慮并滿足其它人的信息需求。在協(xié)同設(shè)計(jì)過程中，LCPT組成員之間需要協(xié)調(diào)的信息主要有結(jié)構(gòu)分離面信息、關(guān)鍵特性信息與工裝定位計(jì)劃信息。1）結(jié)構(gòu)分離面分設(shè)計(jì)分離面與工藝分離面設(shè)計(jì)分離面是由設(shè)計(jì)人員根據(jù)使用功能、維護(hù)修理、運(yùn)輸方便等

35、方面的需要，將產(chǎn)品劃分為許多采用可拆卸連接的部件、段件和組件形成的；而工藝分離面是由工藝人員為了生產(chǎn)的需要將其劃分為許多較小而簡單的、采用不可拆卸連接的板件和組件形成的。工藝分離面的合理劃分具有重要意義。通過合理的劃分工藝分離面，可提高裝配工作的開敞性，可以達(dá)到改善裝配工作效率，縮短裝配周期，并提高產(chǎn)品的裝配質(zhì)量。同時(shí)，由于增加了平行裝配工作面，為提高裝配工作的機(jī)械化和自動(dòng)化程度創(chuàng)造了條件。在數(shù)字化技術(shù)條件下，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)與工藝分離面通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理平臺(tái)PDM來表達(dá)和實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員從結(jié)構(gòu)功能角度劃分出設(shè)計(jì)分離面,并把產(chǎn)品結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)組織成EBOM形式；而工藝人員從生產(chǎn)角度劃分工藝分離面，并將

36、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)從EBOM形式調(diào)整成PBOM，指導(dǎo)后繼的工藝與工裝設(shè)計(jì)工作。2）關(guān)鍵特性信息關(guān)鍵特性是材料、零部件或制造過程的特征，它們的變化對產(chǎn)品的互換協(xié)調(diào)要求影響最大，進(jìn)而影響到產(chǎn)品結(jié)構(gòu)配合、性能、服務(wù)壽命或可制造性等。它的應(yīng)用使得產(chǎn)品質(zhì)量的控制從以檢驗(yàn)為基礎(chǔ)的質(zhì)量控制體系轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防為基礎(chǔ)的質(zhì)量控制體系。在一個(gè)產(chǎn)品的眾多協(xié)調(diào)特征中做出選擇是十分困難的。選擇和定義關(guān)鍵特性一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，包括兩方面：一是依據(jù)關(guān)鍵特性概念及經(jīng)驗(yàn)常識(shí)定義關(guān)鍵特性；二是依據(jù)歷史數(shù)據(jù)資源定義關(guān)鍵特性。為了保證高一級的關(guān)鍵特性如總體設(shè)計(jì)階段給出的頂級關(guān)鍵特性，必須將這些關(guān)鍵特性沿產(chǎn)品信息樹（或產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹）向下逐級傳遞分解，直到分

37、解到零件級，形成樹形結(jié)構(gòu)關(guān)鍵特性樹。如果高一級的關(guān)鍵特性出現(xiàn)了波動(dòng)過大的情況，其原因往往可追溯到低層零部件的波動(dòng)上，直至關(guān)鍵過程參數(shù)。因此，上一層產(chǎn)品的關(guān)鍵特性應(yīng)分解傳遞到下一層產(chǎn)品的關(guān)鍵特性上，以使制造者能追溯波動(dòng)源。當(dāng)零件級關(guān)鍵特性繼續(xù)向下分解傳遞時(shí)，可繼續(xù)找出對關(guān)鍵特性有較大影響的制造工藝參數(shù)。3）工裝定位計(jì)劃飛機(jī)裝配過程的主要特點(diǎn)是為保證其形狀和尺寸的協(xié)調(diào)準(zhǔn)確度要求，必須用大量體現(xiàn)零件尺寸和形狀的專用裝配工藝裝備來定位零部件空間位置并保證其形狀。工裝設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)裝配工藝裝備時(shí)，不僅需要關(guān)于由工程設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的裝配對象的幾何形狀與尺寸信息，而且還要關(guān)于由制造工藝技術(shù)人員制定的裝配對象的裝

38、配過程及其零部件的具體定位方法，即工裝定位計(jì)劃TIP(ToolIndexPlan)。在產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)過程中,裝配工裝定位計(jì)劃是在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)階段,由LCPT組根據(jù)裝配工作需要組織產(chǎn)品裝配工藝結(jié)構(gòu)樹并制定出主要裝配工藝流程后，進(jìn)一步提出對裝配工藝裝備的需求及工裝定位計(jì)劃。工裝定位計(jì)劃制定的依據(jù)是產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)型，并在其中詳細(xì)說明裝配結(jié)構(gòu)件的定位基準(zhǔn)與定位方法，包括結(jié)構(gòu)件基準(zhǔn)面、裝配配合表面、空間交點(diǎn)孔位、裝配孔位置以及重要輪廓外緣等。3.2基于MBD的模型數(shù)據(jù)表達(dá)生動(dòng)直觀是MBD的一大特點(diǎn)，MBD模型不是單純的三維模型，具有強(qiáng)大的表現(xiàn)力，在MBD制造技術(shù)體系的應(yīng)用環(huán)境中,產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員以三維模型為核

39、心集成完整的產(chǎn)品數(shù)字化定義信息。MBD模型包含三維實(shí)體模型、標(biāo)注(包括產(chǎn)品尺寸、工差、工藝處理等)、工程注釋等信息，在后續(xù)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)還可添加制造、檢驗(yàn)等部門的信息，構(gòu)成更完整的MBD數(shù)據(jù)集。另一個(gè)特點(diǎn)是產(chǎn)品信息從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)不再使用紙質(zhì)介質(zhì)，極大地方便了對數(shù)據(jù)的管理，減少了因紙質(zhì)載體與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)脫節(jié)造成的重復(fù)性勞動(dòng)，提高了數(shù)據(jù)表達(dá)和傳遞的準(zhǔn)確性，工人可以借助生產(chǎn)現(xiàn)場終端查詢所需數(shù)據(jù)，同時(shí)可即時(shí)觀看的仿真裝配動(dòng)畫，指導(dǎo)工人裝配操作，減少手工誤操作。MBD模型強(qiáng)大的非幾何信息描述能力為關(guān)鍵特性、定位計(jì)劃等協(xié)同信息的描述提供了全新的定義方法。這些協(xié)同信息一般由符號與文字說明信息兩部分組成，傳統(tǒng)

40、只能通過二維工程圖或圖片并結(jié)合文字表達(dá),而在MBD模型中將采用標(biāo)注與屬性聯(lián)合表達(dá)的方式。為保證各子任務(wù)設(shè)計(jì)人員在全生命周期中對這些信息的理解一致性，需要制定它們在MBD模型中的統(tǒng)一表達(dá)方法與使用規(guī)范。關(guān)鍵特性、定位計(jì)劃等協(xié)同信息都與零部件的特定結(jié)構(gòu)幾何特征相關(guān)。因此，既需要用符號標(biāo)注的方式標(biāo)識(shí)指出特定的幾何結(jié)構(gòu)特征及信息類別，又要對該標(biāo)識(shí)用文本字符串屬性進(jìn)行詳細(xì)描述說明。符號標(biāo)注一般采用旗注標(biāo)識(shí)符和包含一個(gè)參數(shù)的旗注定義聯(lián)合說明。旗注標(biāo)識(shí)符是用于描述所有零件特征的特殊工程標(biāo)識(shí)符號，一般采用直角五邊形。它被放在適當(dāng)?shù)臉?biāo)注平面中，并用一根導(dǎo)引線指向被描述的關(guān)聯(lián)幾何特征。旗注定義是對旗注的文本描述，放在旗注符號中，由信息類別標(biāo)識(shí)與序號兩部分組成。每個(gè)旗注都需要進(jìn)行詳細(xì)描述，這些詳細(xì)的描述信息放在結(jié)構(gòu)特征樹上的有關(guān)結(jié)點(diǎn)中，并以旗注定義符號標(biāo)識(shí)。3.3基于MBD的模型數(shù)據(jù)管理零件制造模型的建立、傳遞、使用和重用對其管理方法提出了迫切需求。當(dāng)