MBD技術在航空制造業中的應用

文|　殷志彤

MBD技術在航空制造業中的應用

文|殷志彤

隨著21世紀經濟與科學技術的不斷發展，我國在航天技術方面也取得了突飛猛進的進步，但是在航空制造業中，由于技術等問題的局限，還會存在著一些急需改進的問題，例如在航空發動機的設計上會存在標準規范不一等問題，因此本文主要闡述了MBD技術的具體概念以及分析了在航空制造業中的具體應用，從而在一定程度上使得航空技術的得到了進一步的發展。

對于目前的航空發動機制造與設計來講，還主要是依靠2D圖方式來實現對知識信息的表達和傳遞，而隨著科學技術的不斷發展，全方位的3D設計環境已經越來越普遍，與此同時，航空發動機設計工廠的制造方法也在不斷的進步，從而使得2D信息表示與3D數字化設計出現不匹配的現象，因此在對發動機的設計上應該圍繞3D模型來進行，進而使得整個生產的過程中都采取相同的模式，因此，MBD技術的應用與發展就顯得尤為重要。

MBD技術的提出最早由于波音(Boeing)公司所開發出來的，并且實際投入到航空制造業中，在不斷的實踐中逐漸發展起來，最早應用于這項技術的是波音公司的B737客機，其主要的設計理念是以3D模型為主要的基礎，在2D圖紙輔助作用下實現知識信息的表達，在整個飛機的設計過程中MBD技術被應用到了生產的各個階段。隨著MBD技術的逐漸成熟以及其具有的明顯優點，各個公司也在逐漸開發與應用中，而隨著MBD技術應用與研究的日益廣泛，其技術發展得已經相當成熟，從而使航空制造業的技術得到了一定的發展，給相關制造業提供了大量的便利條件。

由此可以看出，MBD技術主要是在2D信息表達方式的基礎上而逐漸發展的，從而形成了3D數字化模型，取代了2D工程圖的應用，使得3D MBD模型應用于產品制造的各個階段中。

MBD技術應用基本要求

MBD技術的行業標準。由于MBD技術是一項十分復雜的技術，要想將此技術貫穿于產品生產周期的各個階段，就要對生產周期中的各個角色單位進行一定的統籌，從MBD技術的具體設計到后續的各個制造部門進行合理的應用與實施，再到根據技術的設計理念準確地進行制造、加工與裝配等，這一系列的環節都是由不同的部門來完成的，要想將最初MBD的設計理念貫穿于整個應用與生產的各個環節，各個相關的單位之間就要進行密切的溝通與相互的協調。因此，可以讓對MBD技術進行設計的設計人員參加對工廠將其工藝方案融人自身技術的環節，從而將MBD設計合理地融到工廠的生產工藝中。除此之外，還需要對各個單位生產的具體任務進行統一的標準，從而實現各個部門制造與設計上的高度統一性，在這里還需要注意的是對于航空制造的發動機產品的制造上來講具有一定的獨特性，那么對于其本身的一些零部件結構形式應該有獨特的規范，那么就不適用于現有的通用標準，此時就可以針對發動機結構內部的特點，參照國際上一些相關的標準，以及有機地結合GB/ T24734，進而制定出適用于典型零部件的MBD行業標準。

MBD技術3D模型內容。由于MBD技術是在2D模型的基礎上所發展出來的，那么其主要的技術不僅包括原來的2D模型所表示的一切信息，還針對PLM特點，使所有的知識信息進行有機地融合起來，從而形成一個有機的系統。因此，對于3D MBD模型來講，其本身內部的數據集的核心是3D模型，進而將3D MBD模型貫穿于整個產品的生產周期，從而構成了MBD模型所包含的信息面十分廣泛、而且內部的知識信息量十分大的特點。

而3D模型本身主要由實體幾何特征、輔助幾何特征以及知識信息所組成，其中的知識信息主要是指通過MBD技術來表示尺寸、公差、技術要求等一些具體的知識信息，屬性信息主要表達的是不同特征的產品所需要的一些不可見尺寸和注釋等具體信息。

MBD技術在設計過程中的具體應用

基于視圖的標注信息管理。3D數字化模型實現對產品信息的管理主要是通過圖層(Laver)、引用集(component)以及組(Gmup)等方法來實現的，對于模型中的一些具體特征可以通過使用圖層的方法，來實現對各種特征信息的分類；而對于相同類型的模型信息就可以通過引用集或組方法來實現對信息的管理，對于模型內部的各種信息進行系統的管理，其主要目的就是使信息表達得更加明確以及在一定程度上對各種信息的查找與閱覽帶來了較大的方便。

3D MBD模型內的3D標注信息對于整個模型來講是十分重要的，它本身的功能不僅僅是為了對3D MBD模型內的一些具體信息進行全方面的表達，而且期間所表達的內容還覆蓋了對整個模型的設計以及制造等各個細節的信息，因此要對3D標注信息進行合理的管理，以確保對模型內的一些重要信息進行傳遞。而對于3D 標注信息的管理上，應該主要關注對知識信息的表達以及領域的使用，這是由于MBD模型在整個生產的過程中是唯一的信息載體，在取代了傳統的2D圖紙后，就要求要對原來2D圖紙內設計的信息進行良好的傳遞，同時還要方便相關設計人員與工藝人員的查看與使用，那么就可以通過基于視圖的標注信息(Definition Based Model Views—DBMV)的管理方法來實現對3D標注信息的良好與高效的管理。

標注信息與特征的互聯性。在以MBD技術為基礎的3D數字化設計可以實現將知識信息與3D模型之間有機地結合，從而使兩者成為一個有機的整體。在3D模型中可以對所標注的任何信息進行直觀上的反映，從而便于相關人員的查看與使用，同時，通過MBD技術可以形成一種互聯機制，通過這種機制可以很好地使得3D模型特征信息與標注信息聯系在一起，形成相互關聯的狀態。因此相關人員在查看3D模型的某一特征時，會有相對應的標注信息來幫助相關人員更好地理解模型的一些相關信息，而在相關人員查看某一標注信息時就會將3D模型中相對應的3D特征直觀地表現出來。由此可以看出，MBD技術的主要功能之一在與通過利用3D MBD模型將標注信息和知識特征信息有機地結合在了一起，從而形成一種相互的關聯機制。

標注信息的簡化。MBD技術應用取代了傳統的對信息的表達方式，從而采用了一種全新的知識傳遞以及表達的方式，在對產品的加工制造上來講，3D模型是整個制造與加工過程中唯一的數據源，而且其數據源具有十分準確的特點，因此，利用MBD 3D模型可以對模型尺寸進而直觀的讀取，并且可以自動生成刀位軌跡，進而實現加工程序的自動化，根據MBD技術的這一特點可以在加工的設計過程中，可以無需按照航標要求的一般公差尺寸信息進行一定的標注，通過對一些需要明確的相關信息根據航標公差要求進行詳細的3D標注，也可以同樣達到確定關鍵重要尺寸的目的。這種對信息標注的方式大大方便了相關人員對信息進行標注的工作，在節省了大量的人力與物力的基礎上，還可以提高對信息進行標注的效率，進而在一定程度上也為產品一些后續的加工、制造環節帶來了很大的便利，進而創造了一個很好的生產條件。

總而言之，在航空制造業中，MBD技術貫穿與產品生產的整個生命周期，改變了傳統的利用2D圖方式來實現對知識信息的表達和傳遞的方法，將3D模型應用于整個設計與生產的過程，實現了利用MBD技術與3D模型緊密結合的方式來使整個加工、制造環節更加簡便化，同時對制造的相關信息也實現了更加直觀、更加方便的查閱與了解。因此MBD技術的應用對于航空制造業來講是十分重要的，也必將會在未來的發展中引起更多相關人士的關注。

中國社會科學院研究生院）

（作者單位：中國電子科技集團公司第十三研究所）