淺析MBD在飛機零件制造管理中的應用

竇麗娜，蘇麗琴，王冬

（1.中航沈飛民用飛機有限責任公司，遼寧沈陽110169；2.沈陽鼓風機集體股份有限公司，遼寧沈陽110142）

淺析MBD在飛機零件制造管理中的應用

竇麗娜1，蘇麗琴1，王冬2

（1.中航沈飛民用飛機有限責任公司，遼寧沈陽110169；2.沈陽鼓風機集體股份有限公司，遼寧沈陽110142）

基于MBD的數字化設計制造已逐漸發展為航空領域零件制造和裝配的一種趨勢，我國MBD技術的應用正處于由探索走向廣泛應用的過渡階段。首先對MBD的基本定義及基于MBD的工藝審查進行了簡要的論述；其次結合實際應用過程對基于MBD的零件制造過程管理進行了淺析和闡述，依據零件的MBD，在零件制造的工藝準備過程中，可以進行幾何特征（尺寸/公差等）及工藝信息識別，將工藝路線與零件的制造特征進行關聯，采用計算機輔助工藝設計（CAPP）系統進行工藝路線編制，并用于指導零件的生產制造；最后總結了基于MBD的零件主要制造流程（流程圖）。

MBD；數據集；零件制造；檢驗

隨著工程技術的發展，基于MBD的數字化設計制造已逐漸發展為航空領域零件制造和裝配的一種趨勢。近10余年，以波音和空客公司為代表的飛機制造業在數字化技術應用領域取得了巨大的成功[1]。建立了三維數字化設計制造一體化集成應用體系，開創了飛機數字化設計制造的嶄新模式。我國MBD技術的應用正處于由探索走向廣泛應用的過渡階段，基本形成以MBD為核心的制造模式，早期部門項目采用三維模型和二維圖紙相結合的生產制造模式。目前國內飛機產品制造及檢驗，大部分已經采用了MBD作為制造和檢驗的依據。部分項目已經以MBD技術為核心進行零部件的設計。

1 MBD定義

圖1 MBD模型圖

MBD（Model Based Definition）是目前波音推行的新一代產品定義方法。MBD是指在三維數字化模型中集成尺寸、公差等注釋性標注、產品設計信息、制造要求等以對產品進行全面描述，并靈活滿足該產品在全生命周期中各種需求的一種數字化產品定義方式，如圖1所示。其核心思想是：全三維基于特征的表述方法，基于文檔的過程驅動；融入知識工程、過程模擬和產品標準規范等[2]。

圖2所示為MBD零件模型示例。該模型集成了零件的各種相關數據，包括零件的基本信息、屬性以及通用的制造、檢驗及最終交付的要求等。這種集成定義的三維數模取代了傳統二維工程圖紙（部分項目在采用MBD模型設計時仍然存在二維工程圖紙），成為協同設計共享中的唯一的依據，設計部門、零件制造部門、制造數據部門等相關人員共同圍繞該MBD模型進行產品的設計、制造、檢驗等一系列工作。

我們可以看到，MBD技術的應用是以三維數模作為唯一的制造依據，這使得零件整個制造過程中的工藝準備、工藝設計、零件制造與檢驗的活動發生了根本性的變化。工藝開發工作將在三維數字化環境下，直接依據三維實體模型展開，同時減少了由三維向二維轉化的這種不增值工作量，從而完成工藝方案的制定及詳細工藝設計，將工藝路線與制造特征關聯起來，采用計算機輔助工藝設計（CAPP）系統進行工藝路線的編制，作為生產現場的操作依據。

2 基于MBD的零件工藝審查

一般來講，零件的工藝審查是指在零件的設計階段，對零件的工藝性進行全面審查并提出意見或建議，反饋給設計部門后進行修改的一個過程。對于零件制造部門，其工藝性通常是指零件的生產工藝性，即制造的可行性、難易程度與經濟性。基于MBD的工藝審查，可直接依據三維設計數模MBD進行，在MBD中獲取零件的幾何尺寸、加工精度、零件的材料信息、熱處理和表面處理信息以及其他特殊要求等，由技術部門和制造部門的工藝人員據此進行工藝分析和審查，并向設計部門反饋工藝審查意見；設計部門修改后將正式發放三維設計數模MBD及EBOM（產品設計結構）；技術部門的技術員可據此建立PBOM（產品工藝結構），制訂裝配工藝協調方案，劃分工藝分面，可進行全機裝配工藝仿真，最終形成經過裝配仿真驗證的MBOM（產品制造結構）頂層結構。由于采用了MBD作為唯一的依據，使得整個審查過程更清晰，且追溯性更強。最終的產品制造結構將轉化為分工指令的形式發放到零部件的制造部門，作為產品制造的依據之一。

圖2 MBD三維數模示例

3 基于MBD的零件制造

零件制造是通過一套符合要求的工藝過程，使用量具、工裝設備或者機床設備，從而得到設計形狀和尺寸。在零件制造過程中，零件制造部門依據設計部門正式發放的EBOM和三維設計數模MBD，結合工藝路線提出制造數據集及工裝的技術條件；數據制造部門將依據MBD工程數據集及技術條件建立制造數據集并進行維護和更新；零件制造部門可同時進行零件的材料屬性仿真和加工幾何仿真，進而編制工藝文件（工藝規程、技術單等）及NC程序，最終完成零件的加工以及自檢[4]。傳統的零件制造依據為二維工程圖紙，一般為紙質。下面以某項目為例，其零件制造的全過程是以MBD為核心，改變了以傳統模式為基礎的制造過程。

3.1 工藝準備階段

工藝準備階段包括了零件的工藝分析和工藝路線的編制。傳統的工藝準備是工藝人員依據工藝規范、分工指令、工程圖紙及工程圖紙有效目錄等工藝文件，申請相關的工裝，制造數據集（二維數據集/三維數據集）用于零件的制造；需要翻閱大量的紙質圖紙，對于零件的形狀也不能夠直觀、立體地進行表達，工藝技術人員需要依據傳統的制圖理念對圖紙進行分析，消耗大量的準備時間；同時需要編制工藝規程等相關的工藝文件。

基于MBD的工藝準備，與傳統工藝準備相比，工藝人員可直接依據MBD開展工作。進行幾何特征（尺寸/公差等）及工藝信息識別，進而將工藝路線與零件的制造特征進行關聯，采用計算機輔助工藝設計（CAPP）系統進行工藝路線的編制，有效地減少消化零件圖紙的時間。

以圖2零件示意圖為例，零件腹板面上的2個T/H通孔即為設計的工具孔，用于零件成形時定位。對于這種不需要補加工藝耳片或工藝余量的零件，可直接采用MBD中提供的數據集進行零件的加工制造，縮短了零件工藝準備的周期，同時也可以有效地避免由工程數據集向制造數據集轉化帶來的問題。

3.2 零件的加工制造

零件的加工制造過程中，操作工人的依據是工程圖紙及工藝文件。基于MBD的零件制造，操作工人可以通過MBD很直觀地看到成形后的零件形狀及零件幾何尺寸及公差，為其成形過程及自檢過程提供了很好的支持。每個有效版次的MBD數模直接對應一個零件，改變了傳統的一張圖紙多人共用的局面，也避免了紙版圖紙的借閱和翻閱，簡化了圖紙的版次管理和保存的工作。圖3為某項目圖紙多頁中某一頁的一部分，其中包含了多個零件圖。

圖3 零件圖紙示例

3.3 零件的檢驗過程

在零件的檢驗過程中，檢驗部門依據設計部門正式發放的EBOM、三維設計數模/MBD、三維工裝設計數模以及制造部門的工藝文件、技術文件等編制檢驗計劃計算測量數據，完成零件的檢驗和測量。在MBD制造模式下，產品設計特征均在三維數模中定義，比如產品公差標準、熱表處理信息等，可以在CATIA環境下的特征樹里直接提取[5]。

圖4 明膠板檢驗零件和CMM檢測零件

基于MBD的零件檢驗過程，可以更直觀地對零件尺寸和其他要求進行驗證。檢驗人員可按照MBD中要求的尺寸檢驗零件，也可以通過直接測量的方式獲得更為直觀和準確的數據，以驗證零件的正確性。零件檢驗的依據為MBD及相關工藝規范。當無法采用MBD測量或MBD無法提供尺寸時，可通過明膠板或樣板進行確認，也可通過CMM進行測量，如圖4所示，為零件的檢驗提供了更為便利的條件。

3.4 基于MBD零件制造流程圖

在一些國外項目及國產大飛機項目中，MBD技術已經在零件設計制造的全過程中得到了應用，其主要流程如圖5所示。

圖5 基于MBD的零件制造流程圖

4 結束語

采用MBD技術后，在減少設計工作量和簡化管理過程的同時摒棄二維圖樣，直接使用三維標注模型作為制造依據，使工程和工藝技術人員從多年來的二維圖紙文化中“跳”出來，實現了產品設計（含工藝設計）、工裝設計、零件加工、部件裝配、零部件檢測檢驗的高度集成、協同和融合。

MBD技術在國外的一些飛機項目中得到了廣泛的應用，實現了通過三維數字化協調建模、MBD替代二維圖紙，但離基于MBD的三維工藝仿真設計和三維數字化工藝現場應用仍存在一定的差距，需要我們更深入地加以應用，并積極推廣。目前，我國的飛機項目也已經開始將MBD技術應用到設計和制造的過程中。MBD技術在飛機設計及制造過程中的廣泛應用必將推動我國飛機制造業的迅猛發展。

［1］周秋忠，范玉清.MBD技術在飛機制造中的應用［J］.航空維修與工程，2008（3）.

［2］馮潼能，王錚陽，宋婭.MBD技術在協同設計制造中的應用［J］.航空制造技術，2010（18）.

［3］余志強，陳嵩，孫煒.基于MBD的三維數模在飛機制造過程中的應用［J］.航空制造技術，2009（52）.

［4］阮超峰.MBD技術在航空制造業中的應用［J］.機械設計與制造工程，2014（6）.

［5］杜福洲，梁海橙.基于MBD的航空產品首件檢驗關鍵技術研究［J］.航空制造技術，2010（23）.

〔編輯：劉曉芳〕

V262

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2017.19.132

2095－6835（2017）19－0132－04

竇麗娜，女，黑龍江人，工程師，2008年畢業于沈陽工業大學（研究生），主要從事飛機零件制造工藝工作。蘇麗琴，女，江西人，工程師，2008年畢業于南昌航空大學（本科），主要從事飛機零件表面處理工藝工作。王冬，男，遼寧人，工程師，2005年畢業于沈陽工業大學（本科），主要從事產品的安裝、檢修及銷售等工作。