基于模型定義的飛機工藝數字樣機體系的構建

◎ 李麗佳

傳統的飛機制造方法是運用物理樣機進行制造過程中相關問題的分析與研究，其需要耗費大量的時間與精力。在飛機制造方法不斷優化的過程中，逐步從模擬量轉化為數字量的飛機研制生產模式，后又轉化為現代化研制模式，目前，在三維數字化設計制造技術支持下，已建立起基于建模與仿真的科學設計模式。

一、基于模型定義（MBD）的工藝數字樣機體系建立的意義

1.三維數字化設計制造一體化集成應用體系尚未構建完成。

現階段，本國的飛機制造工藝尚處于發展階段，與西方國家相比，仍有不小差距，目前，在飛機數字化制造的整個過程中未能實現三維建模技術的完全融合，并且基于模型定義技術的產品定義研究并未完成，還未建立起基于模型定義的數字化工藝設計與產品制造模式，模型設計技術并不完善、制造工藝以及管理能力仍需進一步提升，集設計、制造于一體的三維數字化集成應用體系的構建尚需時日。

2.制造協調信息描述方式與制造模式不匹配。

基于模型定義的三維數字化設計制造能力有利于推動企業研制能力的變革，現已成為相關企業競爭能力提升的關鍵。現階段，已逐步應用模型定義進行產品前端設計，并且采用三維數字模型進行設計信息的有效傳遞，然而在工藝設計過程中，制造協調相關信息的描述主要是運用文字與圖形的二維表達方式，這與目前先進的制造模式并不匹配。

二、飛機工藝數字樣機分析

工藝數字樣機是對飛機整機或子系統及其下級節點的工藝數字模型按照BOM組織起來的完整集合，它不僅反映了飛機的功能屬性，同時還反映了飛機的工藝屬性。其中，飛機工藝數字模型是工藝協調依據模型與飛機設計模型線性疊加的結果。它不僅反映了設計意圖，同時反映了零組件的裝配與機加特性；它作為制造與裝配的依據，指導技裝、專業廠等進行工序模型、工裝模型的詳細構建。工藝協調依據模型則是在設計數字模型的基礎上，采用MBD方法對工藝協調依據信息進行規范化建模、數字化描述、結構化組織的結果，它只反映飛機制造協調依據信息。

三、飛機工藝數字樣機建模的關鍵技術分析

1.飛機制造協調依據的分類與總結。

對有指令交接要求的零部件根據專業進行分類總結，歸納出常見制造協調依據，包括交付類要求、方法類要求、外形尺寸位置要求、工藝余量以及工藝幾何體要求。

2.基于模型定義的制造協調依據信息表達。

以設計數字模型為基礎，采用基于MBD的方法對制造協調依據信息在CAD環境下進行規范化表達，包括工藝注釋、工藝幾何體、工藝三維標注、顏色表達四種形式。為了滿足直觀性與易區分性原則，各類標注均前綴均定義為GY-，且標注作用的特征采用與設計模型明顯區分顏色進行體現，同時各類制造協調依據所作用的特征顏色也進行了顯著區分。

3.基于模型定義的制造協調依據信息組織。

設計模型與制造協調依據模型完全獨立，設計換版只要不影響工藝性，可直接對設計模型進行替換而不需要重建工藝數字模型，大大提高了工藝數字樣機的可維護性。同時，制造協調依據與設計模型只是疊加關系，因此實現了設計信息的可追溯，結構化的組織使得工藝信息滿足了后期擴展的需求。所有工藝信息均通過三維標注在數模上直接體現，三維標注采用“視窗”的形式對標注進行集中管控，實現工程人員對所有工藝信息完整、快速的瀏覽。

四、業務流程驅動下的飛機工藝數字樣機多級管控

1.業務流程驅動下的跨平臺協同管理。

在協同平臺環境中建立了單位內部、異地跨單位之間的協同工作業務流程，包括基于構型的工程數據發放/接收流程、工藝審簽流程、工程更改（ECN/ECR）管理流程等。工程數據發放階段，根據設計數字樣機進行工藝數字模型建模；設計模型變更階段，設計所發放ECN/ECR，通過自動分發中心提取ECN/ECR關聯的零部件編號，根據零部件編號與工藝數字模型的對應規則，自動點亮工藝數字樣機結構樹相應的節點，同時自動派發給工程部、專業廠相關的責任人，分別負責工藝數字模型和工序數字模型的及時修改。工程部將工藝數字模型執行ECN/ECR的情況反饋至設計所，完成整個流程的閉環。綜上，工藝數字樣機的協調管理工作嚴格按業務流程進行，保證產品研制和生產工作有序、有效、受控、可追溯，并保證數據的唯一性、一致性和安全性。

2.業務流程驅動下的CPC/PDM平臺內部管控。

工藝數字樣機在產品數據管理系統（CPC/PDM）中的管控流程，審簽單與所維護的結構相關聯，審簽單完成審簽流程后，所維護的結構才能生效，以保證制造協調依據模型的準確性。

3.工藝數字樣機的模型構建過程管理。

采用信息技術方式強化建模整個過程的管理，使之更加規范化與科學化，有利于采用自動化的方式進行工藝數字樣機的建立，還可提升編輯速度，并將之上傳至產品數據管理系統當中，可實現建模效率的有效提升與建模質量的強化。在建模技術的支持下，工藝數字樣機可以自行進行建模相關信息的收集與存儲，進而實現信息數據的有效利用。通過自主開發快速建模工具實現了制造協調依據模型GYXT-AA3000與設計模型DSAA3000的完全獨立，為后續管理及維護帶來極大的方便，同時保證了設計模型的可追溯性，最終建立了結構框完整的工藝數字模型GY-AA3000。

結論：本文對基于模型定義的飛機制造工藝數字樣機體系的構建理論及管理與控制方式進行了探討，構建出的飛機數字化工藝協調體系呈現出層次化、完整化的特點，在應用實踐當中，工藝數字樣機體系可以實現工藝協調依據的集中，提升管理效率，提升技術協同性效果，進而使飛機裝配質量得以有效提升，使飛機型號的研制周期得以大大縮短，實現了以三維模型為基礎的飛機工藝數字化制造模式的構建。