航空制造業(yè)中基于MBD的首件檢驗

張笑宇

摘要：隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，越來越多公司使用MBD（Model Based Definition基于數(shù)模的定義）的形式傳遞工程要求。在分析MBD 模式的基礎(chǔ)上，本文給出了在MBD 環(huán)境下實現(xiàn)首件檢驗的關(guān)鍵技術(shù)，以探討實現(xiàn)此類首件檢驗的難點和關(guān)鍵點。

關(guān)鍵詞：首件檢驗;基于數(shù)模定義;AS9102

當(dāng)前，在航空制造業(yè)領(lǐng)域，數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用。同時，在計算機(jī)技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)的以模擬量傳遞為主的協(xié)調(diào)工作法逐步向全數(shù)字量傳遞轉(zhuǎn)變。到目前為止，數(shù)字化產(chǎn)品定義的變革也經(jīng)歷了以下三個階段：二維電子圖紙、三維數(shù)模加二維圖紙、全三維數(shù)模（MBD技術(shù)）。

1.MBD的意義：

在三維數(shù)模加二維圖紙的模式下，僅靠三維模型，往往難以進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)和檢驗。也就是說，三維模型中沒有以讓技術(shù)人員立刻明白的方式，將生產(chǎn)技術(shù)、模具設(shè)計與生產(chǎn)、部件加工、部件與產(chǎn)品檢驗等工序所必須的設(shè)計意圖添加進(jìn)來。

三維模型包含了二維圖紙所不具備的詳細(xì)形狀信息。另外，基于注釋的形狀提示、關(guān)鍵部位的放大圖和剖面圖等能夠更為靈活而合理地傳達(dá)設(shè)計意圖的手段也存在不足。基于這樣的情況，MBD技術(shù)得以發(fā)展。MBD （MODEL BASED DEFINITION）即基于模型的工程定義，是一個用集成的三維實體模型來完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息的方法體，它詳細(xì)規(guī)定了三維實體模型中產(chǎn)品尺寸、公差的標(biāo)注規(guī)則和工藝信息的表達(dá)方法。MBD改變了傳統(tǒng)由三維實體模型來描述幾何形狀信息，而用二維工程圖紙來定義尺寸、公差和工藝信息的分步產(chǎn)品數(shù)字化定義方法。同時，MBD使三維實體模型作為生產(chǎn)制造過程中的唯一依據(jù)，改變了傳統(tǒng)以工程圖紙為主，而以三維實體模型為輔的制造方法。MBD在2003年被ASME批準(zhǔn)為機(jī)械產(chǎn)品工程模型的定義標(biāo)準(zhǔn)，是以三維實體模型作為制造依序的標(biāo)準(zhǔn)體。

2.基于MBD首檢的重要性：

在2014年10月發(fā)布的AS9102 B版（Aerospace First Article Inspection Requirement航空首件檢驗要求）中，主要就是增加了對DPD對應(yīng)首件檢驗的關(guān)系，升版信息如下：

This standard was revised to emphasize the value of the First Article Inspection （FAI） process to an organization，separate and enhance the planning and evaluation activities，and define Digital Product Definition （DPD） and its relationship to the FAI process.

（這份標(biāo)準(zhǔn)的升版是為了強(qiáng)調(diào)首件檢驗過程對于一個組織的價值，分開且強(qiáng)調(diào)了計劃和評估活動，并且定義了數(shù)字化產(chǎn)品定義和它與首件檢驗過程的關(guān)系。）

之所以會做這樣的更改，必然是為了適應(yīng)國際上越來越多的航空產(chǎn)品公司開始使用MBD來作為定義產(chǎn)品方法的趨勢。由此可見，在MBD環(huán)境下做好首件檢驗工作，將是未來極為重要的一項內(nèi)容。

3.虛擬首檢：

MBD這種方式也是本公司在實際生產(chǎn)過程中第一次遇到，新產(chǎn)品開發(fā)階段經(jīng)歷了工程信息的“理解”“計劃”“實施”三個階段，傳統(tǒng)的實物的首件檢驗發(fā)生在“實施”階段，但是在“實施”進(jìn)行首件檢驗存在的問題在于：

（1）前期波動沒有得到控制;

（2）太晚發(fā)現(xiàn)問題。

針對這種情況，我們發(fā)展了“首件檢驗”的概念，希望在“理解”和“計劃”階段更清楚的正確的一致的理解工程信息。

為了實現(xiàn)正確的一致的理解工程信息，我們相信只有通過“制造線”和“質(zhì)量線”分開理解，形成相應(yīng)的文件，然后合并對照，才能實現(xiàn)，這就是所謂的“虛擬首件檢驗”的概念。

具體的做法是，在“理解”階段，我們推動工程部門根據(jù)工程文件（數(shù)模&規(guī)范）編制規(guī)范清單（Bill of Specification，BOS），特種工藝清單（Bill of Special Process，BOP），包含規(guī)格的材料清單（Bill of Raw Material，BOR），標(biāo)準(zhǔn)件清單（Bill of Standard Part，BOSP）等工程分析文件，然后與質(zhì)量部門編制的文件進(jìn)行比對，實現(xiàn)“理解”階段的“虛擬首件檢驗”，最后發(fā)布經(jīng)過比對的工程分析文件供其它部門使用（采購、供應(yīng)商管理、車間），其它部門在使用這些文件的時候如果發(fā)現(xiàn)與數(shù)模和規(guī)范相沖突的地方，以數(shù)模和規(guī)范為準(zhǔn)并上報問題給工程部門和質(zhì)量部門以進(jìn)行及時糾正。

在“計劃”階段，我們推動制造部門根據(jù)工程文件和“理解”階段形成的工程分析文件編制特性清單（Bill of Characteristic，BOC），工藝方案和相應(yīng)的控制計劃（Control Plan，CP），然后質(zhì)量部門對其進(jìn)行檢查，檢查結(jié)束配合制造部門進(jìn)行分析，分析結(jié)果供項目部門參考，實現(xiàn)“計劃”階段的“虛擬首件檢驗”。

最后在“實施”階段的實物的首件檢驗按照傳統(tǒng)的程序流程進(jìn)行，并全面地檢查前面兩次“虛擬首件檢驗”的效果。

4.基于MBD的零件首檢：

通過虛擬首檢之后，大部分的零件特性都能夠得到充分識別，但在之前的特性介紹中，曾經(jīng)提到，此類零件數(shù)模具有隱性特性多的特點，這就給尺寸檢查帶來了難度。與此同時，現(xiàn)場檢驗員是否具有正確閱讀數(shù)模的能力，或者有能力閱讀數(shù)模的人是否能對特性識別完整無遺漏，也是一個不可忽視的問題。

針對這一的情況，在進(jìn)行基于MBD的首檢時，質(zhì)量工程師會把這些隱性和顯性特性都提取出來，并通過截圖編號的形式，把這些特性落實到氣泡圖上，以供檢驗員首檢使用。

5基于MBD的組件首檢：

在進(jìn)行基于MBD的組件首檢時，一個同樣的問題就是如何把數(shù)模信息傳遞給檢驗員。針對這一問題，我們采用PDD（Production Definition Document）這種文件，把三維數(shù)模轉(zhuǎn)換為二維圖紙。PDD文檔包括了產(chǎn)品定義信息、注釋、標(biāo)準(zhǔn)通注、連接定義、加墊定義和密封定義等內(nèi)容，基本囊括了所有裝配時需要使用的信息。（見圖1）

在進(jìn)行基于MBD的組件首檢時，最復(fù)雜的部分是大量的連接定義。以往二維圖紙的檢查經(jīng)驗是，通過二維圖紙中標(biāo)注的緊固件牌號追溯到相應(yīng)的規(guī)范，通過規(guī)范中對應(yīng)的孔徑和相應(yīng)的緊固件安裝要求來檢查。MBD環(huán)境中，這一點可以更方便的執(zhí)行，每一個連接定義中，對具體的緊固件牌號、緊固件數(shù)量，以及鉆孔及安裝緊固件所依據(jù)的規(guī)范都有更加清晰詳細(xì)的說明（可參考圖1）。但值得注意的一點是，在有些連接定義中，孔的最大最小值被直接列出，其尺寸與相應(yīng)的BAC規(guī)定的尺寸不同（可參考圖1），在這種狀況下，要遵循的優(yōu)先級是“圖紙大于規(guī)范”，檢查則必須以連接定義中所規(guī)定的參數(shù)為準(zhǔn)。

除此之外，在裝配首檢中，一個很常見的問題就是我們的裝配大綱并不可能完全依照裝配數(shù)模傳遞的組件結(jié)構(gòu)來制造。舉例來說，數(shù)模中規(guī)定ABC三個零件組成了一個組件D，但在我們正常生產(chǎn)過程中，為了方便生產(chǎn)，很有可能只是先把AB組在一起，C可能會與別的零件先組到一起。在這種情況下，我們必須以E-BOM（engineering-bill of material工程材料清單）為準(zhǔn)，以圖紙規(guī)定的結(jié)構(gòu)為準(zhǔn)，每份裝配圖紙出一份首檢，而不能遷就現(xiàn)場的裝配大綱。這樣做的好處是可以在裝配首檢全面完成之時，同時驗證裝配大綱的正確性。這樣做的難點就是檢驗員在實際操作中，一本首檢報告很可能要涉及到很多本大綱的內(nèi)容，從而增加了檢驗難度。

6.結(jié)束語：

通過以上的介紹，我們可以發(fā)現(xiàn)，MBD這種技術(shù)，在工程要求的條理性以及對產(chǎn)品的直觀認(rèn)知上，給予了我們很大的方便。但與此同時，在進(jìn)行基于MBD的首件檢驗時，給技術(shù)人員提出了更多的要求，比如隱性尺寸的提取以及三維轉(zhuǎn)二維的信息傳遞等問題。

無論如何，MBD技術(shù)肯定會成為未來航空業(yè)的主流，同時首件檢驗的重要性也會更加被重視，我們?nèi)绾稳ミm應(yīng)這種環(huán)境是一個迫在眉睫的問題。我們目前也在考慮諸如輕量化數(shù)模的可行性，或直接生成檢驗專用數(shù)模已規(guī)避三維轉(zhuǎn)二維的過程中帶來的差錯。這些都是我們今后努力發(fā)展的方向，而這些努力唯一的目的就是為了我們的首件檢驗更加正確有效。

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