基于模型定义的飞机工艺数字样机体系的构建

◎ 李丽佳

传统的飞机制造方法是运用物理样机进行制造过程中相关问题的分析与研究，其需要耗费大量的时间与精力。在飞机制造方法不断优化的过程中，逐步从模拟量转化为数字量的飞机研制生产模式，后又转化为现代化研制模式，目前，在三维数字化设计制造技术支持下，已建立起基于建模与仿真的科学设计模式。

一、基于模型定义（MBD）的工艺数字样机体系建立的意义

1.三维数字化设计制造一体化集成应用体系尚未构建完成。

现阶段，本国的飞机制造工艺尚处于发展阶段，与西方国家相比，仍有不小差距，目前，在飞机数字化制造的整个过程中未能实现三维建模技术的完全融合，并且基于模型定义技术的产品定义研究并未完成，还未建立起基于模型定义的数字化工艺设计与产品制造模式，模型设计技术并不完善、制造工艺以及管理能力仍需进一步提升，集设计、制造于一体的三维数字化集成应用体系的构建尚需时日。

2.制造协调信息描述方式与制造模式不匹配。

基于模型定义的三维数字化设计制造能力有利于推动企业研制能力的变革，现已成为相关企业竞争能力提升的关键。现阶段，已逐步应用模型定义进行产品前端设计，并且采用三维数字模型进行设计信息的有效传递，然而在工艺设计过程中，制造协调相关信息的描述主要是运用文字与图形的二维表达方式，这与目前先进的制造模式并不匹配。

二、飞机工艺数字样机分析

工艺数字样机是对飞机整机或子系统及其下级节点的工艺数字模型按照BOM组织起来的完整集合，它不仅反映了飞机的功能属性，同时还反映了飞机的工艺属性。其中，飞机工艺数字模型是工艺协调依据模型与飞机设计模型线性叠加的结果。它不仅反映了设计意图，同时反映了零组件的装配与机加特性；它作为制造与装配的依据，指导技装、专业厂等进行工序模型、工装模型的详细构建。工艺协调依据模型则是在设计数字模型的基础上，采用MBD方法对工艺协调依据信息进行规范化建模、数字化描述、结构化组织的结果，它只反映飞机制造协调依据信息。

三、飞机工艺数字样机建模的关键技术分析

1.飞机制造协调依据的分类与总结。

对有指令交接要求的零部件根据专业进行分类总结，归纳出常见制造协调依据，包括交付类要求、方法类要求、外形尺寸位置要求、工艺余量以及工艺几何体要求。

2.基于模型定义的制造协调依据信息表达。

以设计数字模型为基础，采用基于MBD的方法对制造协调依据信息在CAD环境下进行规范化表达，包括工艺注释、工艺几何体、工艺三维标注、颜色表达四种形式。为了满足直观性与易区分性原则，各类标注均前缀均定义为GY-，且标注作用的特征采用与设计模型明显区分颜色进行体现，同时各类制造协调依据所作用的特征颜色也进行了显著区分。

3.基于模型定义的制造协调依据信息组织。

设计模型与制造协调依据模型完全独立，设计换版只要不影响工艺性，可直接对设计模型进行替换而不需要重建工艺数字模型，大大提高了工艺数字样机的可维护性。同时，制造协调依据与设计模型只是叠加关系，因此实现了设计信息的可追溯，结构化的组织使得工艺信息满足了后期扩展的需求。所有工艺信息均通过三维标注在数模上直接体现，三维标注采用“视窗”的形式对标注进行集中管控，实现工程人员对所有工艺信息完整、快速的浏览。

四、业务流程驱动下的飞机工艺数字样机多级管控

1.业务流程驱动下的跨平台协同管理。

在协同平台环境中建立了单位内部、异地跨单位之间的协同工作业务流程，包括基于构型的工程数据发放/接收流程、工艺审签流程、工程更改（ECN/ECR）管理流程等。工程数据发放阶段，根据设计数字样机进行工艺数字模型建模；设计模型变更阶段，设计所发放ECN/ECR，通过自动分发中心提取ECN/ECR关联的零部件编号，根据零部件编号与工艺数字模型的对应规则，自动点亮工艺数字样机结构树相应的节点，同时自动派发给工程部、专业厂相关的责任人，分别负责工艺数字模型和工序数字模型的及时修改。工程部将工艺数字模型执行ECN/ECR的情况反馈至设计所，完成整个流程的闭环。综上，工艺数字样机的协调管理工作严格按业务流程进行，保证产品研制和生产工作有序、有效、受控、可追溯，并保证数据的唯一性、一致性和安全性。

2.业务流程驱动下的CPC/PDM平台内部管控。

工艺数字样机在产品数据管理系统（CPC/PDM）中的管控流程，审签单与所维护的结构相关联，审签单完成审签流程后，所维护的结构才能生效，以保证制造协调依据模型的准确性。

3.工艺数字样机的模型构建过程管理。

采用信息技术方式强化建模整个过程的管理，使之更加规范化与科学化，有利于采用自动化的方式进行工艺数字样机的建立，还可提升编辑速度，并将之上传至产品数据管理系统当中，可实现建模效率的有效提升与建模质量的强化。在建模技术的支持下，工艺数字样机可以自行进行建模相关信息的收集与存储，进而实现信息数据的有效利用。通过自主开发快速建模工具实现了制造协调依据模型GYXT-AA3000与设计模型DSAA3000的完全独立，为后续管理及维护带来极大的方便，同时保证了设计模型的可追溯性，最终建立了结构框完整的工艺数字模型GY-AA3000。

结论：本文对基于模型定义的飞机制造工艺数字样机体系的构建理论及管理与控制方式进行了探讨，构建出的飞机数字化工艺协调体系呈现出层次化、完整化的特点，在应用实践当中，工艺数字样机体系可以实现工艺协调依据的集中，提升管理效率，提升技术协同性效果，进而使飞机装配质量得以有效提升，使飞机型号的研制周期得以大大缩短，实现了以三维模型为基础的飞机工艺数字化制造模式的构建。