基于MBD的产物设计制造技术研究

作者:leyu乐鱼vip发布时间:2022-04-14 05:22

本文摘要:本篇节选自论文《基于MBD的产物设计制造技术研究》,揭晓于《中国电子科学研究院学报》第8卷第6期,作者为中国电子科技团体公司第14研究所专家朱建军。本文经授权转载自民众号学术plus,版权归原作者所有。作者:中国电子科技团体公司第14研究所专家 朱建军 | 泉源:学术plus“现在以雷达整机、电子反抗等产物为代表的军事电子装备,为了适应快节奏、高质量的研制要求,正在开展数字化的产物设计制造技术研究和应用事情,取得了一些阶段性结果,并逐步形成了行业或国家尺度。

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本篇节选自论文《基于MBD的产物设计制造技术研究》,揭晓于《中国电子科学研究院学报》第8卷第6期,作者为中国电子科技团体公司第14研究所专家朱建军。本文经授权转载自民众号学术plus,版权归原作者所有。作者:中国电子科技团体公司第14研究所专家 朱建军 | 泉源:学术plus“现在以雷达整机、电子反抗等产物为代表的军事电子装备,为了适应快节奏、高质量的研制要求,正在开展数字化的产物设计制造技术研究和应用事情,取得了一些阶段性结果,并逐步形成了行业或国家尺度。可是与海内外航空企业相比,仍存在较大的差距,主要体现在三维模型并没有贯串于整个军事电子装备研制历程中,基于MBD技术的产物界说事情仍处于起步阶段,以MBD为焦点的数字样机设计、数字化工艺设计和产物制造模式尚不成熟,MBD的设计、制造和治理规范另有待完善。

1MBD技术先容1.1 MBD的内在MBD(Model Based Definition),即基于模型的工程界说技术,是一个用集成的三维实体模型来完整表达产物界说信息的方法,它通过图形和文件表达的方式,直接地或通过引用间接地展现了一个物料项的物理和功效需求,三维实体模型中包罗产物尺寸、公差、技术要求等制造信息界说和表达。1.2 MBD技术的应用MBD技术起源于波音公司,以波音、洛·马和空客公司为代表的飞机制造业在数字化技术应用领域取得了庞大的乐成。

尤其是以波音787为代表的新型客机研制历程中,使用达索(Dassault)公司的PLM系统建立了全球协同研制平台,接纳MBD技术,将三维产物制造信息(Product Manufacturing Information,PMI)与三维设计信息配合界说到产物的三维数模型中,直接使用三维标注模型作为产物研制的依据,实现了产物设计、工艺设计、制造、磨练的高度集成、协同和融合,建设了三维数字化设计制造一体化集成应用体系,乐成地研制了787客机。而美国机械工程师协会也于1997年在波音公司的协助下开始了有关MBD尺度的研究和制定事情,并于2003年使之成为美国国家尺度(ASME Y14.41-2003);我国参照ISO/DIS 16792尺度,联合海内制造业的现状制定了GB/T 24734-2009尺度。该尺度明确了产物界说数据集所应包罗的内容、规范了对设计模型的要求、界说了尺寸公差表现规则,划定了基准应用方面的要求。海内现在也正在开展MBD技术研究和应用事情,尤其以航空制造业为代表,与国际接轨较早,已先期开展MBD技术的应用,制定了适应于本行业的三维设计制造尺度,并主要与CATIA、DELIMIA等软件集成,在典型产物中开展试点应用,特别是基于MBD的产物设计方面具有示范意义,而在基于MBD的产物制造方面由于软件和制造设备的局限,仍处于探索阶段。

2基于MBD的产物研制技术体系在基于MBD的产物研制技术体系中,MBD模型是产物信息的唯一载体,贯串于产物的设计、工艺、制造、磨练、维修等各个环节中,从而有效地保证了数据的唯一性。基于MBD的产物研制技术体系如图1所示,在该技术体系中,基于MBD的数字化产物界说尺度规范是整个体系的基础,依据该界说尺度,开展基于MBD的产物设计、工艺设计和制造。图1 基于MBD的产物研制技术体系图3关键技术3.1 基于MBD的数字化产物界说技术基于MBD的数字化产物界说是实现数字化制造的基础,它以数字量方式对产物举行准确地形貌。MBD是一种逾越二维工程图实现产物数字化界说的新方法,使工程人员挣脱对二维工程图的依赖,为了满足产物研制各阶段对数据的要求,必须按MBD的要求、凭据产物研制各阶段的要求对产物数据举行分类组织和治理。

在MBD模型的基础上,如何面向产物研制生命周期,更利便、更直观、更便于明白、更有效率地表达、通报产物信息,在产物研制等环节中保证数据的一致性和可追潮性,不能完全照搬二维工程图的产物界说体系。因此军事电子行业要开展MBD技术的应用,就必须凭据行业、研制工具、软件平台的特点,在海内外尺度的基础上,制定适合于本行业的基于MBD 的数字化产物界说。3.2 基于MBD的数字化工艺设计仿真技术MBD技术以三维模型作为唯一的制造依据,使军事电子装备的工艺设计事情发生了基础的变化。现有的基于二维工程图的、卡片式的工艺规程已无法继续上游的MBD模型,也无法有效地将设计信息通报至制造后端,因此,现有的工艺设计模式和方式已经很难满足基于MBD模型的工艺设计要求,并将直接影响到产物的工艺设计周期和产物制造质量。

随着设计端MBD技术应用的不停推进,结构数字化样机的不停完善,使得PBOM设计、装配历程仿真、干预干与检查等事情成为可能,对工艺设计质量的要求也越来越高。另一方面,随着MBD技术的应用,产物信息使用数字量举行通报,对于使用数字化设备的制造历程(如数控加工等)将更为有利,但对于多工序的装配、普通加工、钣金、特种加工等事情,如何基于MBD模型快速开展工艺设计仿真事情,生成有效指导制造历程的工艺规程仍是现在急需解决的问题。

因此,必须预先开展基于MBD的数字化工艺设计仿真技术的研究。3.3 基于MBD的数字化检测技术在基于MBD的产物数据基础上,开展数字化检测技术的研究,有效提取产物设计和工艺设计数据作为磨练检测依据,为磨练数据记载提供利便;同时配合引入新型的数字化检测设备,探索将MBD模型转换为数字化检测设备能识此外数字信息的技术方法,真正实现基于MBD模型的数字化检测。可是,数字化检测设备并不能完全笼罩军事电子产物的所有工具和磨练内容,因此还需建设一套适合于本行业的基于MBD的数字化检测尺度和方法,以确保MBD技术的落地。

3.4 基于轻量化模型的数字化妆配可视化技术随着军事电子装备的生长,产物结构的庞大水平越来越高,尤其是军事电子装备MBD模型具有零部件数量庞大、零件特征庞大的特点,无论是对MBD模型的操作或显示,都特别消耗盘算机软硬件资源;而为了能完成整个产物的数字化样机,产物的表达方式多样,往往又与工艺设计的要求不符。为了确保装配工艺设计事情的高效开展、装配现场能够实时获取有效的设计、工艺信息,必须解决大装配模型的轻量化问题,有须要开展基于MBD模型的轻量化设计、轻量化转换技术的研究以及基于MBD模型的三维装配工艺设计工具的开发事情。3.5 基于MBD的产物数据治理技术现有的产物数据治理是以产物结构树为基础,对产物CAD模型、二维工程图、技术文档举行文件式治理。

在基于MBD的产物研制历程中,MBD模型包罗了几何和非几何的产物数据集,如果仍接纳现有的文件式的产物数据治理方式,基于MBD的数字化产物界说的优势将无法充实展示和使用,必须细化MBD模型的治理粒度;而细化治理粒度的MBD模型将贯串于整个产物设计、工艺设计、磨练检测等环节,各个阶段的MBD模型的更改和相关性控制也成为基于MBD的产物数据治理的难题之一。因此,要保证MBD技术的应用,必须开展基于MBD的产物数据治理技术研究。4MBD技术在军事电子行业的应用分析4.1 基于MBD的数字化产物界说是MBD技术应用的基础原有基于二维工程图的产物界说是经由恒久实践验证的,是工程应用的基础。

接纳MBD技术后,不能将二维工程图的表达方式照搬至MBD模型中,通过全标注的方式来解决产物界说的问题。此外,MBD是一种治理和技术的体系,并不仅仅是一种带三维标注的数据模型,还要反映各种数据的表达方式及其相互之间的关系,将产物界说结构化、数字化,将几何特征、非几何特征关联起来,实现产物的有效界说。

如波音公司作为MBD技术应用的乐成企业,其有关模型界说的尺度规范(BDS-600)就有15项之多(如表1所示),包罗数据集的一般要求、数据集和模型的识别、数据集修订版、各专业的数据集界说等方面。可是现在在MBD技术的应用历程中,往往以设计部门牵头,开展产物数据界说事情,对工艺、制造、维修等阶段的需求思量较少。因此,在基于MBD的数字化产物界说尺度制定的初期就应充实思量设计后端的需求,以制止泛起设计信息不全、无法通报、获取等问题。

一般而言,基于MBD的产物数据集包罗以下几个条理:此外MBD技术的应用也从来就不是一个独立的技术,它与CAD软件的成熟度、特征建模技术、信息化治理等技术的生长息息相关,因此在制定产物界说尺度时还应充实思量到本行业的特色、企业特点、产物工具等方面,建设适合本企业的数字化产物界说尺度。4.2 基于MBD的工艺设计是MBD技术应用的关键现在海内外在基于MBD的产物设计方面开展了大量的事情,形成了一系列的尺度和规范,CAD软件也相对较为成熟,但在基于MBD的工艺设计方面尚无乐成的工程应用履历可借鉴,尤其在海内仍是以技术研究、典型示范为主,尚未大规模推广应用。当产物研发上下游之间由二维工程图、技术文档等载体的工程信息通报转变为以MBD模型为载体的数字信息通报时,工艺人员在产物研制历程中的审签行为由二维工程图的审查转变为基于MBD模型的审查模式;工艺设计由借助二维工程图表达工艺意图转变为生成工序模型来表达工艺意图,导致工艺事情量激增,这些都对军事电子行业中流程式工艺设计模式发生了庞大的打击。

而工艺作为设计、制造的桥梁,负担了明白设计意图、指导制造生产的双重角色,这种在MBD技术应用历程中发生的阵痛是不行制止的。尤其是在工艺设计历程中,工序模型的生成成为工艺设计历程中的一大瓶颈(如图2所示),而零件工序模型与装配工序模型遇到的问题又截然差别:零件工序模型生成的问题在于每个工序都要生成工序模型时,如何快速生成工序模型,并将制造信息完整地表达在工序模型上;而装配工序模型生成的问题在于如何快速分配装配工具、生成装配模型,如何解决装配模型轻量化规则与工艺设计不符的矛盾,如何保证PBOM调整时与MBD模型的对应关系等等。以上这些都是基于MBD模型的工艺设计面临的问题,除了技术层面、工具层面要开展大量的研究,突破关键技术瓶颈,在工艺人员能力方面也需要进一步提升,才气保证MBD技术在工艺设计历程中的应用。

图2 基于MBD模型的工艺设计4.3 基于MBD的制造是MBD技术应用的前提条件MBD技术的应用是否乐成很大水平取决于企业的数字化制造能力和水平。据先容飞机制造业中80%以上的零部件都实现了数控加工,而磨练历程也多接纳三坐标丈量机、便携丈量臂系统或IGPS等数字化丈量系统,并在设计信息的自动提取、首件磨练表单的自动生成方面的研究,为其实现基于MBD的产物研制提供的条件。

对于军事电子行业而言,产物工具的数控水平以及数字化检测能力远低于航空企业,大量的制造设备仍是传统设备,较低的数字化制造能力和水平很大水平制约了MBD技术在制造历程中的应用,这也是MBD实施缓慢推进的重要因素之一。因此,在MBD技术的应用历程中要充实思量制造端的能力和水平,确认MBD技术应用的实施步骤。图3 数字化检测设计和执行4.4 基于MBD的设计治理系统是MBD技术应用的保障MBD技术的发展是与CAD/PDM技术的生长相辅相承的,其应用很大水平依赖于软件的成熟度。现在在基于MBD的设计中,CAD软件较为成熟,能满足海内外尺度的要求,仅是在产物界说数据的组织、治理和表达方式差别。

但在工艺设计方面,其软件的成熟度远低于产物设计软件的成熟度,尤其是在工艺设计工具层面上,软件功效弱,尚不足以支撑工艺人员高效地开展事情。随着CAD/CAM/CAT/PDM/PLM软件的不停完善,MBD技术的应用也将越来越成熟。4.5 分步实施是MBD技术应用的实现方法MBD技术是一门新兴的技术,要消化、吸收、再应用地分步实施,以典型产物为应用工具,以装配、数控加工为应用规模开始,建设MBD应用推广的实施模式,逐步向全专业、全部产物上推广应用。

整个MBD技术的分步实施计谋如图4所示。图4 MBD技术的分步实施计谋图结 语MBD技术作为产物研制的生长偏向,随着在海内航空企业的应用,军事电子行业已着手开展相关技术研究事情,但MBD技术的应用应与适合本行业的数字化产物界说尺度、信息化水平、数字化制造能力相匹配,不行能一蹴而就。

需要在技术体系建设、基于MBD的治理体系厘革、基于MBD的设计治理系统建设、人员能力造就等方面开展大量事情,合理、有效、平稳地推进MBD技术在军事电子行业的应用。


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