航天產(chǎn)品實(shí)施MBD的途徑與任務(wù)

劉宏宇 李子明 柳明

（1中國(guó)航天科工集團(tuán)公司二院23所，北京，100854；2中國(guó)航天科工集團(tuán)公司二院產(chǎn)品保證部，北京，100854）

在軍工企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)愈加激烈的市場(chǎng)條件下，提高產(chǎn)品研發(fā)質(zhì)量，降低研制成本，縮短研制周期，成為研發(fā)項(xiàng)目管理的首要目標(biāo)。因此，在航天產(chǎn)品的研制和管理過程中，采用CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）、ERP（企業(yè)資源規(guī)劃）、PDM （產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）、TDM （試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理）、BI（決策支持系統(tǒng)）、仿真、虛擬樣機(jī)等信息化和數(shù)字化的手段是必不可少的。

早在2003年，美國(guó)制造工程師協(xié)會(huì)（ASME）就發(fā)布了 ASME Y14.42—2003 《數(shù)字化產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)實(shí)踐》，其主導(dǎo)思想不只是簡(jiǎn)單地將二維圖樣的信息反映到三維模型中去，而是要充分利用三維模型所具備的表現(xiàn)力，去探索便于用戶理解、更具效率的設(shè)計(jì)信息表達(dá)方式。波音公司已制定自己的3D開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，與CATIA（計(jì)算機(jī)輔助三維交互式應(yīng)用）等軟件集成，通過產(chǎn)品加工、裝配、測(cè)量來實(shí)現(xiàn)高度集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化技術(shù)向應(yīng)用的跨越式發(fā)展。

在CAD方面，航天科工集團(tuán)公司二院經(jīng)歷了向數(shù)字化文件編制與數(shù)字化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的發(fā)展歷程，即：二維圖電子化 （甩圖板）→三維設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為二維圖標(biāo)注和生產(chǎn)→三維模型和二維圖同時(shí)受控。

目前，二院正向著在三維模型上實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化產(chǎn)品定義的目標(biāo)努力，即采用MBD（model based definition，全數(shù)字化產(chǎn)品定義） 技術(shù)。MBD意為：用集成的三維實(shí)體模型來完整表達(dá)產(chǎn)品信息，詳細(xì)規(guī)定三維實(shí)體模型中產(chǎn)品定義、公差的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)則和工藝信息的表達(dá)方式，從而把三維實(shí)體模型作為生產(chǎn)制造過程中的唯一依據(jù)。就是將三維模型直接用于研制生產(chǎn)環(huán)節(jié)，不需要再轉(zhuǎn)化為二維圖樣。

目前，二院大多數(shù)單位已基本實(shí)現(xiàn)了三維模型和二維圖同時(shí)歸檔。文件從設(shè)計(jì)師手中上傳到PDM系統(tǒng)，連接到相應(yīng)型號(hào)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，經(jīng)過審簽環(huán)節(jié)，完成歸檔過程，更改流程也同樣在PDM系統(tǒng)進(jìn)行。標(biāo)注完整的二維圖 （含軸側(cè)方向的三維示意圖）作為設(shè)計(jì)文件發(fā)放到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，三維模型作為生產(chǎn)的參考用圖。外購件和標(biāo)準(zhǔn)件按照一定的規(guī)則命名、申碼和建立三維模型并納入物資基礎(chǔ)庫，設(shè)計(jì)師可從物資基礎(chǔ)庫選擇并完成三維裝配。

1 實(shí)現(xiàn)MBD的途徑

表1為從二維工程圖模式轉(zhuǎn)化為MBD模式需要做的工作和標(biāo)準(zhǔn)支撐。

表1 MBD模式需要做的工作和標(biāo)準(zhǔn)支撐

2 MBD方面的標(biāo)準(zhǔn)

在標(biāo)準(zhǔn)和信息化部門、設(shè)計(jì)師系統(tǒng)、軟件開發(fā)商的共同努力下，我們逐漸找到了一條適合航天產(chǎn)品的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)道路。目前，航天二院按照表1的需求開展了一些技術(shù)探索和標(biāo)準(zhǔn)制定工作，形成了一套系列標(biāo)準(zhǔn) （如 《基于三維模型的設(shè)計(jì)制造規(guī)范》），涵蓋結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)、工程圖建模、機(jī)電產(chǎn)品協(xié)同等方面，現(xiàn)已完成的分標(biāo)準(zhǔn)見表2。

3 實(shí)現(xiàn)MBD需要解決的問題

在實(shí)現(xiàn)MBD的過程中，航天二院還有一些亟待解決的問題需要國(guó)標(biāo)委、軟件供應(yīng)商和同行專家的大力支持。

a）理清產(chǎn)品三維數(shù)字化設(shè)計(jì)圖樣和相應(yīng)文件管理與標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范之間的關(guān)系。在產(chǎn)品的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)模型上如何表達(dá)與直接標(biāo)注其產(chǎn)品設(shè)計(jì)、制造工藝和質(zhì)量檢驗(yàn)以及相應(yīng)文件管理等方面的標(biāo)準(zhǔn)問題。

b）統(tǒng)一設(shè)計(jì)信息與制造信息。設(shè)計(jì)后的模型、工藝和制造部門需要重新修正信息，以解決工裝模具的設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、加工編程和信息的更改帶來的信息唯一性問題。

MBD打破了實(shí)現(xiàn)已久的二維工程圖為核心的企業(yè)信息構(gòu)建和組織形式，是提高企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的正確措施。然而在MBD實(shí)施初期，在缺少標(biāo)準(zhǔn)支撐和配套體系建設(shè)受限的情況下，MBD承受著巨大的阻礙。此外，各研制單位已不滿足于僅僅做到產(chǎn)品幾何三維模型，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)需要從三維模型到二維投影和標(biāo)注，而在生產(chǎn)環(huán)節(jié)需要工藝通過二維投影和標(biāo)注重新理解轉(zhuǎn)化為三維模型。這種模式浪費(fèi)了時(shí)間成本，增大了出錯(cuò)的概率，極大地阻礙了分析與計(jì)算、數(shù)字樣機(jī)和無圖加工的進(jìn)程。

表2 基于三維模型的設(shè)計(jì)制造規(guī)范分標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容

在航天系統(tǒng)，從紙質(zhì)文件受控到電子文件受控，從電子文件受控到三維模型受控，PDM系統(tǒng)的運(yùn)行在漸漸改變著我們的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)模式和管理流程。經(jīng)過這些年信息化的建設(shè)與推廣運(yùn)行，我們發(fā)現(xiàn)，航天二院正在向這個(gè)目標(biāo)一點(diǎn)點(diǎn)靠近。但是，我們還應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，數(shù)據(jù)質(zhì)量、管理的系統(tǒng)性、系統(tǒng)的集成以及評(píng)價(jià)模式等的轉(zhuǎn)變都是我們實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所必須要共同面對(duì)和解決的問題，這些問題的逐步解決將成為設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域中一場(chǎng)意義深遠(yuǎn)的技術(shù)革命。