面向模型驅動的數字化制造技術研究

吳團偉 蘇學明 安衛星

摘 要：通過開展面向模型驅動數字化制造技術研究，以數據信息共享與傳遞、現場可視化為關鍵技術突破口，實現面向MBD模型驅動的設計信息、工藝信息可視化編輯與表達，以BOM數據動態演變為主線，以模型數據驅動為載體實現整個設計、制造業務活動的全線貫通，從而為數字化環境下設計制造一體化制造過程提供有力的三維工藝設計系統平臺。

關鍵詞：模型驅動；數字化制造；三維工藝設計

0引 言

數字化制造技術是現代飛機制造技術發展的必由之路，面向模型驅動的數字化制造技術是企業核心制造能力邁上新臺階的一條有效途徑，本文是在數字化背景下研究面向模型驅動數字化制造技術，重點研究數據信息共享與傳遞、現場可視化等關鍵技術，實現基于MBD模型的設計信息、工藝信息可視化編輯與表達，實現三維工藝設計系統向生產現場MES系統推送單架次工藝信息的功能，確保設計信息、工藝信息的精確表達與快速有效傳遞，提高數字化制造的水平。從根本上解決新機研制中工藝準備時間緊、任務重、技術人員加班時間長的問題。

1 當前數字化制造存在的問題

1.1 面向模型驅動的工藝設計技術成為從設計到制造的瓶頸

隨著MBD技術的深入應用，設計院所已經陸續采用全三維模式發圖，工廠制造端承接設計數據后，由于沒有對應工藝設計平臺，仍需將三維模型信息轉化為二維工藝制造信息，而產品最終又是以設計三維模型為交付依據，這樣反復的信息轉換不僅費時費力，又沒有能夠發揮出三維模型的表達效率，為此迫切需要研發三維CAPP系統平臺，打破設計與制造端之間信息傳遞的“瓶頸”。

1.2 缺少面向模型驅動的工藝設計系統

二維CAPP系統基于二維圖形加文字表達工藝信息，以二維表單作為輸出，BOM數據基于表格管理，這樣一種管理方式雖然在一定程度上適應了當時產品加工制造的需要，但是仍然存在以下幾方面問題：

1.2.1從三維設計信息轉化成二維工藝信息過程中，存在信息遺漏，二維信息表述不清，信息歧義等弊端，某種程度上制約產品質量的進一步提升。

1.2.2 二維工藝信息不直觀，尤其是對于曲面工藝信息的描述上，不能進行有效和準確的表達，因此不便于指導現場工人操作。

1.2.3 三維設計信息轉化為二維工藝信息，期間除了文字描述外還需要補充繪制、編輯、補充大量的草圖或者截圖，這樣模式耗費了工藝人員大量的時間和精力。

1.3 面向模型驅動的工藝設計技術薄弱

設計院所已經成熟應用了基于模型的數字化工程設計定義，但是在工廠制造端面向模型驅動的工藝設計技術薄弱，薄弱環節主要體現在以下兩方面：

1.3.1缺少工藝模型定義標準、規則，國內許多科研院所雖然已經在工藝模型定義，構建等方面攻破關鍵技術，但是對于工藝模型定義標準、規則等方面沒有給出具體實施細則。

1.3.2缺少面向模型驅動的工藝規劃方法，傳統的基于二維表單模式的工藝規劃方法已經成熟應用，但是面向模型驅動的工藝規劃目前內仍處在嘗試應用階段。

2 面向未來數字化發展的方向和目標

2.1實現設計制造一體化

為縮短型號研制周期，提高裝備整體質量，提升設計制造協同能力，強化技術狀態管控，基于并行工程理念，以產品數據管理和三維工藝設計為核心，建立和實施面向模型驅動的設計制造一體化平臺。實現了設計制造高度并行、設計-工藝-制造數據的統一連續傳遞、三維AO/FO可視化應用和現場無紙化制造

在裝配工藝和零件工藝設計過程中，實現面向模型驅動的快速工藝設計，使其工藝設計周期縮短30%，實現面向模型驅動的可視化生產過程。

2.2技術狀態清晰可控

采用同一數據源開展數字化工藝設計、工裝設計、檢驗數據集設計，以工藝文件貫徹、產品實物質量貫徹流程為依托，以信息化手段為工具實現現代化飛機產品技術狀態控制。

2.3工藝規劃和工藝準備的快速響應

以工藝數據結構化、可視化為依托，借助計算機智能輔助設計系統實現產品工藝規劃和工藝準備的快速響應和重構。

2.4精細化管理、結構化定義滿足不同客戶需求

借助與設計構型管理思路，在數字化制造基礎上開展工藝構型管理，實現飛機產品單架次技術狀態管控。

3 關鍵技術

3.1數據信息共享與傳遞

傳統的企業信息系統受歷史原因限制，往往只能在某些領域支持有限的業務活動，使得企業的業務活動被分割成了獨立的信息孤島，而業務活動之間的有機聯系往往需要人工參與才能組織完成，這樣耗時耗力且影響了產品質量的進一步提升，隨著計算機應用技術的不斷深入，當前迫切需要進行系統整合從而實現企業內部系統數據信息共享與傳遞，將企業數據流通起來從而以技術基礎數據和生產管理數據為基礎、為企業的經營管理、質量控制進行智能輔助決策提供數據依據。因此數據信息共享與傳遞顯得尤為重要，這是進行三維CAPP系統開發，乃至數字化制造工程建設的關鍵技術之一。

3.2 現場可視化

三維工藝以文字描述加模型展示為信息主體，三維工藝信息的表達與展示方式極大的增強了工藝信息的可讀性，以模型信息為載體融合工藝文字信息的信息傳遞方式很好地解決了以往二維工藝信息表述不夠直觀。準確的弊病，三維模型的引入更加形象，逼真地反映了繁雜產品裝配過程。工藝文件編制者不僅可以直觀地基于模型開展工藝信息規劃、工藝信息編輯與修改，同時現場操作者可以更加直觀、易懂地迅速獲取工藝信息開展現場作業，因此，工藝文件編制、使用質量有所提升，工藝信息傳遞與表達更加清晰，可讀，繼而促使了產品質量的飛躍。

4 結束語

數字化制造是企業未來發展的必由之路，也是推動企業科技創新的源動力，通過數字化制造技術的研究與初步應用，很好地解決了企業當前所面臨的瓶頸問題，同時為企業運營管理與決策提供了行之有效的支撐工具與手段，隨著數字化制造技術的深入研究，今后還需要在大數據環境下的工藝數據存儲、檢索以重復再生利用方面做更深探索和研究。

參考文獻：

[1] 郭恩明.國外飛機柔性裝配技術.[J].航空制造 技術，2005，38（12）：32-34.

[2] 畢利文.唐曉東.楊宏宇.飛機數字化裝配工藝仿真 技術.[J].航空制造技術，2008，20：48-50.