基于MBD的航空产品首件检验关键技术研究.pdf

基于M B D 的航空产品首件检验关键技术研究 R e s e a r c ho n K e y T e c h n o l o g yo f M B D B a s e dA v i a t i o nF i r s t A r t i c l e I n s p e c t i o n 北京航空航天大学机械r 程与自动化学院枉福洲渠海澄 f 摘要】提出了基于M B D 的航空产品首件检验方 法以实现三难数字化产品检验，在分析M B D 技术应 用体系的基础上对航空酋件检验标准进行研究给出 了在M B D 环境下实现首件栓验的关键技术，以探讨妥 观首件辁验过程信睡化，数字化的难董和关键置为基 于M B D 的航空产品首件拴验系统的开发与实施提供 了枝术支撑和方法指导 美键词：首件检验基于模型定义植验规划 I A B s T R A C T l T h eM B D b a s e da v i a t i o nf i r s ta f - t i c l ei n s p e c t i o nm e t h o dI sp u tf o n v a r di no r d e rt oa c h i e v e t h r e e d i m e n s i o n a ld i g i t a li n s p e c t i o nB a s e do nt h ea n a l y s i s o fM B Dt e c h n i c a la p p l i c a t i o ns y s t e m ，t h ea v i a t i o nf i r s t a r t i c l ei n s p e c t i o ns t a n d a r di ss t u d i e d ，k e yt e c h n o l o g i e so f f i r s ta r t i c l e i n s p e c t i o n i n t h e M B De n v i r o n m e n t a r ep o i n t e d o u tt h ed i f n c u l t i e sa n dk e yp o i n t si nt h ei n f o r m a t i z a t i o n a n dd i g i t i z a t i o no f f i r s ta r t i c l ei n s p e c t i o np r o c e s sa r ei n v e s d g a t e d ，t c c h n i q u es u p p o r t sa n dg u i d e sf o rt h ei m p l e m e n t a - t i o no fM B D b a s e da v i a t i o nf i r s ta r t i c l ei n s p e c t i o ns y s t e m a r ep r o v i d e d K e y w o r d s ：F i r s ta r t i c l ei n s p e c t i o n M o r i e l - h a s e d d e f i n i t i o n I n s p e c t i o np l a n n i n g ” f j i f 在航宅制造业领域数字化蹬计与 制造技术得到了广泛的应用。同时，在计算 机技术发展的基础L 传统的以模拟量传递 为土的协 | 爿丁作法逐步向令数字懂传递转 变。 国外先进航空企业的成功经验证明M B D ( M o d e lB a s e dD e f i n i t i n n 基于模型的定义】制 造模式是数字化制造的成功丈践，j j ：已制定 丁相麻的标准规范。如渡青公一W 对磬o7 8 7 研制的全球合作伙伴，采朋M B D 模型作为整 个飞机制造过程的唯一依据。但是当前 我国航空企业数字化制造技术发展与国外相 比仍有较大差距主要体现在对于M B D 技术 的应用上我国还处在探索阶段没有形成以 M B D 为核心的制造模式采用i 维模型和二 维图纸相结合的生产制造模式等”。因此 5 6 皖空斜遗拄术2 0 1 0 年第2 3 蜘 如何宴现真正的无i 寄j 化无纸化的。维数字化制氇、装 配与检验将成为删内航空州j 连业今后发展的个趋 势 目前国内航空领域的产品首件检验大多仍以二维 图纸作为检验依据，造成工作效率低、管理不便和存扛一 义性等问题。本研究在企业调研及国内外相关研究的基 础上，研究r 在M B O 环境下航窖产品实斌苛件检验的棚 笑理论，探时了航空产品首件检验系统实现的_ 盖键技术。 1 基于M B D 曲技术应用体系 M B I ) 是用集成的三维实体模型来完整地表达产品 定义信息的技术标准1 2 1M B D 技术的应用使产品设计、 制造和管理的方式发生了根本变化，产品生命周期管理 围绕罐1 ：M B I ) 规范的：维数模进行基于M B Dn 技术 应H | 体系如图I 所示。在泼技术体系中，基于M B l ) 的 数据定义是整个技术体系的基础遵循M B I ) 技术规范 可“建立起包霄完整产品信息的i 维模型。以i 维模 型为依据f ：艺人员可以对进行产品测量规划及首件检 验表单的设计。根据当前模型轻量化的理论使用轻量 化的模型视图可以给生产现场的加工、检验过程提供直 l 轻世化税蹦 I I 教翥：“1 1 + i ；z l 憧蓑；岂l i 篙位lI ：篆；“1 行 l 横轻埘化幕绕 l 竹 。 什 汁苒m 辅蹬i I 采统 m m 仿直系缝 【瑟 吐片#虚拟1 i 岂虚拟 规划将骑制造协攫洲 3 ej e 。 lF 品，F 命周期酱理采统1 M B D 技术规范 P 品结掬产品三维产I 艺 定望标注设计 田I基于M B D 的技术应用体系 F 目1M B D b a s e d t e c h n i c a la P p l i c a t i o ns y s t e m 匦匣匮一匿 万方数据 ! s 坠。坠s 。s t ”t - ! l ! ：i ：! ! ! 堕 脱的依据。 2 航空产品首件检验要求 根据H B 9 1 0 2 标准定义首 件硷驻是一个完整的、独立的并 文件化的物理的和功能的检验过 程，用以验证规定的生产方法可 隹产出工程图样、艺文件、采购 汀单、1 + 程规范和其他适用的设 计文件所规定的合格产品。苜 件检验的目的是给出客观的证 据证明所有工程、设计和规范 要求被正确理解、说明、验证和 记录”o 。首件检验能够防止出现 M B I ) 模鼎- 矿 ! ：! 曼垡燮，! ! ! ! ! ；! 一。毪! ! ! ! ! 材料特性! 检验 _ 蠢拄掘 围3蓦 M B D 的曹件检验过程崔型 F i g3M B D b a s e d f i r s t a c l e i n s p e c t i o np r o gr e s s m o d e l 成批不舍格品首件检验能崭止出现成批不合格品，是 确保航空产品质揖的一种重要方法”。 首件检验应用于产品生产过程中的每道工序当现 行的技术状态与先前批准的技术状态相比有所改变时 则需要对改变的部分重新进行首件检验。产品首件检 验的一般流程如图2 所示。 目2件格验的一般谴程 F i g2 G e r l e l S l f l o wo f f i r s t B f t l d e i n s p e c t i o n 其中产品设计特性是指用于描述和构成产品设计 的尺寸、外观、功能、机械以殛材料的性能和特性”l 。例 如产品公差与标注信息属于尺寸特性，热处理温度、顺 序要求则属于材料特性。首件检验单据即首件检验报 告，现行标准将首件检验报告分为3 张表格分别是零 部件编号检查表、产品核查表、特性核查表。 现行标准并没有对首件榆验的具体执行流程做规 定，根据实际情况，各个企业的酋件检验流程有所差异。 3 关键技术研究 基于M B D 的首件检验过程必须以M B D 模型作为 首件检验的数据规范。基于M B D 的首件检验过程模型 如图3 所示。首先从M B D 模型中提取产品设计特性 包括零部件清单、尺寸要求、材料要求等。其次根据首 件检验标准生成未包台检验结果的酋件检验检查表。 最后执行首件检验填写检验记录，形成检验报告。 基于上述过程模型提出基于M B D 的航空产品苜 件检验关键技术，包括产品设计特性的提取、首件检验 表的自动生成和酋件检验表单的设计与执行。 3 1产品设计特性的提取 在M B D 的制造模式下产品设计特性均在三维数 模中定义。根据北京航空航天大学范玉青等人的研究”I ， M B D 模型包括M B D 装配模型、M B D 零件模型和设计 模型。如图4 所示是产品设计特性提取示意图，其中装 配模型由零件模型组成，可从中提取产品零部件清单。 零件模型由设计模型、三维标洼信息及材料功能特性信 息组成，可从中提取产品尺寸特性、功能及材料特性清 单。设计模型表达了产品的外观需求。 匝巫乎 圃 酬匿 r r l - 、iP ”q = j 田4产品设计特征摄取示意田 R g , 4 P r o d u c td e s 畸nc , h e r a c t e r i s t i 傀e x ”a c t i o n 2 0 1 0 年第2 3 所航_ = 2 1 翻造技术5 7 雠一 I 一嗡嗡 ii一： 爹_ 2 l 罐一 = 徽 晕季 万方数据 从M B D 模型中提取的首件检验信息属于工艺信 包一般在产品工程数据集中定义”】。在C A T l A 环境下， 使用用户交互的方式拾取特征树中的三维标注并添加 到自定义特征树中，可实现对产品信息的分类提取及显 示。C A T I A 中三维标注信息的提取如同5 所示。 盛圃区冒蚕雷雪_ ：1 羔羔：! ! 圈5C A T I A 中= 雏标注信e 提取 F i g5E x t r a c t i o no f3 0a n R o l a t i o N i n C A T f A 3 2 首件检验表的自动生成 如果采用手工编写首件检验检查表，不仅效率低 而且不便于数据采集及管理。在M B D 环境下，由于 M B D 模型中包含完整的产品设计信息这为首件检验 表格的自动牛成提供了数据支持。 按照航空产品首件检验标准要求，首件检验报告包 括记录首件检验结果的3 张表格分别是零部件编号检 查表产品核查表和特性桩盎表零部件编号检查表用 于识别进行首件检验的零部件以及_ f 日关的组件或零件。 产品核查表用于记录设计要求的材料、特殊过程或功能 试验。特性棱查表用于记录设计要求的产品外形、尺寸 特性”1 ，零部件编号检验表的信包模型如同6 所示。 零部件号 目6零部件编号植鹰表信息模型 F i g eE - R m o d e lo fp a r tn u m b er a c c o u n t a b i l i t y m m l 基于上述信息模型，根据M B D 技术规范，将模型中 的信息项定义到M B D 模型中，并在生成首件检验表时调 用，分析b l B D 装配摸型生成零部件清单，如图7 所示。 5 8 航空制造拄术2 0 t O 年第2 3 埘 圈一鋈 圈7霉部件清单提职 F i g7E x t r a i o no fp a r tb i l l 同理，如图8 所示是某型飞机零部件1 7 的产品核 在表提取如阁9 所示是飞机壁板撵件曲特性棱查表提 取= r 鬻懋篆。c r i ”。J o n ，。 Io 口P t N 9 8 3 W O p t i o n a l t 匿显要面瑶 图，婺 33 首件检验表单的设计与执行 首件检验表单的设计与首件检验的执行是2 个相 互独立的过程。首件检验表单的设汁属于产品设计阶 段，主要完成设计特性的提取和检验表的生成而首件 检验的执行是在产品】HJ - 装配阶段。网此，基于M B D 的首件检验系统应该分为2 个部分，即首件检验设汁系 统和首件捡验信息管理系统，如图1 0 所示设计人员 使H j 首件检验信息管理系统进行M B D 模型管理，并使 用首件检验设计系统基于M B D 模型进行首件检验规划 设计生成首件检验信息巾间文件，然后上传至信息管 理系统。首件捡验信息中间文件基于X M L 设计，集成 了首件检验设计系统的输出信息包括首件检验表单信 息，首件检验流程信息、产品设计特性信息等。信息管 理系统通过解析中间文件生成检验流程井输出检验报 告，从而实现2 个系统的数据集成。信息管理系统维护 产品设计模型及其首件检验信息的关联性和一致性同 墨黑垂釜一鬻变一 釜蒸重嚣 万方数据 s 架构g 于J 2 E E 的B S 颦均 - t ! ，# _ l ，I _ ) _ H _ - 彳。M 固掣峄 匮团 生成甲 lz 。_ - t I 卤 l 一 卜娶i 卜? “_ l 蒜赵。 孝雨 - F - 一，r 一卜一 田1 0首件植验裹单的设计与执行 哟! 0D e s i g na n de x o c u f i o n f ir s t a r i t t e i n s p e v “o n b m 时提供对酋件检验流程的监控。检验工人登陆信息管 理系统开肩或继续首件检验流程依次检验产品的零部 件清单及其他设计特性。设计人员可咀在信息管理系 统中监控产品首件检验的流程，分析检验结果。 4 结论 基于M B D 的首件检验对航空制造业宴_ 观全数字化 设计、加工与装配具有重要意义本研究在分析M B D 技 术应用体系的基础上，对航卒首件检验标准进行r 研 究总结了在M B D 环境下宴现首件检验的关键技术并 论述了各关键技术的实现方案，为基于M B D 的航空产 品首什检验系统的开发与实施提供了技术支撑和方法 指导。 参考文献 张魁范i 青，卢鹄每基于M B D 制造体系的装配1 ：艺数 据集成机械T 程师，2 0 0 9 f I ) ：5 5 5 8 口I 余志强陈嵩讳炜等堆于M I I D 的= 维鼓模存E 机制造 过程巾帕应用航空制造技术，2 0 0 9 ( 2 5 J ：8 2 - 8 5 【3 】3 周社忠范t 青M B D 技术在1 # L 制遗中的应用航守维修 与工程2 W 补5 5 5 7 【4 1H B9 1 0 2 _ 2 嘲。航空产品霄件幢验纂求北京国防科学技术 T 业委员会0 0 0 8 陋l 李新光浅谈军T 产品生产过程中的首件梭验航空标准化 与质量2 0 幽：3 7 3 8 嘲卢鸥范i 青飞机结构产品的数字化定义北京航空航天 大学掌掇2 0 0 6 5s 2 “5 m 【7 l R a l mcF A T r a i n i n g f o r a MP “一1 ，l eB o e i n gC o m i t y 2 0 0 7 ( 责编小城) 。掣。，夕霈1 蒜。 ，夕F “ ：= i 熬。， 从整个飞机数字化装配乎台的角度两青数宁化测 量系统仍然需要进步完善。整个数字化装配平台主 要包括：面向制造的数字化模型厦辅助支持环境擞宁 化测量系统撒字化柔性装配工装设备及其控制系统、 开放的通信架构。面向制造的数字化模型及辅助支持 环境是装配实施及质量保证的基础依据；数字化测量系 统提供装配所需的现场空间信息井能够对装配质艟进 行检测分析；数字化柔性装配工装设备及其控制系统实 现飞机零部件的合理高精度装配；开放的通信系统确保 所有环节问数据流的无缝集成和便捷访删。在完善其 中各个环节基础上，如何将数字化测馈系统与其他各个 环节有效融含，形成统一整体是下一步数字化测量系 统研究的