MBD设计.ppt

一、MBD技术二、基于MBD的数字化设计与制造三、MBD技术在飞机设计中的应用四、实施MBD技术的困难,为实现贯穿于飞机全生命周期的三维数字化制造技术，以集成的三维数字化模型替代二维工程图纸成为唯一制造依据的本质，建立三维数字化设计制造一体化集成应用体系，真正达到无图纸、无纸质工作指令的三维数字化集成制造。,1、MBD技术产生的背景,以数字量传递为基础的数字化协调法代替模拟量传递的实物标工协调法,1、MBD技术产生的背景,MBD（ModelBasedDefinition），即基于模型的工程定义，是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法体，它详细规定了三维实体模型中产品尺寸、公差的标注规则和工艺信息的表达方法。MBD弥合了三维模型直接用于制造的间隙。MBD是一种基于3D的产品数字化标注技术，它采用三维数字化模型对产品数字化信息的完整描述，如：对三维空间实体模型的尺寸、几何形状、公差、注释的标注。对产品的非几何信息进行标注（产品物理特征、制造特征、数据管理特征、状态特征的属性）和零件表的描述。非几何信息定义在“规范树”上。,2、什么是MBD技术,MBD数据集的组成,示例,示例,美国机械工程师协会于1997年在波音公司的协助下开始了有关MBD标准的研究和制定工作，并于2003年使之成为美国国家标准。MBD的主导思想不只是简单地将二维图纸的信息反映到三维数据中，而是充分利用三维模型所具备的表现力，去探索便于用户理解且更具效率的设计信息表达方式。它用集成的三维数模完整地表达了产品定义信息的方法，详细规定了三维数模中产品尺寸、公差的标注规则和工艺信息的表达方法。MBD改变了传统用三维数模描述几何形状信息的方法，而用二维工程图纸来定义尺寸、公差和工艺信息的分步产品数字化定义方法。同时，MBD使三维数模作为生产制造过程中的唯一依据，改变了传统以工程图纸为主、以三维实体模型数模为辅的制造方法。基于MBD的三维数模通过图形和文字表达的方式，直接或间接地揭示了一个物料（BOM）项的物理和功能需求。MBD模型分为零件与装配模型，零件模型由以简单几何元素构成的、用图形方式表达的几何信息和以文字表达的属性、注释等非几何信息组成。属性数据表达了产品的原材料规范、分析数据、测试需求等产品内置信息；而注释数据包含了产品尺寸与公差范围、制造工艺和精度要求等生产必需的工艺约束信息。装配模型则由一系列MBD零件模型组成的装配零件列表加上以文字表达的属性和注释数据组成。,3、MBD的内涵,4、MBD技术标准,DisplayManagement,AnnotationandModelGeometryRelationship,ToleranceQueryAssociativity,SimplifiedFeatureRepresentationandAttributes,AnnotationPlanesRelativetoModelGeometry,GraphicDisplayofAssociatedAnnotation,由于通常的CAD数模仅包含三维几何信息，工艺、制造、管理信息存在于二维图或其他技术文档中，使用人员无法以直观的方式获取相关信息，也无法直接用三维设计模型进行产品的生产和检验。为了将三维设计向三维设计制造一体化转变，迫切需要一种方式将三维设计信息传递到各使用方。MBD将设计、制造、检验、管理信息融为一体，是目前被航空业普遍认同的解决数字化设计、制造的先进技术，是数字化制造的关键技术之一。MBD是产品定义方式的一次革命，它以更为丰富强大的表现力和易于理解的定义方式极大地提高了产品定义的设计质量和利用效率。使设计、制造融为一体，是未来设计技术的发展方向，必将对航空制造业有着深远的影响。,5、实施MBD技术的意义,MBD是产品设计技术的重大进步：在三维模型上用简明直接的方式加入了产品的制造信息，进一步实现了CAD到CAM（加工、装配、测量、检测）的集成，为彻底取消二维图纸创造了可能MBD技术不仅只是信息载体的改变，更是全面使用三维手段进行产品设计、工艺设计、工艺仿真、质量控制等工艺协同的技术革新；MBD模型的信息随设计制造环节的改变不断演变，需要整理出满足当前工作要求的MBD模型组分；传统企业管理规范制度需要做相应的调整，校核与审签制度需要从二维模式和环境中转变到MBD环境下。定义了非几何信息（包括BOM），是数字化和结构化的。给制造管理系统的数字化创造了条件！为并行工程创造信息并行和共享的基础！部分零件可以直接进入制造，成倍的减少NC编程时间,6、MBD技术的现状,国标技术产品文件数字化产品定义数据通则系列标准,国外：近10余年，随着飞机制造技术的发展，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巨大的成功。波音公司在以波音787为代表的新型客机研制过程中，全面采用了MBD技术，将三维产品制造信息(ProductManufacturingInformation，PMI)与三维设计信息共同定义到产品的三维数模型中，摒弃二维图样，直接使用三维标注模型作为制造依据，使工程技术人员从百年来的二维文化中解放出来，实现了产品设计（含工艺设计）、工装设计、零件加工、部件装配、零部件检测检验的高度集成、协同和融合，建立了三维数字化设计制造一体化集成应用体系，开创了飞机数字化设计制造的崭新模式，确保了波音787客机的研制周期和质量。目前MBD已经相对成熟。美国制造工程师协会于2003年发布了“数字化产品定义数据实践ASMEY14.42-2003”各个CAD软件（CATIA，SIMENS，PTC）都对ASMEY14.41标准支持。波音等航空制造商制订自己的3D开发标准，与CATIA、Delimia软件集成，在产品中应用，众多的二级供应商和伙伴也制订自己的3D开发标准开始应用。,国内：,一、MBD技术二、基于MBD的数字化设计与制造三、MBD技术在飞机设计中的应用四、实施MBD技术的困难,MBD使用一个集成化的三维数字化实体模型表达了完整的产品定义信息，成为制造过程中的唯一依据。MBD三维数字化产品定义技术不仅使产品的设计方式发生了根本变化，不再需要生成和维护二维工程图纸，而且它对企业管理及设计下游的活动，包括工艺规划、车间生产等产生重大影响，引起了数字化制造技术的重大变革，真正开启了三维数字化制造时代。采用MBD技术，将彻底改变飞机产品数据定义、生成、授权与传递的制造模式，实现三维数字化产品定义、三维数字化工艺开发和三维数字化数据应用，形成一个完整的、基于MBD的三维数字化制造技术应用体系。,1、基于MBD的数字化制造流程,通过建立基于MBD的数字化协调规范和数字化定义规范，采用三维建模系统进行数字化产品定义，建立起满足协调要求的飞机全机级三维数字样机和三维工装模型，进行三维数字化预装配。工艺人员在工艺设计规范的指导下，直接依据三维实体模型开展三维工艺开发工作，改变了以往同时依据二维工程图纸和三维实体模型来设计产品装配工艺和零件加工工艺的做法。依据数字化装配工艺流程，建立起三维数字化装配工艺模型，通过数字化虚拟装配环境对装配工艺过程进行数字化模拟仿真，在工艺工作进行的同时及飞机产品实物装配之前，进行制造工艺活动的虚拟装配验证，确认工艺操作过程准确无误后再将装配工艺授权发放，进行现场使用和实物装配。在数字化装配工艺模拟仿真过程中生成装配操作过程的三维工艺图解和多媒体动画数据，建立起三维数字化工艺数据，为三维数字化工艺现场应用提供数据。根据产品开发规范和数据组织规范，所有产品工程设计、工艺设计、工装设计制造等开发过程及其产生的工程数据、工艺数据、工装数据通过PLM系统实现全生命周期管理。基于MBD的数字化制造技术达到了全机100%的三维数字化产品定义、数字化预装配、数字化工装设计，同时使三维工艺设计及三维数据可视化应用成为现实。,1、基于MBD的数字化制造流程,基于MBD的数字化制造流程,MBD技术环境下工具组成,基于MBD的数字化制造流程,MBD技术环境下产品研发流程,基于MBD的数字化制造流程,飞机的研制必须经历产品设计、工艺设计、工装设计、产品制造和检验检测等5个主要环节，并在产品制造和检验检测环节中，由三维设计数模分别派生出三维工艺数模和检验数模。在工艺设计过程中，工艺部门依据设计部门按基线预发放的三维设计数模进行工艺分析，并向设计部门反馈工艺审查意见；依据设计部门正式发放的EBOM（产品设计结构）和三维设计数模，建立PBOM（产品工艺结构），制定装配工艺协调方案，划分工艺分离面，进行全机装配工艺仿真，最终形成经过装配仿真验证的MBOM（产品制造结构）顶层结构，发放到下游的工装设计、专业制造和检验检测等部门。,1、基于MBD的数字化制造流程,在工装设计过程中，工装设计制造部门依据产品制造部门提出的工装订货单、三维工艺数模、产品制造工艺方案和设计部门的三维产品设计数模进行工装设计；依据三维工装设计数模进行TO的编制，装配工装的装配仿真和工装NC程序的编制，最终完成工装的制造和自检。在产品制造过程中，产品制造部门依据设计部门正式发放的EBOM和三维设计数模、工艺部门的PBOM建立三维工艺数模，进行零件的材料属性仿真和部件几何仿真，编制AO（装配大纲）和FO（制造大纲），编制NC程序，最终完成零件的加工、部件的装配以及自检。在产品检验检测过程中，检验检测部门依据设计部门正式发放的EBOM、三维设计数模，三维工装设计数模编制检测计划，计算测量数据，完成零部件和工装的检测。,1、基于MBD的数字化制造流程,（1）基于MBD的数字化定义技术数字化产品定义（DPD）是实现数字化制造的基础，它以数字量方式对产品进行准确描述。采用MBD技术后，数字化产品定义信息必须按MBD要求进行分类组织管理，完整准确地表达产品零部件本身的几何属性、工艺属性、质量检测属性以及管理属性等信息，满足制造过程各阶段对数据的需求，保证飞机产品设计制造过程中的协调性。基于MBD的设计建模技术；基于MBD的工艺建模技术；基于MBD的检验建模技术；基于MBD的并行设计流程管理技术；基于MBD的设计质量控制技术的研究。,2、MBD的关键技术,（2）基于MBD的数字化工艺设计与仿真技术MBD技术以三维数模作为唯一的制造依据，使飞机产品的工艺设计活动发生了根本变化。工艺设计与仿真将在三维数字化环境下，依据基于MBD技术的数字化工艺协调制造体系要求，以产品EBOM和三维数字样机为基础，以工艺数字化并行定义为核心，制定工艺总方案，建立三维工艺数字样机，进行飞机数字化三维工艺设计、数字化工艺容差分配、仿真和优化、数字化三维工艺仿真验证。在工艺设计与仿真的不同阶段，仿真的内容也不同。在工艺审查阶段，对零件、组件、部件组成的制造单元进行可制造性、可装配性分析，检查结构设计的合理性；在工艺规划阶段，通过装配工艺仿真，确定零部件之间的装配顺序和运动路径；在工装设计阶段，进行制造资源仿真，设计出合格的工装资源；在工艺编制阶段，通过建立起产品、工艺、资源数字化工艺数据模型（PPR），通过关键部件基于MBD的工艺容差分配计算和优化，实现基于模型的工艺分离面划分、装配工位设计、装配流程设计、三维工艺指令设计等。因此，必须预先开展基于MBD的数字化工艺设计技术、基于MBD的工艺容差分配技术和基于MBD的三维工艺仿真技术的研究。,2、MBD的关键技术,（3）基于MBD的工艺装备设计制造集成技术工艺装备设计在三维数字化环境下，以产品数字样机、工艺数字样机为基础，进行工艺技术装备的设计和仿真，逐步形成面向现代航空制造的基于三维的飞机制造技术装备工程体系，实现技术装备数字化、自动化、柔性化。在工装设计过程中，产品设计数模、工艺数模的版本变化将直接引起工装数模的版本变化。因此，必须应用三维关联技术和三维在线技术预先开展以下技术的研究工作:基于MBD工艺装备设计与飞机产品；工艺设计及仿真的数字化协同技术；工艺装备设计与产品设计；工艺设计的关联更改技术；工艺装备三维数字化设计制造一体化集成技术；基于三维数字化工艺装备设计制造。,2、MBD的关键技术,（4）基于MBD的数字化检测与质量控制技术在基于MBD的产品数字样机和工艺数字样机的基础上，开展三维工艺检验计划的技术研究工作，探讨三维数字图形转换为测量机等数字化设备能够识别的数字信息的技术方法，并以基于MBD的三维设计数模、工艺数模和检测方案为依据开发检验数据计算程序，建立基于MBD的三维检验数模，并与产品数字样机和工艺数字样机一起纳入PDM系统进行管理。与此同时，在制造产品数据结构（MBOM）的基础上，建立基于质量产品结构（QBOM）的集成质量管理系统。以PDM系统的检测计划、三维检测模型为依据，通过集成质量管理系统在生产现场采集飞机检验检测数据，并建立检验检测结果与QBOM的关联关系，纳入集成质量管理系统进行有效的管理，在此基础上形成单架次飞机的质量档案，最终完成单架次飞机质量档案的归档工作。因此，必须预先开展基于MBD的检测信息定义技术、基于MBD的检测过程设计技术、集成质量管理技术、质量档案归档技术的研究。,2、MBD的关键技术,（5）基于轻量化模型的装配过程可视化技术在MBD制造模式下，装配现场已摆脱传统基于二维图样的模拟量传递体系，三维数模及三维工艺指令已经完全替代了二维工程图纸和纸质工艺指令成为在生产现场指导工人工作的技术依据。为了确保装配现场能够及时获取现行有效的三维数模、轻量化模型、三维装配工艺指令，满足飞机装配过程管理与执行控制的要求，需要解决三维数模轻量化的问题，并将基于MBD的设计模型、工艺模型、检验模型、三维工装资源数据、轻量化模型、三维装配工艺指令统一纳入企业级PDM中进行管理，并建立与装配现场作业计划的关联关系，实现三维可视化装配技术在装配制造执行系统（MES）的集成应用，实现真正的无纸化。因此，必须预先开展：基于MBD的三维数模轻量化转换技术；基于轻量化模型的三维装配工艺过程设计工具开发技术；三维可视化装配技术在装配制造执行系统的集成应用技术的研究。,（6）基于MBD的产品数据管理系统集成技术在MBD制造模式下，产品工艺数据、检验检测数据的形式与类型发生了很大的变化。采用MBD技术后，设计部门不再向制造部门发放二维工程图纸，减少了设计工作量，简化了管理流程。工艺部门通过三维数字化工艺设计与仿真，依据基于MBD的三维产品设计数模建立三维工艺模型，生成零件加工、部件装配动画等多媒体工艺数据；检验部门通过三维数字化检验，依据基于MBD的三维产品设计数模、三维工艺模型，建立三维检验模型和检验计划。与此同时，设计数模的版本变化将直接引发工艺数模、检验数模的版本变化。因此，需要以零部件为对象，建立产品设计数据、工艺数据和检验数据与BOM结构树的关联关系，一起纳入PDM系统进行管理，通过检入与检出，确保产品设计数据、工艺数据、检验数据版本信息的一致。对于设计与制造分离的情况，应预先开展厂所协同研制单一数据源管理技术、基于BOM的设计、制造、检验数据管理技术，以及工程更改管理技术和批架次构型管理技术的研究。,一、MBD技术二、基于MBD的数字化设计与制造三、MBD技术在飞机设计中的应用四、实施MBD技术的困难,1、装配工艺模型建立,工艺人员直接依据产品MBD模型完成工艺方案的制定及详细工艺设计，并产生PPR数据集，该过程也可以称为可视化装配工艺设计过程。在工艺设计完成以后，通过装配模拟仿真，确定出合理的装配工艺。,基于MBD的装配工艺设计技术将从根本上改变飞机装配流程，从并行设计、企业级异地办公协同等角度对飞机：（1）装配工艺结构模板的定制；（2）工艺设计过程；（3）工艺信息的输入；（4）工艺仿真等提出全新的要求。,2、装配工艺结构模板的定制,3、基于工艺模板的工艺设计过程,根据产品MBD模型，在装配工艺结构模板的基础上对产品的结构进行划分与转换，生成用于指导生产的层次分明、相互关联的数据结构树，过程大致为：（1）在工艺概念设计阶段，根据产品模型划分全机设计分离面与工艺分离面，明确各工位下要完成的装配任务，与此同时工艺人员完成工装订货等工作；（2）在工艺详细设计阶段，根据工艺分离面的划分，细划各工位下的站位、AO、工序等装配单元并设计同一层次的装配顺序，提出装配过程中所需工艺规范等，与此同时工艺人员完成“设备汇总”、“工装汇总”等工作；（3）在全机设计分离面划分的基础上，上传产品数模到对应的产品结构树下，上传工装数模到资源结构树下，将产品与对应的工装和工艺结构树相关联。,4、装配工艺信息的并行输入,将产品、工装与相对应的工艺结点相关联后，在工艺结构树中的每个非叶结点都成为一个子装配工艺模型，与其所有兄弟结点按一定顺序构成其父结点的装配工艺模型。同一层次装配工艺模型的装配过程是各自独立进行。每个子装配工艺模型含有具体的装配工艺数据集，将每个工艺结点分派给相应的工艺人员进行详细的工艺设计，按子结点到父结点的设计顺序进行。各个工艺人员在统一的基于C/S（Client/Server，客户端/服务器）模式的装配工艺设计平台中根据自己的工程经验完成相关工艺信息的输入，保证了工艺设计的并行性与协同性。,5、产品信息的数字量传递过程分析,产品信息的数字量传递是指在产品MBD数据集到工艺设计平台再到数字化工艺文档输出的传递过