面向模型驱动的数字化制造技术研究

吴团伟 苏学明 安卫星

摘 要：通过开展面向模型驱动数字化制造技术研究，以数据信息共享与传递、现场可视化为关键技术突破口，实现面向MBD模型驱动的设计信息、工艺信息可视化编辑与表达，以BOM数据动态演变为主线，以模型数据驱动为载体实现整个设计、制造业务活动的全线贯通，从而为数字化环境下设计制造一体化制造过程提供有力的三维工艺设计系统平台。

关键词：模型驱动；数字化制造；三维工艺设计

0引 言

数字化制造技术是现代飞机制造技术发展的必由之路，面向模型驱动的数字化制造技术是企业核心制造能力迈上新台阶的一条有效途径，本文是在数字化背景下研究面向模型驱动数字化制造技术，重点研究数据信息共享与传递、现场可视化等关键技术，实现基于MBD模型的设计信息、工艺信息可视化編辑与表达，实现三维工艺设计系统向生产现场MES系统推送单架次工艺信息的功能，确保设计信息、工艺信息的精确表达与快速有效传递，提高数字化制造的水平。从根本上解决新机研制中工艺准备时间紧、任务重、技术人员加班时间长的问题。

1 当前数字化制造存在的问题

1.1 面向模型驱动的工艺设计技术成为从设计到制造的瓶颈

随着MBD技术的深入应用，设计院所已经陆续采用全三维模式发图，工厂制造端承接设计数据后，由于没有对应工艺设计平台，仍需将三维模型信息转化为二维工艺制造信息，而产品最终又是以设计三维模型为交付依据，这样反复的信息转换不仅费时费力，又没有能够发挥出三维模型的表达效率，为此迫切需要研发三维CAPP系统平台，打破设计与制造端之间信息传递的“瓶颈”。

1.2 缺少面向模型驱动的工艺设计系统

二维CAPP系统基于二维图形加文字表达工艺信息，以二维表单作为输出，BOM数据基于表格管理，这样一种管理方式虽然在一定程度上适应了当时产品加工制造的需要，但是仍然存在以下几方面问题：

1.2.1从三维设计信息转化成二维工艺信息过程中，存在信息遗漏，二维信息表述不清，信息歧义等弊端，某种程度上制约产品质量的进一步提升。

1.2.2 二维工艺信息不直观，尤其是对于曲面工艺信息的描述上，不能进行有效和准确的表达，因此不便于指导现场工人操作。

1.2.3 三维设计信息转化为二维工艺信息，期间除了文字描述外还需要补充绘制、编辑、补充大量的草图或者截图，这样模式耗费了工艺人员大量的时间和精力。

1.3 面向模型驱动的工艺设计技术薄弱

设计院所已经成熟应用了基于模型的数字化工程设计定义，但是在工厂制造端面向模型驱动的工艺设计技术薄弱，薄弱环节主要体现在以下两方面：

1.3.1缺少工艺模型定义标准、规则，国内许多科研院所虽然已经在工艺模型定义，构建等方面攻破关键技术，但是对于工艺模型定义标准、规则等方面没有给出具体实施细则。

1.3.2缺少面向模型驱动的工艺规划方法，传统的基于二维表单模式的工艺规划方法已经成熟应用，但是面向模型驱动的工艺规划目前内仍处在尝试应用阶段。

2 面向未来数字化发展的方向和目标

2.1实现设计制造一体化

为缩短型号研制周期，提高装备整体质量，提升设计制造协同能力，强化技术状态管控，基于并行工程理念，以产品数据管理和三维工艺设计为核心，建立和实施面向模型驱动的设计制造一体化平台。实现了设计制造高度并行、设计-工艺-制造数据的统一连续传递、三维AO/FO可视化应用和现场无纸化制造

在装配工艺和零件工艺设计过程中，实现面向模型驱动的快速工艺设计，使其工艺设计周期缩短30%，实现面向模型驱动的可视化生产过程。

2.2技术状态清晰可控

采用同一数据源开展数字化工艺设计、工装设计、检验数据集设计，以工艺文件贯彻、产品实物质量贯彻流程为依托，以信息化手段为工具实现现代化飞机产品技术状态控制。

2.3工艺规划和工艺准备的快速响应

以工艺数据结构化、可视化为依托，借助计算机智能辅助设计系统实现产品工艺规划和工艺准备的快速响应和重构。

2.4精细化管理、结构化定义满足不同客户需求

借助与设计构型管理思路，在数字化制造基础上开展工艺构型管理，实现飞机产品单架次技术状态管控。

3 关键技术

3.1数据信息共享与传递

传统的企业信息系统受历史原因限制，往往只能在某些领域支持有限的业务活动，使得企业的业务活动被分割成了独立的信息孤岛，而业务活动之间的有机联系往往需要人工参与才能组织完成，这样耗时耗力且影响了产品质量的进一步提升，随着计算机应用技术的不断深入，当前迫切需要进行系统整合从而实现企业内部系统数据信息共享与传递，将企业数据流通起来从而以技术基础数据和生产管理数据为基础、为企业的经营管理、质量控制进行智能辅助决策提供数据依据。因此数据信息共享与传递显得尤为重要，这是进行三维CAPP系统开发，乃至数字化制造工程建设的关键技术之一。

3.2 现场可视化

三维工艺以文字描述加模型展示为信息主体，三维工艺信息的表达与展示方式极大的增强了工艺信息的可读性，以模型信息为载体融合工艺文字信息的信息传递方式很好地解决了以往二维工艺信息表述不够直观。准确的弊病，三维模型的引入更加形象，逼真地反映了繁杂产品装配过程。工艺文件编制者不仅可以直观地基于模型开展工艺信息规划、工艺信息编辑与修改，同时现场操作者可以更加直观、易懂地迅速获取工艺信息开展现场作业，因此，工艺文件编制、使用质量有所提升，工艺信息传递与表达更加清晰，可读，继而促使了产品质量的飞跃。

4 结束语

数字化制造是企业未来发展的必由之路，也是推动企业科技创新的源动力，通过数字化制造技术的研究与初步应用，很好地解决了企业当前所面临的瓶颈问题，同时为企业运营管理与决策提供了行之有效的支撑工具与手段，随着数字化制造技术的深入研究，今后还需要在大数据环境下的工艺数据存储、检索以重复再生利用方面做更深探索和研究。

参考文献：

[1] 郭恩明.国外飞机柔性装配技术.[J].航空制造 技术，2005，38（12）：32-34.

[2] 毕利文.唐晓东.杨宏宇.飞机数字化装配工艺仿真 技术.[J].航空制造技术，2008，20：48-50.