導(dǎo)讀：飛機(jī)研制采用MBD技術(shù)推進(jìn)了飛機(jī)研制模式的創(chuàng)新，“三維工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)+DCE平臺(tái)+ERP生產(chǎn)管控平臺(tái)”構(gòu)成的集成化的綜合信息管理平臺(tái)是企業(yè)打通產(chǎn)品數(shù)字化制造的工具；“MBD模型+三維指令(AO/FO)+檢驗(yàn)計(jì)劃”是企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、質(zhì)量控制等產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程所依賴的機(jī)制創(chuàng)新。

基于模型定義(Model Based Definition，MBD)是一種新的產(chǎn)品數(shù)字化定義技術(shù)，用集成的三維實(shí)體模型來(lái)完整表達(dá)產(chǎn)品定義信息，詳細(xì)規(guī)定了三維實(shí)體模型中產(chǎn)品定義、公差的標(biāo)注規(guī)則和工藝信息的表達(dá)方法，三維實(shí)體模型成為生產(chǎn)制造過(guò)程中的唯一依據(jù)。

波音公司787客機(jī)采用了“基于模型的產(chǎn)品定義”技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)、通過(guò)建立全球協(xié)同平臺(tái)(GCE)實(shí)現(xiàn)了與合作伙伴協(xié)同研制，這徹底地改變了研制流程、研制方法和飛機(jī)研發(fā)模式。新飛機(jī)工程全面應(yīng)用MBD技術(shù)，采用多廠所異地協(xié)同的研制模式，為航空產(chǎn)業(yè)的跨越發(fā)展提供了難得的機(jī)遇。

飛機(jī)研制的工藝設(shè)計(jì)與生產(chǎn)管理現(xiàn)狀

飛機(jī)研制采用了基于MBD技術(shù)，構(gòu)建了設(shè)計(jì)制造的協(xié)同工作平臺(tái)（簡(jiǎn)稱DCE平臺(tái)），解決了產(chǎn)品制造的單一數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)。DCE平臺(tái)通過(guò)與企業(yè)ERP系統(tǒng)的集成，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)裝配現(xiàn)場(chǎng)“無(wú)紙化”，取得了非常顯著的效果。

在DCE平臺(tái)中依據(jù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)集（EBOM、MBD模型等），完成工藝規(guī)劃工作：編制工藝總方案、構(gòu)建了PBOM、劃分裝配流程、建立頂層MBOM：開(kāi)展工藝準(zhǔn)備工作，完成零組件交接狀態(tài)/毛料供應(yīng)狀態(tài)、工裝申請(qǐng)及其技術(shù)條件的簽審與控制，二維形式指令A(yù)O/FO設(shè)計(jì)、工程更改貫徹、檢驗(yàn)計(jì)劃編制及其簽審等，實(shí)現(xiàn)了EBOM/PBOM/MBOM的技術(shù)狀態(tài)管理，實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品制造的關(guān)聯(lián)工藝設(shè)計(jì)。

飛機(jī)研制中產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測(cè)與過(guò)程控制采用了檢驗(yàn)計(jì)劃（檢驗(yàn)規(guī)程）。檢驗(yàn)汁劃規(guī)范了檢查項(xiàng)目、檢查方法、儉測(cè)工量具、明確了檢驗(yàn)活動(dòng)的具體要求，是檢驗(yàn)人員驗(yàn)收產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)文件在DCE平臺(tái)的工藝指令的編制環(huán)境中編制檢驗(yàn)計(jì)劃，DCE平臺(tái)進(jìn)行審簽流程管理，提高了檢驗(yàn)設(shè)計(jì)工作質(zhì)量。

AO/FO/檢驗(yàn)計(jì)劃在DCE平臺(tái)中完成流程審簽定版后通過(guò)DCE發(fā)布至ERP，加入作業(yè)計(jì)劃信息后發(fā)布到現(xiàn)場(chǎng)的工控機(jī)或工作站驅(qū)動(dòng)生產(chǎn)線上零組件配套出入庫(kù)，零組件的開(kāi)工、完工并記錄質(zhì)量控制過(guò)程，在飛機(jī)研制裝配現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了“無(wú)紙化”管理。

從傳統(tǒng)的二維工程圖到應(yīng)用MBD模型，承制單位的體制、流程、標(biāo)準(zhǔn)、文件制度和軟硬件環(huán)境等基本建成，通過(guò)大規(guī)模測(cè)試和研制驗(yàn)證，貫通了主要的工藝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)組織、產(chǎn)品質(zhì)量控制等主要流程。雖然取得了顯著的應(yīng)用效果，但仍然暴露出一些問(wèn)題：基于MBD技術(shù)的工藝設(shè)計(jì)仍然以二維工藝指令為主、三維工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的“可視化”管理還在探索階段，存在三維產(chǎn)品模型信息應(yīng)用不深入，制造知識(shí)管理薄弱、利用率不高、工藝指令表達(dá)方式與共享手段單一，基于MBD技術(shù)的產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)管理、生產(chǎn)組織、質(zhì)量控制等制度文件還不夠完善，零組件制造現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)算機(jī)軟、硬件資源還不能支撐全面“無(wú)紙化”等問(wèn)題。因此，構(gòu)建三維工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)并與DCE平臺(tái)和ERP現(xiàn)場(chǎng)管控平臺(tái)實(shí)現(xiàn)高度集成，才能實(shí)現(xiàn)三維工藝設(shè)汁和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的“可視化”。

三維工藝設(shè)計(jì)

面向工藝設(shè)計(jì)與管理過(guò)程、根據(jù)業(yè)務(wù)需求定制建立三維工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)，突破與DCE平臺(tái)集成的關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)三維工藝設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)工藝關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。工藝設(shè)計(jì)人員通過(guò)三維工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)完成基于產(chǎn)品MBD模型的工藝規(guī)劃、工藝設(shè)計(jì)、工藝仿真以及工藝指令簽審等工藝設(shè)計(jì)任務(wù)。

選用適合飛機(jī)制造特點(diǎn)的、成熟的、商業(yè)化軟件DELMIA系統(tǒng)為數(shù)字化三維設(shè)計(jì)平臺(tái)，根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行DELMIA的定制開(kāi)發(fā)，解決與DCE平臺(tái)集成的關(guān)鍵技術(shù)，建立適應(yīng)企業(yè)特點(diǎn)的三維工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)。三維工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)包括如下主要模塊：工程數(shù)據(jù)集成模塊、工藝規(guī)劃模塊、工藝設(shè)計(jì)與仿真模塊、BOM管理模塊、工藝指令發(fā)布模塊和工藝知識(shí)管理模塊，其功能邏輯關(guān)系如圖1所示。

圖1 三維工藝設(shè)計(jì)功能邏輯關(guān)系

在基于MBD的設(shè)計(jì)、制造一體化的工作模式下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)環(huán)境需要與三維工藝設(shè)計(jì)環(huán)境高度集成。通過(guò)DCE平臺(tái)將關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的零部件的MBD工程數(shù)據(jù)集以及被更改信息完整、系統(tǒng)地向制造環(huán)節(jié)傳遞。在三維工藝設(shè)計(jì)環(huán)境中能夠及時(shí)準(zhǔn)確地獲取該工程數(shù)據(jù)集及工程更改并予以處理，在此基礎(chǔ)上開(kāi)展工藝規(guī)劃、工藝設(shè)計(jì)與仿真工作，最終保證工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集與制造數(shù)據(jù)集的一致性、準(zhǔn)確性和可追溯性。

(1)PBOM建立。

需要充分利用MBD工程數(shù)據(jù)集，以EBOM和三維數(shù)字樣機(jī)為基礎(chǔ)，進(jìn)行頂層工藝規(guī)劃，根據(jù)生產(chǎn)單位制造能力、生產(chǎn)單元布局、工藝專業(yè)類型以及制造經(jīng)濟(jì)性，構(gòu)建工藝組合件，進(jìn)行零件、組件和部件的工藝路線設(shè)計(jì)，形成PBOM。

(2)頂層MBOM建立。

在三維工藝設(shè)計(jì)環(huán)境下確定大部件對(duì)接要求和專業(yè)廠的職能分配、考慮協(xié)調(diào)要素、協(xié)調(diào)措施的可靠性，進(jìn)行裝配單元?jiǎng)澐?，將零組件、標(biāo)準(zhǔn)件的位置、種類和數(shù)量準(zhǔn)確地配套到裝配單元。

在頂層工藝規(guī)劃PBOM、頂層MBOM規(guī)劃的基礎(chǔ)之上，DELMIA系統(tǒng)作為工具級(jí)應(yīng)用從DCE平臺(tái)下載并導(dǎo)入裝配件的EBOM/PBOM、MBD模型或輕量化模型，工裝模型或輕量化模型，進(jìn)行頂層工藝規(guī)劃，頂層MBOM建立，裝配流程/加工過(guò)程設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真驗(yàn)證并優(yōu)化裝配流程/加工過(guò)程形成三維指令(AO和FO)。

(1)裝配件工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)。

裝配件工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)是通過(guò)三維工藝設(shè)計(jì)與裝配仿真驗(yàn)證工具進(jìn)行參裝件的裝配順序、裝配操作、裝配路徑的詳細(xì)設(shè)計(jì)，建立參裝件、工裝資源和工藝過(guò)程的關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程的仿真，并依據(jù)仿真結(jié)果，迭代優(yōu)化裝配工藝設(shè)計(jì)，完成三維AO指令的生成。

(2)零件制造工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)。

零件制造工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)是按照機(jī)加件、鈑金件、非金屬件和管路零件等類型，通過(guò)三維工藝設(shè)計(jì)與相應(yīng)的零件加工仿真工具完成加工過(guò)程的仿真、迭代優(yōu)化零件制造工藝設(shè)計(jì)，完成三維FO指令的生成。

(3)三維工藝知識(shí)庫(kù)。

整理和挖掘典型工藝數(shù)據(jù)，組織和構(gòu)建典型工藝庫(kù)、典型工序庫(kù)、典型工步庫(kù)，形成工藝實(shí)例庫(kù)，同時(shí)構(gòu)造工裝等基礎(chǔ)制造資源庫(kù)，與典型工藝知識(shí)關(guān)聯(lián)，最終形成工藝模板、典型實(shí)例和裝配資源相互關(guān)聯(lián)的工藝知識(shí)實(shí)例庫(kù)。工藝設(shè)計(jì)人員可以直接重用典型工藝，也可以基于工藝模板，快速組織典型工序和典型工步，關(guān)聯(lián)制造資源，實(shí)現(xiàn)基于知識(shí)的快速工藝設(shè)計(jì)。工藝知識(shí)重用框架如圖2所示。

圖2 工藝知識(shí)重用框架

在三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)中，利用文字、仿真動(dòng)畫、輕量化模型和圖片等多種數(shù)據(jù)格式編制三維工藝指令，通過(guò)三維數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)與DCE協(xié)同平臺(tái)的接口程序自動(dòng)載入DCE協(xié)同平臺(tái)，在DCE中實(shí)現(xiàn)三維工藝指令流程的審簽發(fā)布、組織和管理。

飛機(jī)生產(chǎn)中裝配過(guò)程十分復(fù)雜，參裝零組件多、配套類型多、控制過(guò)程復(fù)雜，加之裝配件按架次組織生產(chǎn)而零件制造是按批次投產(chǎn)等多種因素，決定了三維裝配指令A(yù)O比零件制造指令FO的編制、審簽與控制管理復(fù)雜，解決了三維裝配指令A(yù)O管理中存在的問(wèn)題，由此三維制造指令FO管理中存在的問(wèn)題就能解決。三維裝配指令A(yù)O的生成與仿真流程如圖3所示，三維裝配指令A(yù)O指令形式如圖4所示。

圖3 三維裝配指令A(yù)O的生成與仿真流程

圖4 三維裝配指令A(yù)O指令

在三維工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)DELMIA中完成仿真驗(yàn)證后的三維AO/FO與其對(duì)應(yīng)零組件的檢驗(yàn)計(jì)劃以XML的格式輸出到DCE平臺(tái)中。在DCE平臺(tái)中完成三維AO/FO/檢驗(yàn)計(jì)劃流程審簽定版。在DCE平臺(tái)中定版的三維AO，其配套清單中的零組件由DCE平臺(tái)自動(dòng)解析為MBOM底層結(jié)構(gòu)，并將定版的AO信息和解析后的MBOM底層結(jié)構(gòu)發(fā)送至生產(chǎn)管控系統(tǒng)。三維AO/FO/檢驗(yàn)計(jì)劃、頂層MBOM在DCE平臺(tái)巾定版后，通過(guò)DCE的自動(dòng)打包程序發(fā)布至ERP。在ERP生產(chǎn)管控系統(tǒng)中，接收到三維AO/FO/檢驗(yàn)計(jì)劃并解析生成完整的MBOM。在ERP生產(chǎn)管控系統(tǒng)中通過(guò)加入作業(yè)計(jì)劃信息后下發(fā)生產(chǎn)任務(wù)到現(xiàn)場(chǎng)的工控機(jī)或工作站上，工人在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)始執(zhí)行自己的工作，完成零組件配套出庫(kù)、開(kāi)工和完工。現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集及完工、檢驗(yàn)刷卡等都在AO/FO流程卡記錄質(zhì)量控制信息，其過(guò)程如圖5所示。

圖5 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)可視化

結(jié)束語(yǔ)

飛機(jī)研制采用MBD技術(shù)推進(jìn)了飛機(jī)研制模式的創(chuàng)新，“三維工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)+DCE平臺(tái)+ERP生產(chǎn)管控平臺(tái)”構(gòu)成的集成化的綜合信息管理平臺(tái)是企業(yè)打通產(chǎn)品數(shù)字化制造的工具；“MBD模型+三維指令(AO/FO)+檢驗(yàn)計(jì)劃”是企業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、質(zhì)量控制等產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)過(guò)程所依賴的機(jī)制創(chuàng)新。

構(gòu)建三維工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)，開(kāi)展三維工藝設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮了MBD技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提升了工藝規(guī)劃和工藝設(shè)計(jì)的質(zhì)量。三維工藝設(shè)計(jì)平臺(tái)與DCE平臺(tái)集成，DCE平臺(tái)與ERP現(xiàn)場(chǎng)管控平臺(tái)的集成打通了三維工藝設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的“可視化”，引起了數(shù)字化制造技術(shù)的重大變革。這對(duì)于提高我國(guó)國(guó)防裝備的快速研制和生產(chǎn)能力，縮短產(chǎn)品研制周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低制造成本都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。