基於MBD三維數位化工藝設計及裝配系統的開發與應用

三維工藝設計系統

基於MBD三維工藝設計及裝配需求

三維工藝設計與裝配作為支撐基於MBD的三維數位化設計、製造一體化研製模式的關鍵環節，

負責確定產品製造過程以及製造所需的製造資源、製造時間等，是連接產品設計與製造的橋樑，它一方面通過解析上游設計數模中的相關資訊來開展工藝設計，另一方面為下游生產製造提供現場的指導和依據，因此，工藝設計對縮短產品研製週期、提高產品品質和降低製造成本具有重要影響，屬於螺旋槳研製的關鍵基礎技術之一。

1、面向螺旋槳製造過程中完整的工藝設計，支持頂層工藝設計及詳細工藝設計，可實現指令性工藝檔、管理性工藝檔以及生產性工藝檔的制定、管理和發放，以及工藝檔的審批流程控制與管理。

2、對工藝設計過程進行管理，對於特徵標注較多產品的工藝設計可以減少出錯幾率，

提高工藝設計效率和準確度，同時對工作任務進行分派與跟蹤，支援各類工藝設計業務相關的工藝設計流程。

3、工藝設計系統可支援上游的基於MBD技術設計的三維設計資料，能夠最大限度傳遞和繼承設計的資訊，有效減少工藝和設計理解上的偏差，降低出錯概率，能將三維設計成果融入到對應的工藝設計過程中，支持三維工藝需求。

4、滿足裝配（部裝、總裝）和零件製造實際業務需求，通過三維模擬驗證手段，可以對產品裝配、機加過程進行全程模擬驗證，最大限度地將問題暴露在設計工藝規劃環節，降低後端更改的成本和時間，滿足工藝設計與工藝管理需要。

5、通過車間現場視覺化系統與製造執行系統（MES）的集成，

實現三維工藝指令向車間現場的資料發放，採用直觀的三維工藝表達方式，增強了工藝資訊的可讀性，提高生產製造階段的效率。

國內航空基於MBD技術現狀及存在問題

在建設MBD的整個環節過程中，隨著基於MBD三維設計規範的制定和完善，為三維工藝的建設和實施奠定了基礎，三維工藝逐漸成為MBD建設的重點和關鍵，也代表著企業生產和製造的最高水準。但大部分國內航空製造企業的現狀是，由於三維工藝建設過程複雜，技術難度高，特別是以機加工藝為代表，因此企業還是停留在設計採用三維，而工藝還沿用原有的二維CAPP。但二維工藝存在以下缺點和不足：

1、二維工藝系統的工藝卡片主要以二維簡圖和描述資訊表達為主，

對於稍微複雜的工藝，這種表達方式很難進行清晰直觀有效的表達，增大生產製造環節出錯的概率，影響產品的品質。

2、對於特徵標注較多的產品，二維圖紙難以全面地表達設計資訊，經常出現標注遺漏的情況，增加工藝規劃的難度和出錯幾率，並缺少進行工藝驗證的手段，經常在製造階段才發現工藝設計存在缺陷，拖延了產品交付進度。

3、二維圖紙無法有效利用現代的電子樣機技術對產品進行虛擬模擬，更無法清晰流暢地進行各種性能分析，無法在工藝規劃階段消除問題，導致問題出現在後續的生產製造環節，造成設計更改週期和成本的提高。

基於MBD三維工藝設計及裝配系統的開發

三維工藝設計系統基於J2EE平臺，技術架構層採用MVC模式構造，展現層使用頁面展示功能強大的Dorado，業務邏輯層為Spring，資料持久層使用Hiberate+ibatis。同時系統開發工具採用Eclipse+IDE外掛程式，開放介面採用WEB SERVICE。資料庫可根據企業的應用，切換為ORACEL 和 SQLServer等。

三維工藝設計系統包含九個業務功能模組，包括：工藝設計門戶、PPR資料管理模組、專案管理模組、工藝檔管理模組、頂層工藝設計模組、結構化工藝設計模組、三維工藝設計模組、工藝基礎庫和基礎配置管理模組。

基於MBD三維工藝設計及裝配系統的應用

1、基於MBD模型的零件工藝分為機加工藝設計及鈑金工藝設計。無論零件採用何種加工設備和加工方式，其工藝設計資訊的載體和工藝設計的過程是類似的。基於MBD模型的零件工藝在零件三維模型基礎上實現相關零件工藝模擬分析軟體結合，將結構化工藝過程資訊與三維模型、視圖、動畫等資訊緊密結合，形成三維零件工藝指令的電子資料包，以提高零件工藝設計效率和水準。

2、基於MBD模型的裝配工藝設計主要過程首先是進行產品裝配規劃，定於其裝配次序，形成裝配工藝模型，再建立與結構化裝配工藝資訊的互聯，構建三維化的裝配指令資料包等。基於MBD模型的零件工藝設計和基於MBD模型的裝配工藝設計的工藝指令中操作步驟都與三維視圖相關聯，以三維視圖及三維動畫為主、結構化的文字資訊為輔的方式描述工藝過程，三維條件下的工藝指令也不再是傳統的試算表或紙質文檔，結構化工藝過程資訊以XML的標準結構化格式存儲，三維模型、視圖、動畫等三維相關資訊以SMG檔案格式儲存，兩者緊密結合，形成三維裝配工藝指令的電子資料包。

發展與展望

工藝數位化系統是企業管理資訊系統的重要組成部分，工藝資訊模型是工藝數位化系統的基礎，是實現產品資訊集成與管理的關鍵。一個產品從需求調研、設計成功到設計工藝、工裝，從加工製造到售後服務，其間要涉及很多工藝設計與管理方面的工作。

以現有基於MBD三維工藝設計系統為基礎與達索DELMIA的虛擬製造與模擬平臺進行集成，可以構建基於MBD三維數位化工藝設計與模擬系統，並不僅僅局限於工藝檔的編制，還要實現工藝設計全過程的管理、資料分析和工藝流程的驗證，更重要的是還可以實現基於三維資料資訊的3D工藝規劃，可以進行：

1、零件的加工3D工藝及模擬、驗證；

2、裝配件的裝配3D工藝及模擬、驗證；

3、加工或裝配工位3D工藝規劃及模擬、驗證；

4、裝配線或生產線3D工藝規劃及模擬、驗證；

5、生產車間或廠房的3D規劃及模擬、驗證。

而且，在進行各種工藝規劃、模擬、裝配和驗證的同時，可以生成3D的、圖形化的工藝文檔和過程演示視頻，使工藝方案的評審更加直觀和科學。如果條件具備，DELMIA可以生成3D視覺化的AO（裝配大綱）和動態的操作說明，發放到生產現場供工作人員使用，提高工作效率，減少失誤，提高產品品質。此外，DELMIA還可生成3D維護手冊，用於指導現場操作，提高產品服務與支援的品質。（航空工業惠陽資訊化總師鄭雷）

基於MBD模型的零件工藝在零件三維模型基礎上實現相關零件工藝模擬分析軟體結合，將結構化工藝過程資訊與三維模型、視圖、動畫等資訊緊密結合，形成三維零件工藝指令的電子資料包，以提高零件工藝設計效率和水準。