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1基于MBD的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)

在飛機(jī)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用全三維模型讓后續(xù)環(huán)節(jié)的人員更容易理解設(shè)計(jì)意圖，有效地改善了團(tuán)隊(duì)間的溝通。在關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)環(huán)境中，所有工程師采用MBD技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的數(shù)字化定義，各種設(shè)計(jì)信息得到最大的共享，零部件的設(shè)計(jì)和標(biāo)注非常方便，任何時(shí)候每位工程師的設(shè)計(jì)結(jié)果均會(huì)實(shí)時(shí)反映到全三維的數(shù)字樣機(jī)中，以供其他專業(yè)使用。當(dāng)上游專業(yè)的設(shè)計(jì)發(fā)生變化時(shí)，設(shè)計(jì)更改能夠通過骨架模型自動(dòng)地傳遞給下游下游專業(yè)只要接受骨架模型的更新，即可實(shí)現(xiàn)100%的設(shè)計(jì)更改。在型號(hào)研制過程中，通過采用基于MBD的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)各專業(yè)間快速的迭代機(jī)制，減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，更好地保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。

1．1關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)定義

飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)數(shù)模更改頻繁，更改量大，通過定義總體、結(jié)構(gòu)、接口骨架模型，可實(shí)現(xiàn)總體與結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)內(nèi)部、結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)、系統(tǒng)內(nèi)部之間的設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)和信息共享，加快協(xié)調(diào)和更改的速度。設(shè)計(jì)上游的更改，能及時(shí)反映到相關(guān)設(shè)計(jì)專業(yè)，保持設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的一致性。飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中典型的骨架模型拓?fù)鋱D如圖2所示。在產(chǎn)品的根目錄下建立總體、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的骨架模型節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)下包含了該專業(yè)在設(shè)計(jì)過程中將要用到的所有關(guān)鍵設(shè)計(jì)輸入要素(如關(guān)鍵的點(diǎn)、線或站位面)。機(jī)頭部段骨架只能引用總體專業(yè)的前機(jī)身站位骨架和結(jié)構(gòu)專業(yè)的接口骨架，具體的零件或模塊設(shè)計(jì)則通過引用機(jī)頭部段骨架和相應(yīng)的部件骨架開展詳細(xì)設(shè)計(jì)，完成產(chǎn)品定義。

1．2骨架模型的分類

骨架模型作為關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的神經(jīng)中樞，直接驅(qū)動(dòng)著下游的零件設(shè)計(jì)，骨架模型劃分是否合理，決定著自上向下設(shè)計(jì)的成敗。骨架模型劃分的合理，數(shù)據(jù)更新便可在各層級(jí)骨架模型間順利傳遞，并最終驅(qū)動(dòng)零件數(shù)據(jù)更新;骨架模型劃分的不合理，可能會(huì)導(dǎo)致某些骨架過于龐大，骨架模型載入緩慢，元素結(jié)構(gòu)樹很難管理，元素不集中，設(shè)計(jì)員不易查找、調(diào)用，影響設(shè)計(jì)效率，骨架模型維護(hù)困難，嚴(yán)重的可能導(dǎo)致下游數(shù)據(jù)無法更新。骨架模型從上至下共分為四種:總體骨架、接口骨架、部段骨架和部件骨架總體骨架是其他骨架的基礎(chǔ)，包含總體外形和整機(jī)布置站位兩個(gè)部分，要先于其他骨架建立并，供下游建立接口骨架和部段骨架引用。接口骨架用于兩個(gè)或多個(gè)部段之間對接協(xié)調(diào)區(qū)域的協(xié)調(diào)，由兩個(gè)或多個(gè)部段對接協(xié)調(diào)的公用元素組成，接口骨架內(nèi)的元素僅為各部段之間協(xié)調(diào)的元素。部段骨架是整個(gè)部段關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)，包含從總體骨架中引用的元素、從接口骨架中引用的各部段的協(xié)調(diào)元素、各部段細(xì)化的元素三部分內(nèi)容。部段骨架中從總體引用的外形需要根據(jù)部段下游部件的特點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)夭鸱?，以便于后期部段骨架更新時(shí)可以減少影響面，部段骨架驅(qū)動(dòng)下游零部件快速接收更改通知并能夠進(jìn)行下游的自動(dòng)更新，同時(shí)保證不受影響的零件不需更新。總體骨架、接口骨架、部段骨架僅用于不同級(jí)別的協(xié)調(diào)，不得直接用于零件設(shè)計(jì)。部件骨架是下游部件內(nèi)零件關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)，部件骨架由上層骨架拆分而來，是上層骨架局部的細(xì)化表達(dá)，部件骨架的數(shù)據(jù)量和元素減少，提高了設(shè)計(jì)效率，有利于關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的展開及管理，設(shè)計(jì)員只能使用部件骨架進(jìn)行零件的詳細(xì)設(shè)計(jì)。

1．3關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)的工作原理

骨架設(shè)計(jì)員和零件設(shè)計(jì)員相互協(xié)同的工作狀首先，骨架設(shè)計(jì)員創(chuàng)建一個(gè)新的模型，這個(gè)模型將承載設(shè)計(jì)中的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在骨架模型的設(shè)計(jì)過程中，骨架模型和產(chǎn)品零件之間不發(fā)生關(guān)聯(lián)，當(dāng)骨架模型被提升至A版時(shí)，具備了被下游引用的能力。其次，當(dāng)骨架模型A版時(shí)，零件設(shè)計(jì)員可以發(fā)起設(shè)計(jì)任務(wù)，將骨架模型中的元素引用至零件中，零件和骨架之間將建立驅(qū)動(dòng)關(guān)系，零件設(shè)計(jì)員將在骨架模型的控制下，進(jìn)行上下文關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)，并提升至A版。如果骨架模型發(fā)生更改，A版零件的關(guān)聯(lián)關(guān)系仍與A版骨架模型相關(guān)聯(lián)，不能與未的新版骨架模型關(guān)聯(lián)，當(dāng)骨架模型提升至B版后，重新定義鏈接關(guān)系，將B版零件與B版骨架進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

2基于MBD的機(jī)翼肋的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)專業(yè)根據(jù)總體專業(yè)的骨架模型開始進(jìn)行全機(jī)結(jié)構(gòu)骨架模型的建立，如機(jī)頭、機(jī)身、機(jī)翼、平尾、垂尾部段骨架模型。機(jī)翼綜合產(chǎn)品設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在機(jī)翼部段骨架的基礎(chǔ)上進(jìn)行機(jī)翼主要元素(如梁、肋站位等)的布置，建立部件骨架，后即可以開展肋的詳細(xì)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)員首先根據(jù)MBD模板生成零件的結(jié)構(gòu)樹，并在外部參考幾何圖形集下將生成該零件的站位基準(zhǔn)面和機(jī)翼外形引入，如中央翼前梁站位、中央翼后梁站位、機(jī)翼弦平面、中央翼盒段上蒙皮外形、中央翼盒段下蒙皮外形、2肋等，當(dāng)總體中央翼盒段下蒙皮外形發(fā)生變化，更改會(huì)自動(dòng)從總體外形骨架傳遞到結(jié)構(gòu)部段骨架，再傳遞到部件骨架，設(shè)計(jì)員只需要手動(dòng)接受更新，肋的外形即可根據(jù)總體外形的變化而變化，從而完成總體和結(jié)構(gòu)專業(yè)的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)。零件詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后就可以在三維數(shù)模的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維標(biāo)注，所有的三維標(biāo)注與具體的幾何特征相關(guān)聯(lián)，如果局部的幾何特征發(fā)生更改，三維標(biāo)注的尺寸信息也會(huì)自動(dòng)進(jìn)行更新，不用再生成和維護(hù)二維工程圖，設(shè)計(jì)更改簡單易行，更改傳遞暢通無阻，設(shè)計(jì)質(zhì)量隨之提高，設(shè)計(jì)周期大大縮短。

3基于MBD的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)在制造中的應(yīng)用

3．1工藝數(shù)模與設(shè)計(jì)數(shù)模的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

工藝數(shù)模和設(shè)計(jì)數(shù)模的關(guān)系是靠幾何關(guān)聯(lián)進(jìn)行的。與工裝不同，工藝數(shù)據(jù)要求的關(guān)聯(lián)關(guān)系是保證數(shù)模之間本身有關(guān)聯(lián)關(guān)系，這樣能夠保證工藝人員可以在數(shù)據(jù)成熟過程中進(jìn)行一些工藝設(shè)計(jì)，如建立毛坯、定位孔等?？梢酝ㄟ^系統(tǒng)開發(fā)來實(shí)現(xiàn)工藝和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)機(jī)制，使設(shè)計(jì)的更改會(huì)快速地反映到工藝數(shù)模中。工藝人員在工藝設(shè)計(jì)規(guī)范的指導(dǎo)下，直接依據(jù)三維實(shí)體模型開展三維工藝開發(fā)工作，改變了以往同時(shí)依據(jù)二維工程圖紙和三維實(shí)體模型來設(shè)計(jì)產(chǎn)品裝配工藝和零件加工工藝的方式。

3．2工裝數(shù)模與設(shè)計(jì)數(shù)模的關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)

工裝數(shù)模和設(shè)計(jì)數(shù)模的關(guān)聯(lián)是通過對設(shè)計(jì)數(shù)模的引用來實(shí)現(xiàn)的。通過采用基于成熟度的并行協(xié)同機(jī)制，工裝的設(shè)計(jì)就可以提前，在預(yù)發(fā)放數(shù)模的基礎(chǔ)上展開設(shè)計(jì)，隨著成熟度的不斷提升，設(shè)計(jì)數(shù)模不斷完善，工裝設(shè)計(jì)也不斷被細(xì)化，同時(shí)工裝設(shè)計(jì)人員將反饋意見及時(shí)傳遞給設(shè)計(jì)人員，建立了良好的設(shè)計(jì)、制造、協(xié)調(diào)溝通機(jī)制，使設(shè)計(jì)缺陷降到最低。由于設(shè)計(jì)和工裝是在統(tǒng)一的VPM系統(tǒng)中工作，采用MBD數(shù)字化定義技術(shù)，可以有效保證工裝數(shù)模和設(shè)計(jì)數(shù)模上下文的關(guān)聯(lián)。

4結(jié)束語

技術(shù)保證了上下游數(shù)據(jù)的無縫對接，實(shí)現(xiàn)了真正的數(shù)字量信息傳遞，使關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)在飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造過程中暢通無阻。通過骨架模型的定義，總體、結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)各專業(yè)的工作可以并行開展，工藝、工裝、檢驗(yàn)等可以在MBD數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上協(xié)同工作，全三維關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)使得上下游設(shè)計(jì)信息溝通更加及時(shí)、準(zhǔn)確，有效地改善了團(tuán)隊(duì)之間的溝通，使設(shè)計(jì)任務(wù)更清晰，設(shè)計(jì)更改簡單、快速、易行，促進(jìn)了面向制造、面向裝配技術(shù)的應(yīng)用，減少了設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了產(chǎn)品研制周期，必將為企業(yè)帶來巨大的商業(yè)效益。

作者：田憲偉曲直單位：中航通飛研究院有限公司