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基于模型定義(Model Based Definition，MBD)是一種新的產品數字化定義技術，用集成的三維實體模型來完整表達產品定義信息，詳細規定了三維實體模型中產品定義、公差的標注規則和工藝信息的表達方法，三維實體模型成為生產制造過程中的唯一依據。

波音公司787客機采用了“基于模型的產品定義”技術，實現了產品關聯設計、通過建立全球協同平臺(GCE)實現了與合作伙伴協同研制，這徹底地改變了研制流程、研制方法和飛機研發模式。新飛機工程全面應用MBD技術，采用多廠所異地協同的研制模式，為航空產業的跨越發展提供了難得的機遇。

飛機研制采用了基于MBD技術，構建了設計制造的協同工作平臺（簡稱DCE平臺），解決了產品制造的單一數據源，實現了產品協同設計。DCE平臺通過與企業ERP系統的集成，實現了飛機裝配現場“無紙化”，取得了非常顯著的效果。

01 產品的工藝設計

在DCE平臺中依據產品數據集（EBOM、MBD模型等），完成工藝規劃工作：編制工藝總方案、構建了PBOM、劃分裝配流程、建立頂層MBOM：開展工藝準備工作，完成零組件交接狀態/毛料供應狀態、工裝申請及其技術條件的簽審與控制，二維形式指令AO/FO設計、工程更改貫徹、檢驗計劃編制及其簽審等，實現了EBOM/PBOM/MBOM的技術狀態管理，實現了產品制造的關聯工藝設計。

02 產品計劃編制與過程控制

飛機研制中產品檢驗檢測與過程控制采用了檢驗計劃（檢驗規程）。檢驗汁劃規范了檢查項目、檢查方法、儉測工量具、明確了檢驗活動的具體要求，是檢驗人員驗收產品的標準文件在DCE平臺的工藝指令的編制環境中編制檢驗計劃，DCE平臺進行審簽流程管理，提高了檢驗設計工作質量。

03 在ERP中對現場進行管理

AO/FO/檢驗計劃在DCE平臺中完成流程審簽定版后通過DCE發布至ERP，加入作業計劃信息后發布到現場的工控機或工作站驅動生產線上零組件配套出入庫，零組件的開工、完工并記錄質量控制過程，在飛機研制裝配現場實現了“無紙化”管理。

04 存在的問題

從傳統的二維工程圖到應用MBD模型，承制單位的體制、流程、標準、文件制度和軟硬件環境等基本建成，通過大規模測試和研制驗證，貫通了主要的工藝設計、生產組織、產品質量控制等主要流程。雖然取得了顯著的應用效果，但仍然暴露出一些問題：基于MBD技術的工藝設計仍然以二維工藝指令為主、三維工藝設計和生產現場的“可視化”管理還在探索階段，存在三維產品模型信息應用不深入，制造知識管理薄弱、利用率不高、工藝指令表達方式與共享手段單一，基于MBD技術的產品技術狀態管理、生產組織、質量控制等制度文件還不夠完善，零組件制造現場的計算機軟、硬件資源還不能支撐全面“無紙化”等問題。因此，構建三維工藝設計平臺并與DCE平臺和ERP現場管控平臺實現高度集成，才能實現三維工藝設汁和生產現場的“可視化”。

面向工藝設計與管理過程、根據業務需求定制建立三維工藝設計平臺，突破與DCE平臺集成的關鍵技術，實現三維工藝設計、實現工藝關聯設計。工藝設計人員通過三維工藝設計平臺完成基于產品MBD模型的工藝規劃、工藝設計、工藝仿真以及工藝指令簽審等工藝設計任務。

01 構建三維工藝設計環境

選用適合飛機制造特點的、成熟的、商業化軟件DELMIA系統為數字化三維設計平臺，根據業務需求進行DELMIA的定制開發，解決與DCE平臺集成的關鍵技術，建立適應企業特點的三維工藝設計平臺。三維工藝設計平臺包括如下主要模塊：工程數據集成模塊、工藝規劃模塊、工藝設計與仿真模塊、BOM管理模塊、工藝指令發布模塊和工藝知識管理模塊，其功能邏輯關系如圖1所示。

圖1 三維工藝設計功能邏輯關系

02 MBD工程數據集結構化管理

在基于MBD的設計、制造一體化的工作模式下，產品設計環境需要與三維工藝設計環境高度集成。通過DCE平臺將關聯設計的零部件的MBD工程數據集以及被更改信息完整、系統地向制造環節傳遞。在三維工藝設計環境中能夠及時準確地獲取該工程數據集及工程更改并予以處理，在此基礎上開展工藝規劃、工藝設計與仿真工作，最終保證工程設計數據集與制造數據集的一致性、準確性和可追溯性。

03 在DCE平臺中頂層工藝規劃

(1)PBOM建立。

需要充分利用MBD工程數據集，以EBOM和三維數字樣機為基礎，進行頂層工藝規劃，根據生產單位制造能力、生產單元布局、工藝專業類型以及制造經濟性，構建工藝組合件，進行零件、組件和部件的工藝路線設計，形成PBOM。

(2)頂層MBOM建立。

在三維工藝設計環境下確定大部件對接要求和專業廠的職能分配、考慮協調要素、協調措施的可靠性，進行裝配單元劃分，將零組件、標準件的位置、種類和數量準確地配套到裝配單元。

04 三維工藝設計與仿真驗證

在頂層工藝規劃PBOM、頂層MBOM規劃的基礎之上，DELMIA系統作為工具級應用從DCE平臺下載并導入裝配件的EBOM/PBOM、MBD模型或輕量化模型，工裝模型或輕量化模型，進行頂層工藝規劃，頂層MBOM建立，裝配流程/加工過程設計，通過仿真驗證并優化裝配流程/加工過程形成三維指令(AO和FO)。

(1)裝配件工藝詳細設計。

裝配件工藝詳細設計是通過三維工藝設計與裝配仿真驗證工具進行參裝件的裝配順序、裝配操作、裝配路徑的詳細設計，建立參裝件、工裝資源和工藝過程的關聯，實現裝配過程的仿真，并依據仿真結果，迭代優化裝配工藝設計，完成三維AO指令的生成。

(2)零件制造工藝詳細設計。

零件制造工藝詳細設計是按照機加件、鈑金件、非金屬件和管路零件等類型，通過三維工藝設計與相應的零件加工仿真工具完成加工過程的仿真、迭代優化零件制造工藝設計，完成三維FO指令的生成。

(3)三維工藝知識庫。

整理和挖掘典型工藝數據，組織和構建典型工藝庫、典型工序庫、典型工步庫，形成工藝實例庫，同時構造工裝等基礎制造資源庫，與典型工藝知識關聯，最終形成工藝模板、典型實例和裝配資源相互關聯的工藝知識實例庫。工藝設計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，關聯制造資源，實現基于知識的快速工藝設計。工藝知識重用框架如圖2所示。

圖2 工藝知識重用框架

05 三維工藝指令的生成與管理

在三維數字化工藝設計平臺中，利用文字、仿真動畫、輕量化模型和圖片等多種數據格式編制三維工藝指令，通過三維數字化工藝設計平臺與DCE協同平臺的接口程序自動載入DCE協同平臺，在DCE中實現三維工藝指令流程的審簽發布、組織和管理。

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

圖3 三維裝配指令AO的生成與仿真流程

圖4 三維裝配指令AO指令

06 現場可視化生產

在三維工藝設計平臺DELMIA中完成仿真驗證后的三維AO/FO與其對應零組件的檢驗計劃以XML的格式輸出到DCE平臺中。在DCE平臺中完成三維AO/FO/檢驗計劃流程審簽定版。在DCE平臺中定版的三維AO，其配套清單中的零組件由DCE平臺自動解析為MBOM底層結構，并將定版的AO信息和解析后的MBOM底層結構發送至生產管控系統。三維AO/FO/檢驗計劃、頂層MBOM在DCE平臺巾定版后，通過DCE的自動打包程序發布至ERP。在ERP生產管控系統中，接收到三維AO/FO/檢驗計劃并解析生成完整的MBOM。在ERP生產管控系統中通過加入作業計劃信息后下發生產任務到現場的工控機或工作站上，工人在生產現場開始執行自己的工作，完成零組件配套出庫、開工和完工?，F場的數據采集及完工、檢驗刷卡等都在AO/FO流程卡記錄質量控制信息，其過程如圖5所示。

圖5 生產現場可視化

飛機研制采用MBD技術推進了飛機研制模式的創新，“三維工藝設計平臺+DCE平臺+ERP生產管控平臺”構成的集成化的綜合信息管理平臺是企業打通產品數字化制造的工具；“MBD模型+三維指令(AO/FO)+檢驗計劃”是企業產品設計、生產、質量控制等產品實現過程所依賴的機制創新。

構建三維工藝設計平臺，開展三維工藝設計，充分發揮了MBD技術的優勢，提升了工藝規劃和工藝設計的質量。三維工藝設計平臺與DCE平臺集成，DCE平臺與ERP現場管控平臺的集成打通了三維工藝設計和現場生產的“可視化”，引起了數字化制造技術的重大變革。這對于提高我國國防裝備的快速研制和生產能力，縮短產品研制周期，提高產品質量，降低制造成本都具有重要的現實意義。