自1799年法國(guó)學(xué)者蒙日發(fā)表《畫(huà)法幾何》以來(lái),機(jī)械圖樣中的圖形開(kāi)始嚴(yán)格按照《畫(huà)法幾何》的投影理論繪制,工程師們一直使用二維平面工程視圖來(lái)表達(dá)產(chǎn)品并逐漸演變?yōu)榈谝淮ㄓ脴?biāo)準(zhǔn)工程語(yǔ)言,由于受到紙制二維工程圖表現(xiàn)力的限制,這種二維視圖表達(dá)方式浪費(fèi)了設(shè)計(jì)師/工程師大量的精力去定義和識(shí)別,很難避免出現(xiàn)歧義和偏差,使得繪制和判讀二維工程圖特別是復(fù)雜裝配圖成了需經(jīng)嚴(yán)格專業(yè)訓(xùn)練的高難度技術(shù)工作。絕大多數(shù)情況下只有在產(chǎn)品制造時(shí)才能發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)或識(shí)圖錯(cuò)誤所導(dǎo)致的問(wèn)題,嚴(yán)重拖延了研制進(jìn)度并導(dǎo)致成本大幅增加,特別是對(duì)于像飛機(jī)這樣高度復(fù)雜的產(chǎn)品,以前不得不花費(fèi)大量資金制造物理樣機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)和裝配協(xié)調(diào)。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的進(jìn)步,借助計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù),采用電子化二維方式表達(dá)越來(lái)越成為工程表達(dá)主要方式,但限于二維工程圖的表現(xiàn)力局限,手工繪制的二維工程圖中固有缺陷在電子化二維圖中依然存在,故其依然屬于第一代工程語(yǔ)言的范疇。
隨著數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造技術(shù)的發(fā)展,在飛機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域逐漸采用三維數(shù)字化實(shí)體設(shè)計(jì)加電子化二維投影工程圖的表達(dá)方法,大幅度提高了設(shè)計(jì)質(zhì)量,使得設(shè)計(jì)及制造技術(shù)人員可在有三維實(shí)體模型參考的情況下進(jìn)行二維工程圖判讀,工程技術(shù)人員可以非常直觀地進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)工作。三維數(shù)字化實(shí)體設(shè)計(jì)相對(duì)于第一代二維工程圖設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是革命性的進(jìn)步,屬于第二代工程語(yǔ)言,當(dāng)前大多數(shù)機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)都是屬于此類。隨著大型三維協(xié)同設(shè)計(jì)軟件以及基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)研究的進(jìn)步和成熟,在航空制造領(lǐng)域逐漸采用了基于全三維數(shù)字化模型的協(xié)同設(shè)計(jì)(即基于模型的設(shè)計(jì),簡(jiǎn)稱MBD)并逐步成為第三代工程語(yǔ)言。
MBD(Model Based Definition)是美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)及波音公司等經(jīng)過(guò)近10年的基礎(chǔ)研究并在波音787飛機(jī)上正式全面推行的新一代產(chǎn)品定義方法。在基于MBD技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,用一個(gè)集成的三維數(shù)字化實(shí)體模型完整地表達(dá)產(chǎn)品信息,即將制造信息和設(shè)計(jì)信息(三維尺寸標(biāo)注及各種制造信息和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息)共同定義到產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型中,同時(shí)融人知識(shí)工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)/制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等,從而取消二維工程圖,保證了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的唯一性。MBD不是簡(jiǎn)單的三維標(biāo)注+三維模型,它不僅描述產(chǎn)品幾何信息而且定義了三維產(chǎn)品幾何信息和非幾何的管理信息(產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品制造要求、BOM等),使用人員僅需一個(gè)數(shù)模即可獲取全部信息,減少了對(duì)其他信息系統(tǒng)的過(guò)度依賴。由于產(chǎn)品信息全部存在于三維模型中,上一代采用以三維數(shù)字化實(shí)體設(shè)計(jì)+二維電子工程圖為工程語(yǔ)言,原來(lái)適用于第一代和第二代工程設(shè)計(jì)的體系和流程已無(wú)法適用于采用MBD技術(shù)的第三代工程設(shè)計(jì),因此MBD對(duì)整個(gè)飛機(jī)的研制體系提出了需要重大變革的要求。
MBD在國(guó)內(nèi)飛機(jī)研制中的應(yīng)用現(xiàn)狀
我國(guó)飛機(jī)研制從仿制到自主研發(fā)經(jīng)過(guò)了數(shù)十年,飛機(jī)設(shè)計(jì)所采用的技術(shù)也從模線樣板、手繪二維工程圖逐步過(guò)渡到三維數(shù)字化設(shè)計(jì)直至目前在新機(jī)研制中采用的MBD技術(shù),不管是飛機(jī)工程設(shè)計(jì)還是工藝設(shè)計(jì)都有了較大進(jìn)步,但與波音等公司相比,我國(guó)飛機(jī)設(shè)計(jì)制造的技術(shù)能力在高度和廣度上都還存在一定的差距,尤其是在基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范上的差距更大。下文分別就MBD技術(shù)在我國(guó)飛機(jī)研制中的工程設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)兩個(gè)方面進(jìn)行探討。
1.MBD在國(guó)內(nèi)飛機(jī)工程設(shè)計(jì)上的應(yīng)用
我國(guó)最早涉及三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的型號(hào)是飛豹飛機(jī),一飛院曾經(jīng)完成了飛豹飛機(jī)的全機(jī)結(jié)構(gòu)數(shù)字化建模工作,但其數(shù)據(jù)來(lái)源于飛豹飛機(jī)原有的二維圖紙、模線樣板以及工裝等,實(shí)際上屬于逆向工程范疇,還不屬于真正意義上的數(shù)字化設(shè)計(jì),其工程表達(dá)及制造依據(jù)仍然是二維工程圖等紙質(zhì)技術(shù)資料。我國(guó)最早真正采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)是從ARJ21支線客機(jī)開(kāi)始的,該機(jī)采用的是三維數(shù)字化模型+二維工程圖+零組件明細(xì)表。三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的采用,大幅度提高了ARJ21飛機(jī)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)性,通過(guò)借助計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行干涉檢查、運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)仿真模擬等,極大地減少了結(jié)構(gòu)之間、結(jié)構(gòu)與系統(tǒng)之間以及系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的不協(xié)調(diào)因素,但ARJ21產(chǎn)品三維數(shù)字化模型中沒(méi)有定義零組件的制造屬性,這些屬性以及加工要求等全部在二維工程圖等技術(shù)文件上體現(xiàn),嚴(yán)格來(lái)說(shuō)依然不屬于MBD范疇。ARJ21客機(jī)采用的設(shè)計(jì)方法對(duì)于工程設(shè)計(jì)技術(shù)來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)革命性的進(jìn)步,而對(duì)于制造系統(tǒng)來(lái)說(shuō),除了工藝審查和裝配工藝設(shè)計(jì)等方面受益于三維數(shù)字化設(shè)計(jì)外,其他如數(shù)據(jù)管理、工藝設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)等與制造體系相關(guān)的領(lǐng)域并沒(méi)有因此受到?jīng)_擊,故在這種情況下,原有的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范以及數(shù)據(jù)管理體系依然可以繼續(xù)運(yùn)行。
近幾年隨著波音公司等在波音787飛機(jī)設(shè)計(jì)中全面采用MBD技術(shù)后,我國(guó)相關(guān)高校和研究所對(duì)MBD技術(shù)進(jìn)行了跟蹤并開(kāi)展了初步研究,通過(guò)對(duì)波音公司等在MBD方面相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的研究,相關(guān)單位制定了一系列MBD設(shè)計(jì)、管理等方面的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。在此基礎(chǔ)上,我國(guó)新一代大型運(yùn)輸機(jī)全面采用MBD的方法進(jìn)行全機(jī)三維數(shù)字化定義,飛機(jī)設(shè)計(jì)單位借助達(dá)索公司的VPM協(xié)同設(shè)計(jì)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了各專業(yè)并行設(shè)計(jì),同時(shí)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)領(lǐng)域的并行工程。采用MBD技術(shù)的飛機(jī)產(chǎn)品定義方法,徹底結(jié)束了二維工程圖的使用,大幅度減少了設(shè)計(jì)工作量,使得研制周期縮短了50%以上,在某大型運(yùn)輸機(jī)研制批的制造中發(fā)揮了重要作用。目前我國(guó)正在研制中的民用飛機(jī)如大型客機(jī)C919和大型水陸兩柄飛機(jī)TA600也采用了MBD技術(shù)進(jìn)行全機(jī)三維數(shù)字化定義。
2.MBD在國(guó)內(nèi)飛機(jī)制造工藝設(shè)計(jì)上的應(yīng)用
在相當(dāng)一段時(shí)間里,我國(guó)各主機(jī)廠大都是在對(duì)老型號(hào)進(jìn)行改進(jìn)改型,新型號(hào)非常少,原有型號(hào)大都是20世紀(jì)甚至是20世紀(jì)五六十年代的產(chǎn)品,其設(shè)計(jì)技術(shù)水平較低,基本上采用模線樣板、紙質(zhì)二維工程圖以及零組件明細(xì)表等進(jìn)行飛機(jī)產(chǎn)品的表達(dá)。由于產(chǎn)品圖紙和工裝圖紙數(shù)量非常龐大,制造單位的工藝設(shè)計(jì)人員要有很高的識(shí)圖能力和極大耐心才能較好進(jìn)行工藝審查、裝配工藝設(shè)計(jì)、工藝協(xié)調(diào)以及物料統(tǒng)計(jì)等工作,同時(shí)由于二維圖紙表現(xiàn)力的局限,再加上設(shè)計(jì)本身有很多不協(xié)調(diào)的地方,導(dǎo)致工藝設(shè)計(jì)等工作量非常大,耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng),很多產(chǎn)品、工裝以及工藝方面的不協(xié)調(diào)問(wèn)題只有到了實(shí)際制造時(shí)才被發(fā)現(xiàn),造成時(shí)間和資金上的極大浪費(fèi);工藝文件如裝配指令等全部為文字表達(dá),工人在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)既要仔細(xì)判讀二維工程圖,又要逐字理解裝配指令等文件,故現(xiàn)場(chǎng)使用體驗(yàn)很差,效率很低,最后導(dǎo)致普遍存在師傅干什么徒弟干什么的現(xiàn)象,很多人既不看圖紙也不看裝配指令,頻繁出現(xiàn)飛機(jī)設(shè)計(jì)及工藝更改被遺漏的情況,飛機(jī)裝配故障層出不窮。如某飛機(jī)艙門(mén)一處結(jié)構(gòu)有6個(gè)鉚釘,被飛機(jī)設(shè)計(jì)人員更改圖紙時(shí)漏掉,工藝人員沒(méi)有發(fā)現(xiàn),現(xiàn)場(chǎng)工人裝配時(shí)絕大多數(shù)都沒(méi)有看圖紙,有的繼續(xù)安裝,有的安裝5個(gè)或者4個(gè),極少數(shù)人發(fā)現(xiàn)了則沒(méi)有安裝,上述此類情況都是整批次出現(xiàn),涉及數(shù)十架飛機(jī),客戶對(duì)此非常不滿。
隨著ARJ21飛機(jī)等逐步采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì),特別是近幾年在最新型號(hào)上全面采用了MBD技術(shù)進(jìn)行飛機(jī)產(chǎn)品的定義,極大地降低了飛機(jī)工藝審查、工藝協(xié)調(diào)等工作的難度。工藝技術(shù)人員可以在三維數(shù)字化的環(huán)境下進(jìn)行飛機(jī)零組件的形狀、位置、施工空間等分析,同時(shí)可以借助三維仿真軟件進(jìn)行裝配過(guò)程、人機(jī)功效、廠房布局的仿真,預(yù)先發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品、工裝以及工藝設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題并提前解決,大幅度提高了工藝設(shè)計(jì)工作的效率和質(zhì)量并降低了成本。特別是以某大型運(yùn)輸機(jī)和C919為代表的型號(hào)全面采用MBD技術(shù)后,其產(chǎn)品采用標(biāo)準(zhǔn)化形式定義了設(shè)計(jì)信息和制造信息,使得制造工藝技術(shù)員無(wú)需翻閱大量二維工程圖紙等技術(shù)文件便可全面掌握所需產(chǎn)品的制造等信息。采用MBD技術(shù)的三維數(shù)字化模型體現(xiàn)出來(lái)的所見(jiàn)即所得的表現(xiàn)力和操作體驗(yàn)也極大地降低了一線工人的理解難度,特別是一些主機(jī)廠開(kāi)發(fā)了基于MBD技術(shù)的裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)并可發(fā)布三維可視化的裝配指令,如成飛開(kāi)發(fā)的三維CAPP系統(tǒng)和西飛在DELMIA基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的基于MBD的三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)等均實(shí)現(xiàn)了工藝設(shè)計(jì)過(guò)程的三維數(shù)字化和裝配指令的三維可視化(如圖1所示),改變了過(guò)去枯燥難懂的文字表達(dá)形式,使得工人從復(fù)雜的圖紙判讀中解放出來(lái),僅通過(guò)簡(jiǎn)單易懂的三維可視化裝配指令即可指導(dǎo)其裝配工作。隨著先進(jìn)制造設(shè)備如機(jī)器人自動(dòng)化制孔系統(tǒng)逐步應(yīng)用,先進(jìn)的編程軟件可以直接讀取采用MBD技術(shù)定義模型中的制造信息進(jìn)行數(shù)控編程,然后借助專業(yè)仿真軟件進(jìn)行數(shù)控程序的虛擬仿真和優(yōu)化,最終生成自動(dòng)化設(shè)備可以讀取的NC代碼,實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)自動(dòng)化裝配的離線編程,大大提高了工藝設(shè)計(jì)效率,因此MBD技術(shù)的實(shí)施也為普及自動(dòng)化裝配設(shè)備打下了必要基礎(chǔ)。
圖1 三維可視化裝配指令
MBD在國(guó)內(nèi)飛機(jī)研制中的問(wèn)題探討
目前MBD技術(shù)在我國(guó)個(gè)別最新型號(hào)研制中進(jìn)行了初步應(yīng)用,在縮短研制周期、提高裝配效率和質(zhì)量方面取得了明顯效果。但在型號(hào)的實(shí)際制造中發(fā)現(xiàn)了很多技術(shù)、管理等方面問(wèn)題,有些問(wèn)題甚至導(dǎo)致了較嚴(yán)重后果。針對(duì)這些問(wèn)題,需要進(jìn)一步開(kāi)展更深入和廣泛的研究加以改進(jìn)。
1.MBD技術(shù)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系問(wèn)題
最早提出MBD思想的是波音公司,但其真正實(shí)施MBD技術(shù)卻經(jīng)歷了十幾年的時(shí)間。在美國(guó)機(jī)械工程師協(xié)會(huì)及波音公司等經(jīng)過(guò)近10年的基礎(chǔ)研究并發(fā)布了ASME Y14.41-2003和BDS系列等與MBD相關(guān)的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)后,波音公司才在波音787上全面實(shí)施MBD技術(shù)。MBD技術(shù)的實(shí)施不是一蹴而就的,需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的基礎(chǔ)研究,包括飛機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范、制造商的制造技術(shù)管理體系和信息化水平、飛機(jī)自動(dòng)化制造裝備的技術(shù)要求等。MBD技術(shù)的實(shí)施必須要對(duì)相應(yīng)基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范進(jìn)行全面、細(xì)致的前期研究,制定統(tǒng)一的基于MBD的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系,并在此基礎(chǔ)上制定相互協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)技術(shù)、工藝技術(shù)和生產(chǎn)等管理體系,同時(shí)整合產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)管理以及生產(chǎn)管控等系統(tǒng)(如圖2所示)。以ARJ21客機(jī)為代表的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)是對(duì)設(shè)計(jì)技術(shù)和二維工程設(shè)計(jì)技術(shù)的革命,也是新的生產(chǎn)力對(duì)舊生產(chǎn)力的革命,整個(gè)飛機(jī)研制體系內(nèi)的相關(guān)方也都是受益者,其實(shí)施過(guò)程幾乎沒(méi)有阻力。MBD技術(shù)則對(duì)整個(gè)研發(fā)體系提出了變革要求,它推動(dòng)整個(gè)研發(fā)體系的進(jìn)步,但是這個(gè)體系中的很多部門(mén)和流程必須進(jìn)行改革才能適應(yīng)MBD技術(shù)發(fā)展要求,有很多部門(mén)和人員要做出利益上的妥協(xié)甚至犧牲,故全面實(shí)施MBD技術(shù)將會(huì)面對(duì)一定阻力。要真正發(fā)揮MBD技術(shù)作用,必須研究制定一系列與之相適應(yīng)的設(shè)計(jì)、制造規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)并形成完整合理的基于MBD技術(shù)研發(fā)體系。然而在已經(jīng)實(shí)施了MBD技術(shù)的型號(hào)中,設(shè)計(jì)部門(mén)制定與MBD相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)極少甚至沒(méi)有吸收制造部門(mén)的要求,設(shè)計(jì)和制造部門(mén)也沒(méi)有像波音那樣提前多年進(jìn)行基礎(chǔ)性研究和實(shí)踐。制造部門(mén)對(duì)MBD技術(shù)不了解,在型號(hào)設(shè)計(jì)決定采用MBD技術(shù)后才開(kāi)始相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定,雖然參考了波音等公司和機(jī)構(gòu)的技術(shù)經(jīng)驗(yàn),但由于沒(méi)有對(duì)其技術(shù)背景和制造體系進(jìn)行深入研究和前期準(zhǔn)備,導(dǎo)致制造部門(mén)在飛機(jī)開(kāi)始設(shè)計(jì)后才開(kāi)始進(jìn)行相關(guān)數(shù)字化技術(shù)管理體系建設(shè),包括飛機(jī)研制協(xié)同平臺(tái)及生產(chǎn)管控系統(tǒng)等開(kāi)發(fā)、工藝標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的編制等。由于設(shè)計(jì)與制造部門(mén)缺乏緊密協(xié)同特別是缺乏基層技術(shù)人員參與,使得開(kāi)發(fā)相關(guān)系統(tǒng)的使用體驗(yàn)很差,基層工藝等技術(shù)人員在使用過(guò)程中浪費(fèi)大量時(shí)間,比如數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中很多可以由系統(tǒng)自動(dòng)完成數(shù)據(jù)的提取、填寫(xiě)和管理,卻需要使用人員手動(dòng)進(jìn)行操作,這些功能本該在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)前就通過(guò)相關(guān)規(guī)范來(lái)約束。缺乏緊密的部門(mén)整體協(xié)調(diào)結(jié)果就是各部門(mén)各系統(tǒng)之間無(wú)法有效銜接,扯皮嚴(yán)重,導(dǎo)致生產(chǎn)數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)不符,有時(shí)差距很大,沒(méi)有很好地體現(xiàn)數(shù)字化體系應(yīng)有的作用。波音公司在實(shí)施MBD技術(shù)工程中遇到了很多阻力不同,我國(guó)在某型號(hào)實(shí)施MBD技術(shù)的過(guò)程中并未遇到過(guò)多阻力,但這不是現(xiàn)有的研發(fā)系統(tǒng)更加先進(jìn),相反是相關(guān)單位沒(méi)有去改變現(xiàn)有體系去適應(yīng)MBD技術(shù)要求,而是基本上維持現(xiàn)狀。
圖2 基于MBD的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和流程
設(shè)計(jì)部門(mén)雖制定了一系列標(biāo)準(zhǔn),但是設(shè)計(jì)人員并沒(méi)有嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求貫徹執(zhí)行,采用MBD描述的產(chǎn)品信息和制造信息格式不統(tǒng)一,數(shù)據(jù)遺漏、錯(cuò)誤現(xiàn)象很多,標(biāo)準(zhǔn)化審查不嚴(yán),流于形式,致使不規(guī)范的MBD產(chǎn)品數(shù)據(jù)發(fā)放到制造部門(mén),同時(shí)產(chǎn)品設(shè)計(jì)特別是標(biāo)準(zhǔn)件大量存在只定義一側(cè)而另一側(cè)僅進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)稱說(shuō)明的錯(cuò)誤做法,最終導(dǎo)致制造部門(mén)產(chǎn)生很多數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等方面偏差。例如某飛機(jī)設(shè)計(jì)部門(mén)統(tǒng)計(jì)的全機(jī)標(biāo)準(zhǔn)件數(shù)量為60萬(wàn)件左右,而其中一個(gè)制造商統(tǒng)計(jì)出來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)件竟高達(dá)上百萬(wàn)件,如此大的偏差進(jìn)一步證明了產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)和制造數(shù)據(jù)在管理方面存在的問(wèn)題較為嚴(yán)重。
2.飛機(jī)研制體制問(wèn)題
事實(shí)上,研發(fā)體制問(wèn)題在國(guó)內(nèi)已經(jīng)討論很多年,但由于我國(guó)航空工業(yè)一直以研制生產(chǎn)軍用飛機(jī)為主,依然是由國(guó)家下達(dá)研制任務(wù)然后各設(shè)計(jì)、制造單位分工進(jìn)行實(shí)施的計(jì)劃經(jīng)濟(jì),在這種情況下企業(yè)缺乏來(lái)自市場(chǎng)的壓力進(jìn)行體制改革。實(shí)際上這種發(fā)源于原蘇聯(lián)的體制已經(jīng)不適應(yīng)現(xiàn)代企業(yè)制度的發(fā)展要求,甚至于俄羅斯都已開(kāi)始拋棄這種體制,例如成立的蘇霍伊航空軍工聯(lián)合體就將設(shè)計(jì)和制造、軍機(jī)和民機(jī)進(jìn)行了整合。
飛機(jī)設(shè)計(jì)本身包括功能設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì),功能設(shè)計(jì)保證技術(shù)成功,而后者則是保證造得出、造得起、買得起,兩者本是協(xié)調(diào)統(tǒng)一的整體,然而我國(guó)這種設(shè)計(jì)和制造分離的體制導(dǎo)致了設(shè)計(jì)與制造在行政和利益上的分離,致使兩者在技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系上難以真正融合統(tǒng)一。MBD技術(shù)在實(shí)施過(guò)程中,其標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范是整個(gè)MBD技術(shù)的核心內(nèi)容,由于采用MBD設(shè)計(jì)的產(chǎn)品既要涵蓋設(shè)計(jì)信息又要表達(dá)制造信息,同時(shí)還要將設(shè)計(jì)和制造知識(shí)融人其中,因此MBD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范不僅僅是設(shè)計(jì)部門(mén)的責(zé)任和權(quán)力,制造部門(mén)也必須深度融人其中。但是對(duì)已經(jīng)實(shí)施了的MBD標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,在其制定過(guò)程中制造部門(mén)的話語(yǔ)權(quán)微乎其微,即便是參與也只是協(xié)助角色,因此我國(guó)現(xiàn)在的MBD標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范在一定程度上反映出來(lái)的還是上一代的設(shè)計(jì)思想,即新技術(shù)舊思路。MBD是實(shí)施并行工程的最佳工程語(yǔ)言和技術(shù)載體,但設(shè)計(jì)與制造分體制下制定的MBD標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范難以實(shí)現(xiàn)制造與設(shè)計(jì)思想的融合,因而很難實(shí)現(xiàn)功能設(shè)計(jì)與工藝設(shè)計(jì)的統(tǒng)一和實(shí)施真正的并行工程。在軍機(jī)研制過(guò)程中也許原有的設(shè)計(jì)與制造分離的體制依然可以存續(xù),但是對(duì)于競(jìng)爭(zhēng)非常激烈、市場(chǎng)反應(yīng)要求敏銳的民機(jī)特別是通用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)來(lái)說(shuō),設(shè)計(jì)與制造分離的體制是沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力的。波音公司、塞斯納公司以及西銳公司等都是設(shè)計(jì)制造一體化,這種體制下設(shè)計(jì)必然對(duì)工藝方法等直接影響成本的因素予以高度重視,進(jìn)而及時(shí)改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)以參與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)并占有一席之地。
3.飛機(jī)設(shè)計(jì)及制造信息化技術(shù)的問(wèn)題
MBD的設(shè)計(jì)方法,集成了大量設(shè)計(jì)信息和制造信息,對(duì)于大型飛機(jī)來(lái)說(shuō),整個(gè)飛機(jī)產(chǎn)品在MBD數(shù)模中包含龐大的數(shù)據(jù)量,然而在最先采用MBD技術(shù)的某運(yùn)輸機(jī)設(shè)計(jì)中,零組件的MBD信息幾乎全部是手工創(chuàng)建和填寫(xiě),比如在用點(diǎn)線等元素表達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)件模型設(shè)計(jì)中,不同的設(shè)計(jì)人員有不同的建模方法和喜好,導(dǎo)致模型很不標(biāo)準(zhǔn)。事實(shí)上,產(chǎn)品MBD數(shù)據(jù)的信息是所有下游制造系統(tǒng)的最重要的數(shù)據(jù)源和唯一的協(xié)調(diào)依據(jù),產(chǎn)品數(shù)據(jù)不標(biāo)準(zhǔn)將導(dǎo)致制造數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的混亂,即便數(shù)據(jù)管理人員耗費(fèi)大量精力進(jìn)行數(shù)據(jù)的修改和校對(duì),在面對(duì)大量的數(shù)據(jù)時(shí)也無(wú)法從根本上保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和完整性。因此采用MBD技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì),必須要開(kāi)發(fā)專用的MBD設(shè)計(jì)加速工具集,且這些輔助工具要集成包含設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的數(shù)據(jù)庫(kù),特別是要集成制造知識(shí),比如現(xiàn)在MBD表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)件只是給出牌號(hào)規(guī)格,但要明確其對(duì)應(yīng)的孔徑大小、公差要求和制孔方法,仍然需要查詢其他的技術(shù)條件和工藝規(guī)范,如果將此類數(shù)據(jù)作為標(biāo)準(zhǔn)化的知識(shí)集成到設(shè)計(jì)工具集中,必然會(huì)保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)信息的規(guī)范、準(zhǔn)確和完整,同時(shí)也大大減少設(shè)計(jì)人員和工藝設(shè)計(jì)人員的工作量并提高效率,見(jiàn)圖3。對(duì)于要發(fā)放的數(shù)據(jù)也必須借助標(biāo)準(zhǔn)化程序?qū)υO(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化檢測(cè),保證發(fā)送到制造部門(mén)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,事實(shí)上前文討論設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)化存在的問(wèn)題也是與設(shè)計(jì)部門(mén)缺乏先進(jìn)的軟件工具有很大關(guān)系。
圖3 緊固件設(shè)計(jì)工具
制造部門(mén)其實(shí)也面對(duì)與設(shè)計(jì)類似的困難,實(shí)際上制造部門(mén)的數(shù)據(jù)管理比設(shè)計(jì)部門(mén)更加復(fù)雜,因?yàn)橹圃觳块T(mén)不但要管理設(shè)計(jì)發(fā)出的EBOM及其更改數(shù)據(jù),還要管理在EBOM數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上產(chǎn)生的PBOM、MBOM及其更改數(shù)據(jù)等,故制造部門(mén)的數(shù)據(jù)更為龐大。裝配工藝設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在依然還是依靠數(shù)數(shù)的原始方法進(jìn)行裝配指令的編制和物流信息的統(tǒng)計(jì),出錯(cuò)幾率很大,在這種情況下如果MBD產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)也存在錯(cuò)誤,就很容易造成物料缺失或浪費(fèi)問(wèn)題。故在保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、完整、準(zhǔn)確的前提下,制造部門(mén)也必須借助先進(jìn)的軟件工具進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)管理,如圖4所示,特別是把已有的可以標(biāo)準(zhǔn)化的工藝知識(shí)庫(kù)集成到工藝設(shè)計(jì)工具中,必將大幅度提高工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。
圖4 采用DELMIA軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件的劃分
當(dāng)前設(shè)計(jì)、工藝技術(shù)人員能方便地借助工作站等對(duì)產(chǎn)品MBD數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢,而現(xiàn)場(chǎng)施工的操作人員對(duì)電腦等信息終端的需求則更加迫切。各大主機(jī)廠普遍存在一線較少配置電腦甚至不配置的現(xiàn)象,特別是禁止使用便攜式計(jì)算機(jī),由此導(dǎo)致負(fù)責(zé)大部件裝配的工人不得不頻繁上下飛機(jī)部件參閱飛機(jī)數(shù)模,這對(duì)生產(chǎn)效率有著極大損害,與所提倡的精益制造背道而馳,這些不必要的動(dòng)作造成的損失遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于購(gòu)買電腦等產(chǎn)品所花費(fèi)的資金。實(shí)際上在滿足保密等工作的基礎(chǔ)上,配備足夠數(shù)量的便攜式計(jì)算機(jī)并加強(qiáng)管理是沒(méi)有技術(shù)難度的,如圖5所示。
圖5 基于平板電腦的三維裝配指令
結(jié)束語(yǔ)
MBD技術(shù)不但是設(shè)計(jì)技術(shù)的革命,也是設(shè)計(jì)制造體系的革命,其產(chǎn)品信息和制造信息集成的特點(diǎn)對(duì)設(shè)計(jì)與制造體系提出了明確改革方向,也對(duì)設(shè)計(jì)與制造的融合提出了非常緊迫的要求,以波音公司為代表的先進(jìn)航空制造企業(yè)在MBD技術(shù)及其體系建設(shè)中已走在世界最前沿,我國(guó)要在航空特別是民用航空領(lǐng)域迎頭趕上,必須在基礎(chǔ)技術(shù)方面加大研發(fā)力度,在研發(fā)體制方面加快改革步伐。
核心關(guān)注:拓步ERP系統(tǒng)平臺(tái)是覆蓋了眾多的業(yè)務(wù)領(lǐng)域、行業(yè)應(yīng)用,蘊(yùn)涵了豐富的ERP管理思想,集成了ERP軟件業(yè)務(wù)管理理念,功能涉及供應(yīng)鏈、成本、制造、CRM、HR等眾多業(yè)務(wù)領(lǐng)域的管理,全面涵蓋了企業(yè)關(guān)注ERP管理系統(tǒng)的核心領(lǐng)域,是眾多中小企業(yè)信息化建設(shè)首選的ERP管理軟件信賴品牌。
轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處:拓步ERP資訊網(wǎng)http://www.ezxoed.cn/
本文標(biāo)題:MBD在國(guó)內(nèi)飛機(jī)研制中的應(yīng)用現(xiàn)狀與問(wèn)題探討
本文網(wǎng)址:http://www.ezxoed.cn/html/solutions/14019319005.html