航天产品数字化研制中三维模型轻量化技术途径研究

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1、航天产品数字化研制中三维模型轻量化技术途径研究　　摘要：数字化设计制造技术已经成为制造企业不可或缺的重要支柱，也促使产品的设计制造模式发生根本变化，带有PMI的三维模型正取代二维图纸成为全新的产品信息载体，成为设计、工艺及生产阶段的依据，但一些产品的三维模型由于复杂或数模过大导致浏览困难。该文从航天产品数字化研制流程出发，分析了各环节对三维模型轻量化的需求，结合典型产品特点，提出了三维模型具体应用途径和三维模型转化技术途径，并综合分析了三维模型轻量化的一些关键问题，最后介绍了三维模型轻量化在航天产品数字化研制中的具体

2、应用。　　关键词：航天产品数字化研制三维模型轻量化实施途径　　中图分类号：V46文献标识码：A文章编号：1674-098X（2016）12（a）-0008-04　　数字化设计制造技术的应用使传统设计和制造流程发生了革命性的变革，也是当今先进制造技术的发展方向。以波音、空客、洛马等知名的企业为代表，通过数字化设计制造手段实现了产品质量、协同效率、研制能力大幅度提高[1-6]。产品设计制造模式正从根本上发生变化，以往的二维图纸为主要信息载体，辅以三维模型的产品定义技术，正被以三维实体模型为唯一数据源这种全新的产品定义技术

3、MBD（ModelBasedDefinition）所取代。以波音787为代表的新型客机研制，正是直接以带有产品制造信息PMI（ProductManufacturingInformation）的三维模型作为制造依据，实现了产品设计、工艺设计、工装设计、零件加工、装配与检测的高度信息集成、协同和融合，开创了飞机三维数字化设计制造的崭新模式，从而大幅度提高了产品研制能力，确保了波音787客机的研制周期和质量。　　近年来，在航天产品研制过程中正在尝试三维设计制造技术的应用探索[7，10]，设计单位将产品三维设计模型直接传递给

4、下游制造单位（简称“三维下厂”），陆续有新研型号开始三维下厂制造。这种以三维模型为核心的信息传递、工艺设计及制造模式与传统的以产品二维图纸为核心的模式相比，具有很多技术优势，但同时无论在技术上还是在管理上均有很大不同。其中，带有PMI的产品三维模型成为设计、工艺及生产阶段的标准，但一些复杂三维模型文件大小动辄上百MB甚至几GB，这些模型的显示、浏览和使用越来越困难，单纯地通过提高计算机终端配置已不能从根本上解决问题。　　鉴于此，该文从航天产品数字化研制流程出发，分析了各环节对三维模型轻量化的需求，结合典型产品特点，提

5、出了三维模型具体应用途径和三维模型转化技术途径，并综合分析了三维模型轻量化的一些关键问题，最后介绍了三维模型轻量化在航天产品数字化研制中的具体应用。　　1航天产品数字化研制中三维模型轻量化需求分析　　由三维CAD软件创建的产品模型，是产品的精确模型，不仅包含产品的参数化几何外形，还包含造型过程及参数、平面草图及约束等，结构复杂且数据量大。当浏览复杂产品的CAD源模型时，计算机常出现显示困难现象，三维模型“轻量化”成为解决这一问题的有效方法。　　三维模型“轻量化”有两种形式[11]，一种可为后续各个阶段所使用，如仿真分

6、析、工序模型等；另一种是浏览产品PMI信息用。前者只关注几何实体本身及其应用，如STEP、IGES、JT等，其附加PMI信息则被轻量化掉，该技术较为成熟；后者则仅保留几何轮廓、视图，但确保PMI信息与原模型一致，以最大限度满足浏览三维模型获取原始模型PMI信息的需要，该技术难度较大，尽管需求迫切但发展较为滞后。该文提到三维模型轻量化主要指后者。　　目前，基于三维模型的航天产品数字化研制流程可分为三维设计、三维发放与接收、三维工艺设计、三维生产加工检验、三维装配集成、三维试验检测、产品交付等环节。其中，一些环节的业务内

7、容及对三维轻量化模型的具体需求如下。　　产品三维设计：设计人员利用CAD软件（ProE/CATIA）创建产品的三维模型，并在三维模型上标注尺寸、公差、粗糙度、基准面等技术，为三维模型表达需要创建必要的视图、剖视图。（需精确模型）　　设计工艺协同与会签：在产品的设计过程中，工艺人员提前介入，提出产品工艺可制造性方面的建议，参与产品设计。此外，产品设计完成后确定基线版本，相关工艺人员通过可视化协同环境进行工艺会签。（需轻量化模型）　　三维模型发布接收：由档案部门确认设计模型状态，并导入三维工艺系统。后续如果技术状态发生变

8、化，需对三维模型更新，并确保版本一致。（需精确模型和轻量化模型）　　三维工艺设计：工艺人员在三维工艺系统中相应产品节点下完成三维工艺和工装的设计。工艺人员利用三维数字模型，创建工序模型，包含必要的定位、加紧、尺寸、工序描述等，工序模型视图可嵌入在各信息系统中进行浏览。（需精确模型和轻量化模型）　　作业计划编制：型号调度在生产管理系统中查阅三维工