基于模型定义的飞机全三维设计实现技术

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1、基于模型定义的飞机全三维设计实现技术AircraftFullThree-DimensionalDesignImplementationTechnologyBasedonMBD北京航空航天大学机械工程及自动化学院梅中义杨涛梅中义北京航空航天大学机械工程及自动化学院副教授．博士．毕业于北京航空航天大学航空宇航制造工程专业，主要从事飞机数字化装配与测量技术，飞机数字化设计与制造技术等方面的研究与开发工作。纵观全球飞机研制，随着信息技术和计算机技术的快速发展，国际最新的在研飞机普遍采用全三维设计技术，彻底取消二维图纸，所

2、有零部件的三维设计作为唯一权威性的数据集，供用户的所有后续环节使用。采用全三维数字化设计方法，通过在线关联设计和并行产品定义，不仅能26航空制造技术·2013年第8期全三维设计技术的主导思想不只是简单地将二维图纸的信息反映到三维数模中，而是充分利用三维模型所具备的表现力，去探索便于用户理解且更具效率的设计信息表达方式。提高协同效率，而且能摒弃传统设计方法中大量二维图纸，提高了飞机协同设计效率，推动了飞机制造业的数字化变革。采用三维实体数字化模型进行预装配，能最大程度地减少设计错误，提高设计质量，结合设计信息和制造

3、信息，进一步缩短飞机研制周期。波音公司在梦幻客机787的研制过程中，要求全球合作伙伴采用基于模型定义(ModelBasedDefinition，MBD)作为整个飞机产品制造过程中的唯一依据，即在虚拟环境中设计、构建和测试787飞机生产前的数字化制造工艺，通过生产现场的网络终端传递制造数据，实现波音787全三维研制，并最终取得了成功[1】。现阶段，国内各航空企业也正在实施和应用MBD技术，本文将结合飞机结构的设计特点，介绍实现飞机全三维设计的技术方法，包括：全三维设计开发环境、基于MBD的全三维设计规范、关联设计驱

4、动的协同设计方法、全三维设计数据组织与管理、全三维工程注释信息的组织与管理、三维设计模型的轻量化应用、三维标准件库的建立和使用等。全三维设计技术概念全三维设计技术在波音公司787的研制中被广泛应用，国内航空工业全三维设计技术也是从波音的转包生产中得到学习、启发、借鉴和应用。通俗来讲，全三维设计就是在建立三维模型时，不仅要包含精确的产品几何模型，还需要包含表示产品尺寸、公差、基准等非几何信息，以满足下游工艺设计和检验设计的要求，替代原二维图样的功能，从而实现取消二维图纸的功能【2】。全三维设计过程中全部采用三维模型

5、，其典型特征便是基于模型的定义技术(ModelBasedDefinition)。MBD概念源于美国机械工程师协会于1997年在波音公司的协助下制定的标准研究和制定工作，并于2003年正式成为美国国家标准“Y14．41DIGITALPRODUCTDEFINITIONDATAPRACTICES”(数字化产品定义数据的实施)【3】。波音公司在本标准的基础上，做了进一步研究，制定了公司的基于模型定义MBD技术应用规范BDS一600系列。该技术将三维制造信息PMI与三维设计信息共同定义到产品三维数字化模型中，使CAD和CA

6、M等实现真正高度集成，数字化技术的应用有了新的跨越式发展，可不再使用二维图纸。图1为波音全三维零件设计实例。从设计制造技术的发展来看，三维模型取代二维图纸是大势所趋，但对于如何用三维模型涵盖所有设计制造信息，近几年国内航空厂所虽然从波音生产转包中学习和借鉴了一些全三维设计的理念和方法，并在国内某些型号的研制过程中进行了尝试和使用，但是相比波音、空客等国际领先航空制造公司，国内的全三维设计技术还不够成熟，面I临着设计规范不统一、协同设计系统不完善等问题。全三维设计实现技术全三维设计技术的主导思想不只是简单地将二维图

7、纸的信息反映到三维数模中，而是充分利用三维模型所具备的表现力，去探索便于用户理解且更具效率的设计信息表达方式。采用全三维模型的设计方式将打破传统的二维图纸为主的设计理念，由此也带来一系列设计模式的变革。全三维设计技术的实现主要包括以下几个方面：全三维设计开发环境、基于MBD的全三维设计规范、关联设计驱动的协同设计方法、全三维设计数据组织与管理、全三维工程注释信息的管理、三维设计模型的轻量化应用、三维标准件库的建立和使用等。1全三维设计开发环境全三维设计主要采用三维CAD设计系统来实现三维模型的设计和更改。目前，国

8、内外的主流三维设计礴墨田口—叵臣墨蜀昌定瑟墨——量舅鋈融一并螬蝴^译文件●曩橇蟊I^工^膏口眦软件主要有：CATIA、UG、Pro／E等。由于CATIA具有强大的曲面功能以及友好的建模环境一直被航空厂所追捧，成为飞机制造领域占统治地位的CAD软件。在CATIA中包含产品几何信息和非几何信息的集成模型，以规范树和设计模型的形式在界面中显示，其中产品的尺寸和公差信息直接在几何