飞机全三维数字化建模技术.pdf

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1、Full3DDigitizedModelingTechnologyofAircraft中航通飞研究院有限公司王咏梅田宪伟王咏梅中航通飞研究院标准化研究室主任。研究员。现从事标准、材料、构型管理研究工作。曾参与直一15、直一9系列、运12系列飞机等多个型号的研制工作。并获中航工业集团科技进步二等奖、立功等个人奖项。目前。参与蛟龙600、领航150、海鸥300等飞机型号的研制工作。32航空制造技术·2013年第21期本文简要概述了数字化建模的发展阶段，总结了当今主要的数字化建模方法，阐述了MBD模式下关联设计建模、机加和钣金参数化建模、标准件建模的主要技术。纵观全球飞机研制，数字化技术已成为各

2、大飞机公司提升企业研发效能、优化企业研制流程、提高企业创新能力的有效工具。数字化建模技术的应用正迅速改变着传统制造业的工作模式，数字化建模技术的发展经历了从手工绘图到二维CAD的应用，再到二维+三维设计模式，一直到现在的全三维建模技术MBD3个发展历程，实现了从平面投影技术到全三维实体模型数字样机以及完整数字化产品定义的转变。产品数字化建模意味着整个产品生命周期中，产品不同阶段的信息可以数字化展示、处理和交换。数字化建模技术在产品的设计制造中占有极其重要的地位，是产品开发的重要手段，随着三维CAD设计软件的普遍使用，数字化建模技术已逐渐成熟完善，但随着MBD技术在飞机研制中的应用，产品数字

3、化建模技术的内涵在不断地丰富和扩展。一个完整的数据模型是所有几何信息和非几何制造信息的集合体，它包含了3个基本因素：第一个是产品生命周期的不同阶段属性信息和特征的集成；第二个是产品属性信息及形状、特征、尺寸、公差能够数字化表达、处理和转换；第三个因素就是集成化的模型应该在分布式环境下管理，便于协同设计，三维实体模型能够作为生产制造过程中的唯一依据。MBD技术促使CAD／CAM与PDM／PLM的结合越来越紧密，产品的数字化建模技术的概念也扩展为3个层次：最低层是产品数字化模型数据，中间层是产品模型数据的数字化转换，最顶层是产品数据管理系统。MBD技术的应用不仅仅是在产品设计中建立数字模型，而

4、是要建立一个面向产品PLM协同研制的基于MBD模型的数字化技术体系，建立基于MBD模型的单一产品数据源的分布式、动态协同工作环境，用于支撑整个供应链的相关设计、制造单位(部门)的高效协同工作，确保产品研制数据的一致性、有效性、安全性、完整性和可追溯性⋯。数字化建模的发展历程产品数字化建模技术源于几何图形化建模技术，20世纪50年代至今，几何建模技术经历了线框造型、曲面造型、实体造型3个阶段。线框造型与曲面造型因其自身的缺点无法满足工程需要，随着计算机技术的不断进步，很快被实体造型取代。实体造型是20世纪70年代开始发展起来的一门新的造型技术，比曲面造型增加了三维体的实心部分的表达．得到了三

5、维形体的无二义性描述，能够在一个完整的几何模型上实现零件的质量计算、有限元分析、数控加工和消隐渲染图的生成。20世纪90年代，美国PTC公司在实体造型的基础上引入参数化特征造型技术，将几何建模技术推到一个新阶段。目前，主流cAD软件均采用参数化特征造型作为主要的几何建模手段[2】。参数化特征建模多局限于零件建模本身，对于具有复杂装配结构的产品，零件间的参数化很难驱动，法国达索公司在参数化建模原理上引入关联设计技术，开发出与CATIA无缝集成的VPM(VirtualProductManagement)产品数据管理系统．在全三维设计过程中，通过建立模型之间的相互依赖关系，从而实现飞机研制中上下

6、游专业设计输入与设计输出之间的影响、控制和约束关系。此阶段虽然实现了三维的关联设计，但在建模过程的最后仍然要从三维模型投影生成二维工程图，存在巨大的工时浪费和更改管理困难。在2l世纪初，美国机械工程师协会在波音公司的协助下开始有关MBD标准的研究和制定工作，并于2003年使之成为美国国家标准(ASMEY14．41—2003)，随后CAD软件公司把此标准设计到工程软件中。波音公司在经过737一NX型号中初步应用MBD技术后，2004年开始在787客机的设计和制造中全面应用MBD技术，并通过开发系列化建模工具．将参数化与知识工程融合．将全三维数字化建模技术推向更高的应用程度，彻底摆脱二维工程图

7、纸，真正的实现了向三维数字化设计制造一体化转变。CATlA环境下数字化建模的方法CATIA以其先进的混合建模技术、在整个产品周期内的方便的修改能力、所有模块的相关性和并行的设计环境使得它能支持从概念设计到产品实现的全过程，它也是世界上第一个实现产品数字样机开发的软件，是全球航空业界普遍使用的一个集成产品开发环境。飞机自身特点决定了其在产品设计上具有产品结构复杂、零部件数量庞大、材料种类繁多、产品制造上具有工艺专业种类多等