基于MBD技術的航空發動機造數字化工藝實施應用

一、問題的提出

MBD是一種以三維模型數據為數據傳遞依據的全信息模型，來描述幾何形狀信息、產品制造信息（尺寸、公差、技術要求等）、屬性（設計屬性、制造屬性、分類屬性、編碼屬性等），使三維實體模型數據作為生產制造過程中的唯一依據，實現設計、工藝、制造、檢測等應用高度集成。這一項目的提出直接對現有設計、工藝系統的大變革，由于現行工藝中每道工序都需要配以圖形進行說明、標注等，需要工藝人員做大量的圖形繪制工作，如何將MBD模型體現在工藝規程上，并且進行工序內容的說明，尺寸的表達等這些都是開展MBD工藝過程中急需解決的問題。

二、系統解決方案

為了解決問題，公司立項開發了基于MBD三維工藝系統，根據三維工藝的特點與要求，基于NX和Teamcenter協同平臺，在CAX與IE的基礎上，通過開發形成的工藝設計系統，輔助工藝人員完成零件的三維工藝規程的設計。總體技術方案見圖1。

圖1 工藝系統總體技術方案

三、系統實施應用

1）設計數據瀏覽

工藝技術人員通過Teamcenter可視化瀏覽器查看MBD設計數據，或通過NX查看產品設計模型，通過旋轉、縮放、剖切、測量等功能查看模型信息，通過選擇PMI視圖可以查看在各視圖中標注的尺寸公差信息，進行制造BOM構建、流水分工、開始工藝設計。

2）工藝結構建立

在Teamcenter Manufacturing中建立工藝BOM，見圖2。每個零組件對應一個總工藝節點，在總工藝下建立零件所需要的工藝對象，比如毛坯工藝、機加工藝、數控工藝等，在工藝中建立工序，在工序下添加設備、工裝、輔料等物料對象。工藝與工廠結構中的車間（或分廠）關聯，工序與車間的工作中心（工位）關聯。

圖2 Teamcenter Manufacturing中的工藝BOM

3）工序模型建立

在Teamcenter的工藝、工序對象上創建NX 數據集，如圖3，進入NX中通過WAVE link功能關聯引用設計模型或其它工序模型，通過NX 同步建模功能對模型直接修改，比如增加加工余量、刪除加工孔、槽等，方便快捷地建立工序模型。

圖3 Teamcenter中的NX數據集

4）工序內容建立

在NX中通過PMI功能進行3D制造信息標注，比如尺寸公差要求、加工區域標識、操作說明、檢驗要求等，如圖4。需要展示內部細節時，可通過PMI剖視圖展示。復雜工序可根據表達需要增加標注視圖。對于熱工藝，表現形式可根據加工特點作相應調整，一般情況下形狀變化不多，尺寸公差信息較少，工藝參數較多。

圖4 NX中3D制造信息的標注

5）PDM系統的MBD工藝管理

使用定制好的工藝文件模板，從系統中提取產品、工藝、工序、工裝、設備等信息，添加到工藝文件中，生成的IE表達的工藝文件。圖5是基于Web在線作業指導說明書，通過IE或其它瀏覽器打開創建的作業指導說明書；實現三維瀏覽器瀏覽JT模型。同時在PDM協同平臺下提供設計、校對、審核、審定、標檢、歸檔、發放等工藝審批信息的記錄，支持圈閱信息的保存、對比、權限控制等；支持工序的會簽，滿足不同工序的差異化會簽需求。實現在PDM協同平臺下的MBD工藝流程管理。

圖5 基于Web在線作業指導說明書

四、系統收益分析

MBD作為新一代工藝編制方式，是未來技術的發展方向，從生產線測試總結來看，該系統從功能上滿足當前MBD需求：

1）新思路

由于設計所采用三維數據作為唯一數據源進行發圖，系統基于設計提供三維數據，3D工序模型建模以及PMI 建模表達；工藝信息在NX 系統一次表達，直接生成工藝文檔，表達可按需求3D或2D表達。

2）新方法、新工具

在三維模型直接使用HB5800-1999工具和加工序號自動標識功能，對于尺寸公差可以直接添加，量具、刃具等，工裝也可以在進行尺寸標識的時候填寫，系統自動生成工藝報表，節約了工藝編制時間。

3）協同

單一數據源MBD全信息模型協同構建，多部門提前介入，工程效益大大提高。

4）系統集成

系統與PDM系統無縫集成，工藝路線、工藝文件直接在TC系統管理，并且在TC系統審批流程。

五、系統展望

雖然該工藝編制系統是從功能上可以滿足工藝人員工藝文件的編制，但是該系統目前還只是個原形系統，還只是一些關鍵技術的應用探索與突破，距離型號工程化應用階段還需進一步研究完善和改進。