浅谈航空产品数字化检测中MBD检验模型的应用论文

浅谈航空产品数字化检测中MBD检验模型的应用论文

　　1、引言

　　随着 CAD/CAM 的高速发展，飞机研制已由传统的按蓝图设计制造方式转变为基于 MBD( ModelBased Definition—基于模型的产品数字化定义) 的数字化研制方式，实现了飞机设计制造过程的全数字化，大大提高了飞机研制效率和质量，缩短了产品研制周期［1］。基于 MBD 研制模式下的检验检测还比较落后，目前国内各大飞机主机制造厂均通过编制纸质检验计划指导检验人员验收产品，检验计划编制方法通常采用“检验计划草图 + 检验计划表格”的方式，打印后作为现场检验人员验收零件的依据。这种检验方式显然很难适应以三维综合化模型为核心的数字化研制流程和控制模式。此检验方式采用传统的图纸表达，只是将以往的设计图纸转变成以设计数模为依据绘制的检验草图，并未真正实现基于 MBD 的设计制造检测一体化，难以实现无纸化操作。该方式编制的检验计划大部分检验特性均在普通的投影视图上表达，表达不直观，易产生二义性且识图效率低，存在表达不准确隐患。

　　根据国内航空制造业现状，提出基于 MBD 的检验模型构建与应用方面的探索与研究，检验模型可以取代蓝图，甚至逐渐代替检验计划，成为数字化检测过程的重要信息载体乃至验收的唯一依据。

　　2、检验模型的结构

　　基于 MBD 的零件检验模型是现场检验人员验收零件的唯一依据，必须包含零件的所有检测信息，包括零件特征要素的几何信息，尺寸与公差、视图/捕获等标注信息，工艺要求、标准注释、材料说明等属性信息。以机加框类零件为例，检验模型结构见图 1。

　　图 1 检测模型结构

　　2. 1、几何信息定义

　　零件检验模型的几何信息来源于零件的设计模型，提取零件的检验特征要素包括: 框类、梁类、壁板类、长桁类、接头类等机加结构零件所具有的一系列检验特征。以机加框为例，检测特征包括: 腹板、缘条、筋条、下陷、外形、孔、槽口、转角、底角、倒角等。

　　2. 2、标注信息定义

　　零件检验模型的标注信息包括检测特征要素的捕获图、尺寸、公差、文本信息等，以机加框为例，其标注信息包括: 腹板厚度、筋条厚度、缘条厚度、筋条高度、缘条高度、下陷长度、外形轮廓、孔径、孔位、凸台高度等尺寸信息。

　　2. 3、属性信息定义

　　零件检验模型的属性信息包括以文本形式呈现的零件交接状态、设计更改内容、检测特性编号、检测工量具、检测要求及标准信息等，为三维检验计划编制提供了操作流程及信息内容。

　　3、检验模型的构建

　　3. 1、零件检测模型的构建过程

　　( 1) 复制设计模型并从设计模型中继承与检测工序相关的几何信息，生成零件检测几何体、设计更改、交接状态、检测辅助几何线架［2］;( 2) 从继承到的信息中识别和提取检测特性，包括零件几何特性、结构特征相对位置关系等几何尺寸信息、检测工序信息、捕获视图面、文本注释等内容;( 3) 添加定义检测特征属性，包括设计更改、交接状态等内容，定义设计更改号、设计更改内容，交接状态号、交接内容等。检验模型构建流程见图 2。

　　图 2 检验模型构建流程

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　　3. 2、检验模型结构树表达

　　零件检测模型的标注信息和注释信息是基于检测模型中几何信息来定义表达的，因此需要先在检测模型中定义几何信息。“设计更改”、“交接状态”节点在“检测辅助几何线架”命名的几何图形集中添加，并需要检验技术人员完善其中内容。

　　目前在检测模型中生成新的几何信息以及其它节点、内容，主要方法是利用 CATIA 点选、复制、粘贴、插入、添加参数等功能手动操作实现，其表达形式见图 3。

　　图 3 结构树表达

　　3. 3、检验尺寸的捕获

　　CATIA 的标注( Functional Tolerancing ＆ Annota-tion) 模块中的捕获功能是将一个或多个尺寸标注特征同时显示在界面中［3］。一般可以将相近编号的尺寸特性和标注信息放在捕获视图中并命名( 见图4) 。

　　图 4 捕获图

　　4、检验模型的应用及管理

　　在检验模型的构建过程中，由于检验模型继承了设计数模中的所有属性要求以及检验人员标注的能反映所有检验特性的几何尺寸和工艺制造交接内容，因此，检验模型可以作为检验人员验收产品的唯一依据。

　　4. 1、检验模型上传检验计划管理系统

　　将 CATIA 检验模型通过 3DVIA Sync 软件转化为． smg 格式的轻量化模型［4］，该轻量化模型继承了检验模型的所有几何信息、属性信息，便于快速查看。如图 5 所示，将该检验模型上传到 PDM 平台中的检验计划管理系统，进行数字化管理和应用［5］。

　　图 5 检验模型上传平台

　　4. 2、检验模型直接用于检验

　　检验模型可以像设计数模和工艺数模一样作为检验的依据存放在 PDM 中的客户终端，处于发布状态，当检验人员需要检查零件时可以通过网络下载查看。对于系统零件及中小型零件来说，检验模型可以非常方便地直接用于零件的数字化检测。在检测平台上，根据检验模型中的特性编号，逐一对照零件进行检测，由于零件小可以边检测边旋转检验模型，使其达到最佳检测位置，实现检测需要。

　　5、结语

　　检验模型是检测部门生成检验计划和实施数字化检测过程的重要信息载体，规范化、快速化的检测模型建模对零件的成形质量和生产周期有重要意义。检验模型及其生成的检验计划通过 PDM 平台进行管理，实现了检验依据的数字化、无纸化，形成了零件产品的设计—制造—检测的数字化闭环控制。

　　参考文献

　　［1］张体广． 基于 MBD 的飞机结构件建模及数据管理技术［D］． 沈阳: 沈阳理工大学，2013．

　　［2］沙长友，王晓君． 数字化测量技术［M］． 北京: 机械工业出版社，2009．

　　［3］周秋忠，查浩宇． 基于三维标注技术的数字化产品定义方法［J］． 机械设计，2011，28( 1) : 33 －36．

　　［4］贾晓亮． 关于 MBD 技术在我国航空制造企业应用的几点思考［J］． 航空制造技术，2013( 3) : 50 －54．

　　［5］焦鹤． 关于 PDM 与 CAPP 一体化集成模式展望［J］． 航空制造技术，2011( 1) : 86 －91．

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