基于MBD技术的数字化样机的建立

发布时间：2017-08-15 作者：宋凯来源：中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司

关键字：MBD技术数字化样机

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飞机设计是一个庞大而复杂产品设计过程，产品模型是通过飞机数字化样机不断的演化而最终成为符合客户要求的基于模型定义(MBD)的数字化产品模型。为了保障设计工作的顺利进行，本文将阐述一种科学、有效的飞机数字化样机(DMU)建立的要求和流程，为后续产品的详细设计提供准确的数据集。

1前言

数字化样机(DMU)飞机整机或系统等数字化描述。主要是基于CATIA创建的产品部件/整机的三维实体模型以及相关的数据集(如属性)，反映产品实际特征。目前在基于MBD技术的数字化设计制造时代，DMU作为唯一的权威的数据源，贯穿整个飞机产品的生命周期，包括产品设计、生产计划、生产准备、产品运输以及售后服务等各个环节。

2数据输入

DMU工作启动基于一系列的飞机设计要求。飞机设计要求的起点是客户需求，这些需求通过顾客、市场部门、制造部门、产品研发部、工作包团队自上而下金字塔式的沟通交流，最终形成技术文件，包括综合设计要求文件、技术要求文件、质量要求文件、制造要求文件、维护要求文件等。从概念定义阶段开始进行评估、认证、优化，该项活动持续循环进行，直到在初步定义出口阶段达到成熟度要求并最终定稿。

完整的数字样机包含产品部件/全机零部件及其设备的完整数字信息模型，包括结构件、机构件、系统件(含管路、电子部件等)、标准组件、成品件等，满足产品结构和功能要求，可进行工程分析、优化以及数据管理。数字样机演变贯穿飞机整个生命周期，其设计进展情况按项目设计阶段计划要求进行。

3概念设计

3.1DMU的目标

概念定义阶段是飞机研发过程中的第一个且非常重要的阶段，是早期的顶层的潜在生命周期活动，预先确定飞机的功能、形式、成本和研发进度。其主要任务是选择理想的飞机构型方案，以满足设计要求。此阶段DMU目标是：

(1)能够通过可视化和示意图对设计准则和概念演变进行管理；

(2)成为连接几何图形与产品结构纽带。

为此，产品结构必须使用最优的产品顶层节点进行初始定义，以便于产品研发过程中不同阶段的平滑过渡。

3.2DMU的成熟度

DMU环境中，成熟度评估基于工程数据集定义的完善程度，成熟度低意味着几个设计概念尚未形成一个解决方案，仍可能发生更改；成熟度高意味着已形成一个解决方案，数据可靠且可能不会发生更改。当DMU达到成熟度最高时意味着数据集已准备发放。

数据成熟度的界定分4个级别。在产品研发过程中不同阶段，供应商与供应商之间和工作包与工作包之间，级别的确切定义不同。具体阶段的级别的定义是基于沟通和传达设计意图的需要。每个供应商的每一种类型数据(结构、系统、软件等)在每个设计阶段出口的成熟度的要求，双方在设计阶段开始时讨论并达成一致。

概念设计阶段，DMU处于一个典型的最低级别，除了定义关键界面和产品研发过程一开始就要求高级别定义的主起落架或发动机外，其特征如下：

(1)大致外形，很少或无主要特征；

(2)最大体积的空间配置模型；

(3)初始几何参考，界面或外部轮廓；

(4)非界面连接或安装的系统部件；

(5)材料类型尚待确定或协商；

(6)主要的线束，管路和导线的三维路线；

(7)无紧固件或连接件定义；

(8)每一个设计要求对应几个设计概念；

(9)运动模型；

(10)不同配置的模型(开/关，装载/卸载等)。

3.3DMU包含的最少内容

在概念定义阶段，DMU由非产品数据组成，如初始几何参考、界面控制数据和空间配置模型o DMU可能包括重复旧项目的成熟的模型数据(例如：系统部件、外购件、标准结构部件、标准件)作为参考，避免重复进行设计工作，这种情况在衍生项目中尤为典型。

初始几何参考是重要结构部件(框、肋、梁、门或窗开口)和主要界面位置的基本表示(例如：基准、坐标系)。它们是三维设计起点和重要参考，贯穿整个研发过程，也是工装定义和设计的制造曲面准备的输入。初始理论模线数据是持续演变的，概念定义阶段DMU的目的包括理论模线的确定。

工作包界面控制数据集是一组用于确定装配接合处信息的数据集(3D模型、最终形成的二维图纸和相关文件)，其目的是提前检查零件和子组件是否可以连接到一起(包括必要的工装)。概念定义阶段，除了像发动机和起落架此类关键界面详细定义外，其他界面都是初始定义。

空间配置模型主要通过实体、基本几何和基本构型布置项的描述来呈现和确定整个产品构造。一旦有了这些模型，就可以完成运行情况、人为因素研究、运输、创建概念、顾客验证还有某些的工程和制造的行动项目。

开始时，空间配置模型公布结构件、系统件或任何其他可能有的设备所占的最大空间体积。在概念阶段开始时，空间配置模型是粗略的空间包线。运动机构使用扫描运动空间和暂停区域进行建模(极限位置：起落架抬起和放下、口盖和门的打开和关闭、控制面的展开和收回)；开模型孔以便系统(管路、线束)穿过；必要时创建对称模型(例如：左右机翼)。空间配置模型也可以进行干涉研究，总目标是在飞机研发周期中尽可能早地验证系统集成。

空间配置模型不发放，研发阶段后期演变为一个或多个精确模型。尽管空间配置模型不是产品数据，但为了设计意图的完美沟通交流，空间配置模型最低控制如下：

(1)使用批准的编号系统，合适的产品编号更便于产品模型的顺利传递；

(2)控制其更改版本，以便于所有的更改存档和与其他界面用户交流。需要时，可以通过行动指令冻结这些空间包线来实现。

4初步定义

4.1DMU的目标

初步定义阶段的任务是验证并优化设计方案，此阶段的目标是：

(1)使得产品研发部与供应商在协同设计环境工作；

(2)验证并优化的设计概念；

(3)首次定义和冻结主要界面；

(4)得到可视化飞机基线，且“最新有效”。

4.2DMU的成熟度

初步定义阶段，除了一些关键界面和部件需要较高成熟度外，此时的DMU是典型的2级或3级成熟度。

2级成熟度特征如下：

(1)三维结构零件完成主要特征定义；来水公司的控制任务对于控制网络信息传输过程中的实时性要求不高，因此，各个从站都能够通过被动的形式同主站实现通讯。

3结语

综上所述，在工业自动化控制行业当中，PLC是重要部件，能够有效地增强工业生产自动化的水平，并且积极地促进国家工业的发展，特别是西门子PLC控制网络的作用尤为突出。文章对西门子PLC控制网络的配置策略进行了分析，并重点阐述了具体的应用，主要的目的是为了更好地推广使用西门子PLC控制网络，进而使得工业自动化控制行业得到进一步的发展。

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