自 1799 年法國學者蒙日發(fā)表《畫法幾何》以來，工程師們一直使用二維平面工程視圖來表達產(chǎn)品，然而受制于紙制二維工程圖的表現(xiàn)力， 在從實物向抽象的二維視圖表達方式上浪費了設(shè)計師 / 工程師大量的精力去定義和識別，很難避免出現(xiàn)歧義和偏差。隨著計算機和軟件技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了第 2 代工程語言，即在飛機設(shè)計領(lǐng)域逐漸采用三維數(shù)字化實體設(shè)計加電子化二維投影工程圖的表達方法，大幅度提高了設(shè)計效率和質(zhì)量，使得設(shè)計及制造技術(shù)人員可以在有三維實體模型參考的情況下進行二維工程圖的判讀，是產(chǎn)品設(shè)計工程語言領(lǐng)域的革命性進步。近幾年，隨著大型三維協(xié)同設(shè)計軟件以及基礎(chǔ)標準研究的進步和成熟，在航空制造領(lǐng)域逐漸采用基于全三維數(shù)字化模型的協(xié)同設(shè)計并逐步成為第3 代工程語言。

基于模型的定義（Model Based Definition，MBD），是美國機械工程師協(xié)會及波音公司等經(jīng)過 10 多年的基礎(chǔ)研究，并在波音 787 飛機上正式全面推行的新一代產(chǎn)品定義方法。在基于 MBD 技術(shù)的產(chǎn)品設(shè)計中，用一個集成的三維數(shù)字化實體模型完整地表達產(chǎn)品信息，即將制造信息和設(shè)計信息（三維尺寸標注及各種制造信息和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)信息） 共同定義到產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型中，同時融入知識工程和產(chǎn)品設(shè)計 / 制造標準規(guī)范等，從而取消二維工程圖，保證了設(shè)計數(shù)據(jù)的唯一性。MBD 不是簡單的三維標注 + 三維模型，它不僅描述產(chǎn)品幾何信息，而且定義了三維產(chǎn)品幾何信息和非幾何的管理信息（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品制造要求、BOM 等），使用人員僅需數(shù)模即可獲取全部信息，減少了對其他信息系統(tǒng)的過度依賴。

近些年，MBD 技術(shù)在國內(nèi)外均處于深入發(fā)展的完善階段。波音和空客在此方面起步較早，基礎(chǔ)研究積累較好，應(yīng)用較為成熟。國內(nèi)新飛機型號也采用了三維數(shù)字化設(shè)計并推廣了基于MBD的設(shè)計方法，但在MBD 定義和使用基礎(chǔ)技術(shù)研究方面還處于跟蹤摸索階段，尤其是基礎(chǔ)標準和設(shè)計規(guī)范研究領(lǐng)域差距較大，缺乏設(shè)計制造一體化思維，基于 MBD 的工藝設(shè)計及數(shù)據(jù)管理方面也處于應(yīng)用探索階段，深度和廣度有待進一步提升。近幾年智能制造受到廣泛關(guān)注并越發(fā)受到制造業(yè)的重視，但成功實施智能制造的前提是產(chǎn)品設(shè)計的數(shù)字化、制造技術(shù)的自動化以及信息系統(tǒng)與物理硬件集成化。產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化是智能制造最根本的要求，先進高效的工藝設(shè)計則是數(shù)字化的產(chǎn)品與自動化制造系統(tǒng)之間的橋梁，是實現(xiàn)智能制造的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。

在飛機型號研制過程中，整個項目的數(shù)據(jù)呈現(xiàn)金字塔模式。產(chǎn)品設(shè)計部門主要進行產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)定義，其側(cè)重于產(chǎn)品功能的完整性和技術(shù)可行性，其數(shù)據(jù)處于金字塔頂端；制造工藝系統(tǒng)則需要在產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對產(chǎn)品的可制造性、零部件裝配協(xié)調(diào)、供應(yīng)商產(chǎn)品數(shù)據(jù)定義和控制、生產(chǎn)線工藝布局規(guī)劃、工藝裝備設(shè)計、制造構(gòu)型、裝配流程設(shè)計等進行全面分析和規(guī)劃，其數(shù)據(jù)量大且邏輯復雜，處于金字塔中低端。以前受產(chǎn)品采用二維圖樣設(shè)計方法的限制， 制造工藝系統(tǒng)大部分工作只能采用串行模式開展，因此制造單位一般需要制造昂貴的物理樣機進行系統(tǒng)和工藝協(xié)調(diào)，效率低、協(xié)調(diào)精度差、返工多、損失大。

隨著三維數(shù)字化設(shè)計軟件技術(shù)和計算機技術(shù)的進步，特別是產(chǎn)品采用 MBD 設(shè)計后，為制造工藝系統(tǒng)全面采用數(shù)字化工藝設(shè)計提供了數(shù)據(jù)和技術(shù)保障，制造工藝系統(tǒng)可以直接利用產(chǎn)品數(shù)字模型并行開展工藝性審查、裝配方案設(shè)計、生產(chǎn)線規(guī)劃、制造構(gòu)型策劃、工裝設(shè)計、物料采購等工作，大幅度提升了工作質(zhì)量和效率，產(chǎn)品數(shù)字模型已經(jīng)成為開展并行工程的信息載體和技術(shù)保障。當前，制造工藝系統(tǒng)以產(chǎn)品數(shù)字模型為基礎(chǔ)，在以下幾個工藝設(shè)計領(lǐng)域進行了有效的探索和應(yīng)用。

1 基于數(shù)字模型的裝配協(xié)調(diào)

與產(chǎn)品設(shè)計側(cè)重于不同專業(yè)間的布置協(xié)調(diào)不同，產(chǎn)品制造是一個動態(tài)的、分階段的、不斷變化的過程。在零件加工、部件裝配、總裝測試等不同階段，產(chǎn)品與工藝裝備之間以及各級供應(yīng)商之間均需要對其協(xié)調(diào)界面進行分離面劃分、控制要素識別、容差分配等裝配協(xié)調(diào)工作。以前裝配協(xié)調(diào)大都采用紙質(zhì)文檔、圖表、實體標工、樣件等，其流程過長、數(shù)據(jù)分散，使用和存儲要求高，標工及對應(yīng)工裝需要定期檢查維護，成本高、管理難度大。

計算機技術(shù)、數(shù)字化設(shè)計軟件技術(shù)、數(shù)字化制造及測量技術(shù)不斷成熟，為飛機裝配工藝開展數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)提供了技術(shù)保障，工藝系統(tǒng)可以在產(chǎn)品數(shù)字模型基礎(chǔ)上對飛機裝配過程中所需控制的協(xié)調(diào)要素采用數(shù)字量進行表達和協(xié)調(diào)。通常， 此類模型稱為制造協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)集，可在產(chǎn)品設(shè)計模型基礎(chǔ)上通過數(shù)字量的形式進一步分解和描述零組件、裝配件以及工藝裝備的容差分配、測量要求、制造狀態(tài)等工藝控制要求，如圖 1 所示。

圖1 協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)集的主要功能

協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)集減少了實體標工的使用，提升了制造協(xié)調(diào)精度，大幅度降低了研制成本，同時采用基于模型的協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)集后，全機協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)可以與產(chǎn)品數(shù)據(jù)協(xié)同設(shè)計、統(tǒng)一管理，并作為唯一的協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)源（圖 2），保證了裝配協(xié)調(diào)技術(shù)要求的準確性和完整性，提高了使用靈活性，降低了管理難度。

圖2 某型號全機協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)集

2 基于數(shù)字模型的生產(chǎn)線三維工藝規(guī)劃

2.1生產(chǎn)線工藝規(guī)劃分類及存在問題

生產(chǎn)線規(guī)劃有多種類型，按階段可劃分為前期規(guī)劃及后期規(guī)劃，前期規(guī)劃重點在于總體需求和總體目標的決策，后者側(cè)重于詳細需求的設(shè)計和布置。相對來說，前期規(guī)劃更加重要，尤其是涉及廠房等固定設(shè)施的生產(chǎn)線，前期需求決策失誤會造成資金和時間上的重大損失，比如廠房尺寸不滿足飛機通過條件，吊車選型不當，桁架承載能力不足等。按新建和改建來分一般有兩種，一種是全新設(shè)計建設(shè)，本類型可能是應(yīng)對全新的產(chǎn)品也可能是原有生產(chǎn)線的擴建；另一種是基于現(xiàn)有廠房等設(shè)施的改進改造，此種類型可能是更換產(chǎn)品也可能是為了原有產(chǎn)品的產(chǎn)能改造等。前者由于沒有歷史負擔，可以按照產(chǎn)品及其產(chǎn)能最新要求進行全新規(guī)劃設(shè)計，而后者則較為復雜，一般廠房等技術(shù)設(shè)施改造注意事項太多，需要從成本控制、原有設(shè)施布局可利用性、可通過性等多方面綜合考慮。

飛機生產(chǎn)線作為航空制造企業(yè)最重要的生產(chǎn)設(shè)施之一，如何充分利用有限的生產(chǎn)面積進行科學合理的規(guī)劃是保證生產(chǎn)線高效運行的重要課題。不管是新建飛機裝配廠房還是對現(xiàn)有廠房或生產(chǎn)線進行改造，其建設(shè)周期一般較長，需要提前開展規(guī)劃，且飛機的裝配工藝流程復雜，裝配型架及生產(chǎn)輔助設(shè)備眾多，特別是很多飛機部件價值高、裝配周期長， 廠房內(nèi)很多設(shè)施如吊車、機床、大型裝配型架等一次安裝后很難進行布局更改。如果正式投產(chǎn)之后再進行較大規(guī)模的工藝優(yōu)化很可能導致風水電氣等布局的重構(gòu)，不但改造費用昂貴甚至會導致生產(chǎn)線的長期停產(chǎn)， 因此提前對飛機生產(chǎn)線進行全方位的工藝規(guī)劃，理順裝配流程和空間分布，保證飛機部件安全順利地生產(chǎn)和運輸，盡可能地優(yōu)化廠房生產(chǎn)設(shè)施的布局是一項重要工作。

以前生產(chǎn)線工藝規(guī)劃主要采用平面縮比模型和繪制平面簡化工程圖的方法進行。前者是按比例制作不同的小模板來模擬飛機部件，在空地上或桌子上大致模擬廠房工藝布局，如圖 3 所示；后者則是手繪圖紙或者借助二維繪圖軟件繪制框圖替代飛機部件進行生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃， 如圖 4 所示。

圖3 采用平面縮比模型進行生產(chǎn)線工藝規(guī)劃

上述兩種方法都只能在二維的角度上籠統(tǒng)地進行規(guī)劃，無法從三維空間的角度評價工藝流程和設(shè)施布局的合理性，如吊車的空間布置和部件吊裝、運輸路徑分析等。隨著計算機技術(shù)和三維設(shè)計軟件的進步，采用三維數(shù)字模型開展生產(chǎn)線工藝規(guī)劃成為可能，也只有采用基于數(shù)字模型的三維可視化技術(shù)才能全方位地進行生產(chǎn)線的工藝規(guī)劃。

圖4 采用平面簡化電子工程圖進行生產(chǎn)線工藝規(guī)劃

2.2基于數(shù)字模型的生產(chǎn)線三維工藝規(guī)劃

在不同類型的生產(chǎn)線規(guī)劃建設(shè)中，面向全新產(chǎn)品的生產(chǎn)線設(shè)計或生產(chǎn)線改造屬于最為復雜的類型，本文就此類生產(chǎn)線在不同階段下的三維工藝規(guī)劃流程及方法進行闡述。

（1）生產(chǎn)線前期三維工藝規(guī)劃。前期工藝規(guī)劃雖不像后期詳細規(guī)劃那樣要求細致，但必須保證整體規(guī)劃和布局的科學和合理性，避免后期出現(xiàn)顛覆性更改，是對后期詳細規(guī)劃的頂層設(shè)計。采用三維可視化的技術(shù)能夠更為直觀有效地實現(xiàn)廠房前期規(guī)劃的要求，但此階段飛機還處于總體設(shè)計階段，細節(jié)結(jié)構(gòu)等屬于初步設(shè)計甚至未開始，因此缺少飛機部件詳細參數(shù)，不過隨著雙方工作的不斷推進，必要參數(shù)一般可及時獲取。制造工藝系統(tǒng)的裝配方案處于總體論證階段，沒有確定的工裝設(shè)計三維模型，需要規(guī)劃技術(shù)人員依據(jù)飛機研制總方案和現(xiàn)有經(jīng)驗進行工裝簡化模型的設(shè)計。生產(chǎn)線改造還需要進行現(xiàn)有廠房設(shè)施測量和建模，對規(guī)劃人員經(jīng)驗和技術(shù)水平要求較高。另外，還需選擇適于模型快速設(shè)計迭代的三維規(guī)劃軟件，與產(chǎn)品設(shè)計軟件可進行數(shù)據(jù)交換且利于方案展示，比較適于此階段工作的軟件建議選擇CATIA、DELMIA 以及3DS MAX 等。此階段主要在于生產(chǎn)線流程的梳理、主要工藝裝備及廠房主體設(shè)施的建模、生產(chǎn)線三維總體布置及模擬分析等，如圖 5 所示。

圖5 廠房及工藝裝備等的建模與布置

（2）生產(chǎn)線后期三維工藝規(guī)劃。隨著產(chǎn)品設(shè)計成熟度的不斷提升以及工藝系統(tǒng)的各類制造方案業(yè)已成熟，生產(chǎn)線經(jīng)過前期方案的規(guī)劃已基本確定主要參數(shù)。此時要逐步開展生產(chǎn)線詳細且全面的規(guī)劃，此階段所需的工藝裝備數(shù)據(jù)已經(jīng)較為完善，可在規(guī)劃時直接使用，生產(chǎn)線中各類工裝的布置、氣源、電源等的管線均采用數(shù)字模型進行定義。在全面分析產(chǎn)品生產(chǎn)流程基礎(chǔ)上，從三維立體空間的視角合理設(shè)計并對物流通道以及主體工藝流程開展三維數(shù)字化虛擬仿真模擬，避免物流瓶頸、運動干涉以及生產(chǎn)線運行不暢等問題，此階段盡量選擇與產(chǎn)品設(shè)計相同的軟件開展工作，保證數(shù)據(jù)的無縫銜接，提高工作效率。當前國內(nèi)飛機設(shè)計一般采用 CATIA 軟件，因此生產(chǎn)線后期工藝規(guī)劃可采用 CATIA 進行布局規(guī)劃，采用 DELMIA 系統(tǒng)開展生產(chǎn)線制造工藝過程仿真驗證。

圖6 基于DELMIA系統(tǒng)開展的生產(chǎn)線功能虛擬仿真

圖6 為基于 DELMIA 系統(tǒng)開展的生產(chǎn)線產(chǎn)能虛擬仿真驗證。通過對生產(chǎn)線詳細分析和優(yōu)化，可進一步完善和細化生產(chǎn)線數(shù)字模型，最終實現(xiàn)工廠完整的數(shù)字化規(guī)劃和設(shè)計，并與實際工廠統(tǒng)一管理，實現(xiàn)工廠的數(shù)字孿生，作為生產(chǎn)系統(tǒng)進行運維的技術(shù)支撐，為實現(xiàn)數(shù)字化工廠打好基礎(chǔ)。

3 基于數(shù)字模型的制造構(gòu)型設(shè)計

3.1產(chǎn)品制造構(gòu)型設(shè)計存在的問題

隨著研制模式的變革和市場發(fā)展的需要，飛機研制逐步采用主供模式。供應(yīng)商負責零部件制造，主制造商負責大部件和系統(tǒng)的總裝集成，這要求主制造商不但要對全機涉及的所有零部件供應(yīng)商在廠際之間進行高效的協(xié)調(diào)，同時主制造商需對供應(yīng)商所負責的零部件交付狀態(tài)進行準確描述，以便供應(yīng)商按照主制造商要求的狀態(tài)進行交付，滿足飛機不同供應(yīng)商提供的部件之間的軟硬件交付要求。當前國內(nèi)主制造商一般通過交付規(guī)范書明確供應(yīng)商零部件交付要求，采用紙質(zhì)版或二維電子說明文檔形式進行交付狀態(tài)定義，即通過大量文字并附部分的形式描述飛機交付狀態(tài)。此種方法編制過程以文字為主，工藝技術(shù)人員需耗費很大精力將飛機產(chǎn)品設(shè)計要求和特殊工藝要求轉(zhuǎn)換到文字描述中，供應(yīng)商在閱讀過程中需要重新還原設(shè)計要求和主制造商的特殊工藝要求，容易出現(xiàn)識別偏差，不利于工藝信息快速準確的傳遞，同樣也不利于主制造商檢驗技術(shù)部門快速識別供應(yīng)商交付零部件的實際狀態(tài)。因此，在三維數(shù)字化設(shè)計已經(jīng)成熟的背景下，采用基于數(shù)字模型的供應(yīng)商零部件三維數(shù)字化交付規(guī)范，即在三維環(huán)境下定義供應(yīng)商零部件制造技術(shù)狀態(tài)要求，是完全可行且必要的。

3.2基于數(shù)字模型的供應(yīng)商產(chǎn)品制造構(gòu)型設(shè)計

產(chǎn)品設(shè)計主要考慮功能設(shè)計，其構(gòu)型設(shè)計一般按專業(yè)劃分，不同專業(yè)設(shè)計在總體部門的協(xié)調(diào)下完成各自專業(yè)的零部件設(shè)計。工藝部門需按照供應(yīng)商現(xiàn)狀進行廠際技術(shù)狀態(tài)策劃，明確供應(yīng)商制造構(gòu)型，因此需要將設(shè)計構(gòu)型按照實際情況轉(zhuǎn)化為制造構(gòu)型，對于如何定義供應(yīng)商零部件的構(gòu)型狀態(tài)，要考慮供應(yīng)商和主制造商各自技術(shù)和管理要求，提升管理效率。在主供模式下，主制造商只開展總裝及試飛工作，零部件均由相關(guān)供應(yīng)商提供，因此供應(yīng)商交付的零部件作為總裝階段的零部件，也是開展總裝工藝指令編制的配套輸入，故需按總裝工藝流程要求明確供應(yīng)商需制造的零部件狀態(tài)，例如部件的制造細節(jié)要求，如余量、留位、導孔等。另外還要考慮零部件質(zhì)量控制、裝配協(xié)調(diào)、工藝裝備以及入廠驗收等要求。對于主制造商，供應(yīng)商制造構(gòu)型應(yīng)盡可能集成工藝設(shè)計部門、質(zhì)量部門、采購部門以及車間裝配工藝要求，目標是實現(xiàn)對供應(yīng)商零部件制造和交付狀態(tài)統(tǒng)一、完整、準確的表達和控制，使其作為供應(yīng)商構(gòu)型狀態(tài)控制的唯一數(shù)據(jù)源。

（1）基于數(shù)字模型的供應(yīng)商產(chǎn)品制造工作包定義。

綜合設(shè)計構(gòu)型特點、主供模式管理要求、總裝階段工藝設(shè)計數(shù)據(jù)輸入要求、產(chǎn)品入廠檢驗驗收要求，供應(yīng)商制造構(gòu)型可采用工作包形式進行劃分，即將設(shè)計構(gòu)型按照實際制造分工進行分解重組為以供應(yīng)商為單元的工作包，每個工作包中劃分為部組件和散件狀態(tài)。對于部組件或散件工藝技術(shù)細節(jié)要求以及其他相關(guān)要求，通過單獨的數(shù)字模型（描述制造交付要求的模型 , 簡稱交付 R 模型） 進行表達。所有供應(yīng)商的工作包統(tǒng)一規(guī)劃，即為全機制造構(gòu)型（可簡化理解為 PBOM）。

從國內(nèi)外主供模式分析，供應(yīng)商主要分為兩種類型，第 1 種是僅負責單一結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的制造，此類稱之為專業(yè)化供應(yīng)商；第 2 種可提供多種系統(tǒng)件的制造，此類稱之為集成供應(yīng)商?？湛凸镜墓?yīng)商主要是集成供應(yīng)商，波音公司的主要供應(yīng)商既有集成供應(yīng)商也有專業(yè)化供應(yīng)商。針對不同類型的工作包分工，可采用兩種不同的構(gòu)型劃分方式，具體如圖 7和 8 所示。

上述工作包中所述的部組件狀態(tài)、散件狀態(tài)以及交付 R 模型分別描述供應(yīng)商零部件的制造過程及交付時的構(gòu)型和細節(jié)技術(shù)狀態(tài)要求，兩者統(tǒng)一組成供應(yīng)商產(chǎn)品制造構(gòu)型。

針對某一型號主要供應(yīng)商均只負責專業(yè)化零部件制造的特點，供應(yīng)商制造構(gòu)型可按圖 7 模式進行定義。采用上述劃分方案可以將供應(yīng)商交付的零組件構(gòu)型與總裝階段消耗的配套進行有效銜接，保證供應(yīng)商交付的零部件狀態(tài)與總裝物料需求的一致性， 圖 9 所示為供應(yīng)商交付構(gòu)型與總裝工藝設(shè)計配套輸入的關(guān)系。

主制造商完成總裝階段裝配工藝指令設(shè)計后可形成總裝階段的詳細物料清單和需求拉動計劃用于供應(yīng)鏈部門制定全機采購計劃。

（2）基于數(shù)字模型的供應(yīng)商零部件三維數(shù)字化交付規(guī)范設(shè)計。

在主供模式下，供應(yīng)商需要主制造商明確其零部件交付時的具體狀態(tài)，如零部件數(shù)量、導孔位置及數(shù)量、裝配孔位置及數(shù)量、余量的位置及參數(shù)、臨時連接的部位等實物狀態(tài)；需要明確其負責零部件的相關(guān)工藝測試要求，如部件測量數(shù)據(jù)以及相關(guān)系統(tǒng)試驗性能等；同時還需要明確相關(guān)軟件材料，如實物構(gòu)型、測量報告、試驗報告以及質(zhì)量報告等。通過采用基于模型的三維數(shù)字化交付規(guī)范，可以保證供應(yīng)商制造零部件時所需工藝信息的完整性、準確性和可讀性。三維數(shù)字化交付規(guī)范由部組件構(gòu)型、散件構(gòu)型以及交付 R 模型組成（架構(gòu)形式見圖 7 和 8），部組件及散件為設(shè)計構(gòu)型的分解和重組，底層零件與產(chǎn)品設(shè)計一致。

圖7 面向?qū)I(yè)化供應(yīng)商的制造構(gòu)型定義

部組件構(gòu)型中 ICI（CI 為構(gòu)型項，ICI 為不變構(gòu)型項，無版次控制；VCI 與 LCI 為可變構(gòu)型項 , 有版次和有效性控制）構(gòu)型項全部清除，僅保留設(shè)計構(gòu)型中的VCI 和 LCI 及以下層級。針對部分 VCI 和 LCI 項會出現(xiàn)跨供應(yīng)商的情況，需要進行拆分，同時要與原有 VCI 和 LCI 關(guān)聯(lián)， 以便同步跟蹤設(shè)計更改，不過此類情況會導致制造構(gòu)型管理變得復雜，因此應(yīng)在設(shè)計構(gòu)型策劃階段與相關(guān)設(shè)計人員進行協(xié)調(diào)，細化構(gòu)型分離面， 避免 VCI 和 LCI 項跨供應(yīng)商的情況出現(xiàn)，盡可能地保證設(shè)計模塊劃分與制造模塊劃分一致。

圖8 面向集成供應(yīng)商制造構(gòu)型定義

散件項即供應(yīng)商以散件形式交付的零件和小組件，與部組件相同， 存在拆分設(shè)計構(gòu)型項的情況，故工藝技術(shù)人員應(yīng)在設(shè)計構(gòu)型策劃階段協(xié)調(diào)，將單個工作包的散件置入單個VCI 或 LCI 中，便于設(shè)計更改跟蹤和實物構(gòu)型控制，簡化管理流程。

圖9 供應(yīng)商交付零部件與主制造商MBOM關(guān)系

交付 R 模型用于描述供應(yīng)商零部件制造的細節(jié)要求以及質(zhì)量、試驗等管理要求，同時還需要明確數(shù)據(jù)交互的基礎(chǔ)信息。交付 R 模型采用 MBD 形式表達，采用飛機坐標系進行相關(guān)模型定義，以 MR（Manufacturing Requirement）進行命名，其主體架構(gòu)如圖 10 所示。編制人員或供應(yīng)商使用人員將交付 R 模型與對應(yīng)產(chǎn)品同時加載即可在三維可視化的環(huán)境下進行編制或讀取。圖 11 所示為某飛機部件交付R 模型集的使用示意圖。

圖10 交付R模型總體架構(gòu)

圖11 某飛機部件交付R模型使用示意圖

采用 MBD 形式表達零部件制造技術(shù)狀態(tài)時，可充分利用其信息量承載大的特點，將工藝狀態(tài)要求、管理要求等盡可能多的信息采用標準化的描述定義到模型中，按照某型號對供應(yīng)商的管理要求，交付 R 模型詳細設(shè)計說明見表 1。

表1 交付R模型詳細設(shè)計說明

4 裝配工藝規(guī)劃和指令編制

當前，國內(nèi)大部分裝配工藝設(shè)計部門依然按照傳統(tǒng)方式進行裝配工藝的規(guī)劃和指令編制，導致三維數(shù)字化的產(chǎn)品數(shù)據(jù)在裝配工藝設(shè)計階段出現(xiàn)斷層，使得三維數(shù)字化的產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)無法準確完整傳遞給工藝設(shè)計部門，數(shù)據(jù)的準確性、連續(xù)性被割裂，手工編制裝配指令費時費力，工人現(xiàn)場使用時還需查閱大量設(shè)計技術(shù)文件以及各類工藝性文件，可讀性和操作性極差，一線操作者理解困難，現(xiàn)場指導作用較差。

因此，裝配工藝設(shè)計部門需要適應(yīng)全三維數(shù)字化設(shè)計的新形勢，開發(fā)三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)，基于產(chǎn)品數(shù)字模型進行裝配工藝的設(shè)計和規(guī)劃。

圖12 基于DELMIA系統(tǒng)的工藝設(shè)計系統(tǒng)典型架構(gòu)

圖 12 為基于 DELMIA 系統(tǒng)的工藝設(shè)計系統(tǒng)典型架構(gòu)。工藝人員利用設(shè)計部門在設(shè)計系統(tǒng)中設(shè)計并發(fā)放產(chǎn)品的三維數(shù)模，通過數(shù)據(jù)接口將產(chǎn)品數(shù)據(jù)導入裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)，并將產(chǎn)品的三維數(shù)模關(guān)聯(lián)到每個工序上，在三維可視環(huán)境下進行工藝規(guī)劃和零組件劃分，直觀地反映裝配狀態(tài)和工藝過程，最后生成現(xiàn)場使用的三維可視化裝配指令來指導現(xiàn)場生產(chǎn)。

基于數(shù)字模型的三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計不僅是編制三維裝配指令，而是貫穿裝配工藝設(shè)計的整個過程，不同階段有不同的側(cè)重點，這個過程主要包含以下 3 個階段。

第 1 階段：工藝系統(tǒng)接收產(chǎn)品初步設(shè)計模型，分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點，與設(shè)計人員協(xié)商初步確定工藝分離面并制定初步的裝配方案；然后在三維仿真軟件內(nèi)進行裝配方案可行性的初步分析，制定總體裝配方案，分析可能的裝配難點和重點，本階段也稱之為前期工藝性審查。

第 2 階段：工藝系統(tǒng)接收較高成熟度的產(chǎn)品設(shè)計模型，在三維仿真軟件內(nèi)對重點部位（必要時對全部）結(jié)構(gòu)件、管路、自動化裝配設(shè)備等進行裝配過程和人機功效的詳細仿真分析，發(fā)現(xiàn)并解決產(chǎn)品、工裝以及工藝方面的問題，如圖 13 所示。

圖13 人機功效及自動化裝配虛擬仿真

第 3 階段：按照設(shè)計部門發(fā)布的最終三維 MBD 設(shè)計模型，創(chuàng)建PBOM，其架構(gòu)參照圖 7 和 8。在數(shù)字化工藝設(shè)計系統(tǒng)中進行裝配工藝的詳細規(guī)劃和細節(jié)設(shè)計以及資源庫的創(chuàng)建，在三維可視化的環(huán)境下進行零組件以及標準件的劃分，在全三維的環(huán)境下對裝配指令進行工步級的細節(jié)編輯及工時定義，編制從工步級到站位級的裝配工藝流程， 最終生成現(xiàn)場使用的標準格式的三維可視化裝配工藝指令（也可定制輸出二維工藝指令）、零組件物料需求清單和物料拉動計劃等，如圖14~17 所示。

圖14 裝配工藝規(guī)劃及零組件劃分

圖15 裝配工藝流程規(guī)劃

圖16 裝配工藝指令工時定義

圖17 標準格式的三維可視化裝配工藝指令

基于模型的三維裝配工藝設(shè)計系統(tǒng)可按照相關(guān)業(yè)務(wù)需求，實現(xiàn)工藝設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)化管理及審簽控制，其通過數(shù)據(jù)接口可以與 ERP 以及 MES 系統(tǒng)進行集成，給相關(guān)系統(tǒng)提供物料采購信息以及現(xiàn)場執(zhí)行所需的工藝數(shù)據(jù)信息。同時針對民機研制過程中適航審查要求所需輸出的 6 大類報表等均可自動創(chuàng)建和輸出，提高了工作效率和數(shù)據(jù)的準確性、完整性。