基于MBD技术的航空发动机产品技术状态控制探讨

基于MBD的飞机结构件协同设计制造技术的研究与实现的开题报告一、选题背景随着现代航空工业的快速发展，飞机结构件的设计制造技术也在不断进步。

而随着设计复杂度的增加，需要对设计制造技术进行一定程度的优化和改善。

基于MBD（Model-Based Definition）的飞机结构件协同设计制造技术可以大大提高设计和制造效率，降低制造成本和增加工程师之间的协作，逐步取代传统CAD手工制图，并在大型制造企业中盛行。

二、选题意义本课题旨在探索和研究如何采取MBD方法的飞机设计及制造协同技术，实现以数据为中心的高效、准确的设计制造流程，提高飞机结构件的质量和效益。

三、研究内容通过总结MBD技术的发展历程，结合自身实践工作，在理论和实践方面探索基于MBD的飞机结构件协同设计制造技术的研究和实现。

主要研究内容包括：1. MBD方法在飞机结构件设计制造中的应用；2. 基于MBD的飞机结构件协同设计制造技术体系结构研究；3. 基于MBD的飞机结构件协同设计制造系统设计与实现；4. 规范化的数据接口获取技术研究。

四、研究方法本课题主要采用文献研究法、调研法、实验研究法等方法进行研究，建立符合研究对象需要的模型和工具，并在实践中验证模型和工具的可行性和实用性。

本课题还将通过对实际应用场景的分析和挖掘，来探索多方面的设计制造协同的解决方案。

五、预期目标和成果本课题将设计和实现一个基于MBD的飞机结构件协同设计制造系统，并对其进行实验验证。

预计成果包括：1. 基于MBD的飞机结构件协同设计制造技术的体系结构研究报告；2. 基于MBD的飞机结构件协同设计制造系统；3. 基于MBD的飞机结构件协同设计制造系统技术实现报告；4. 以及相应的软件测试报告。

六、研究时间安排根据任务书指导完成本课题的任务，时间安排如下：1. 第一阶段（3个月）：深入研究MBD技术的发展，并参考文献了解相关领域的最新研究成果；2. 第二阶段（6个月）：开发基于MBD的飞机结构件协同设计制造系统；3. 第三阶段（2个月）：对项目进行测试和评估，并对系统进行优化。

Vol. 25 No. 12Dec 2019第25卷第12期2 0 19年12月计"机集成制造系统ComputerIntegrated ManufacturingSystemsDOI ：10. 13196/j. cims. 2019. 12. 007基于MBD 的飞机设计与制造技术研究与应用崔德刚1,刘看旺2,郑党党2,周小波2,刘俊堂2(1中国航空工业集团公司科学技术委员会，北京100012；2.中国航空工业集团公司第一飞机设计研究院，陕西 西安710089&摘要！0年代以来，三维数字化设计已成为我国飞机研发的主要技术手段，并成功在飞机型号中得到普遍应用。

21世纪初在三维数字化设计的基础上，成功实现了“并行工程”和多厂所异地联合研制。

当前航空工业实施的 “基于模型定义.MBD)技术，采用以飞机单一数据源的“三维飞机数字样机”为基准模型，实现了飞机研发过程中各专业间各类模型的快速转化和统一的技术管理，推动了异地联合设计快速、精准实施，使得飞机全生命期的研发 过程有了新手段，上了一个新台阶，并在实践中取得了巨大的成功。

基于MBD 的飞机设计与制造已成为航空工业赶超世界先进航空国家的重要技术手段#关键词：基于模型定义；飞机设计与制造；数字化技术应用；航空业中图分类号：TH166 文献标识码:AResearch and application of aircraft design and manufacturing technology based on MBDCUI Degang 1 , LIU Kanwang 2 , ZHENG Dangdang 2 , ZHOU Xiaobo 2, , LIU Juntang 2(1 ScienceandTechnologyCommissionofAVIC $Beijing100012$China ；2. The First Airplane Design Institute of AVIC , Xi'an 710089 , China )Abs(rac(：The 3D digital design had been used aircraft development in China aviation industry and got successfu l yapplied since 90's. The Concurrent Engineering and Multi-enterprises Jointed Development (MJD) in different loca ­tions had been commonly used in the new aircraft development at the beginning of the 21st century Atpresent , Model Based Definition (MBD ) technology was implemented in China aviation industry which the aircraft digitalmockupasfundamentalmodeltobethesingledataresource The modelstransferbetweenthe multidisciplinebe-camemoreeasyandfastwhen MBDhadbeenused MBDacceleratedtheconcurrentengineerand MJDprocessandmadeitmoreprecision MBDisaverypowerfultechnologytobroughtaircraftdevelopmenttoanewstageandhasbeenusedforthenewaircraftdevelopmentverysuccessfu l yKeywords :model based definition ；aircraft design and manufacturing ；digital technology application ； aviation industry1以外形为基准的飞机设计与制造特点通常，机械设计的基准是产品的轴线和基准面 等，通过尺寸公差来控制，称为“尺寸公差法”。

基于MBD的构型管理在飞机研制中研究与应用田宪伟【摘要】结合MBD技术的应用,探讨了面向零部件模型的构型管理的实现路径,从构型管理的组织机构、构型标识、构型项划分、构型更改控制等方面开展研究,提出了构型项划分的的基本原则,建立了体现构型变化的标识方法,并根据企业的具体情况构建构型更改流程.通过在构型项上设置架次有效性,进行版本的自动传播,有效地解决了构型管理实施过程中的几个关键难题,推进构型管理在型号研制中的应用.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2015(000)0z2【总页数】5页(P7-11)【关键词】基于模型的定义;构型管理;构型标识;构型项;数据管理【作者】田宪伟【作者单位】中航通飞研究院【正文语种】中文构型管理是美国军方为了解决新型战机采办中的混乱状况，在满足性能指标的前提下，为降低全寿命费用，缩短研制周期，提高系统的可靠性、维护性，对承包商提出的强制要求，并逐步发展为一种比较科学、完善和严格的管理体系[1]。

但随着市场竞争的日益激烈，为了在最短的时间，以最低的成本满足客户多样化的需求，民用飞机制造公司纷纷自觉将构型管理贯穿于飞机的全生命周期管理中，并取得显著效果。

波音公司因成功地实施了飞机构型定义与控制和制造资源管理（DCAC/MRM），将飞机研制周期缩短50%、问题减少50%、成本降低25%，再次重回商用飞机霸主的地位。

鉴于构型管理的成功示范，国内以北航为首的高校与几家主要的飞机研制单位，如上飞院、一飞院、中航工业直升机所等在这个领域做了积极、深入的研究，先后在新舟60、C919、ARJ21等商用机型及军机上陆续实施构型管理，并取得了丰硕的成果。

随着数字化定义技术的发展，基于模型的定义（Model Based Definition，MBD）的第三代产品定义技术成为各大飞机公司主流的产品定义方法[2]，MBD涵盖了设计制造一体化、面向制造的设计、面向装配和维护的设计等研发思路，在改变产品的设计方式的同时，促进了构型管理的应用，同时为构型管理的实施带来了改变。

基于MBD技术的航空发动机造数字化工艺实施应用本文分析了航空制造企业在开展MBD面临的问题，结合企业数字化工艺应用实际，给出企业基于数字化工艺解决方案以及在航空制造企业成功实施应用。

一、问题的提出MBD是一种以三维模型数据为数据传递依据的全信息模型，来描述几何形状信息、产品制造信息（尺寸、公差、技术要求等）、属性（设计属性、制造属性、分类属性、编码属性等），使三维实体模型数据作为生产制造过程中的唯一依据，实现设计、工艺、制造、检测等应用高度集成。

这一项目的提出直接对现有设计、工艺系统的大变革，由于现行工艺中每道工序都需要配以图形进行说明、标注等，需要工艺人员做大量的图形绘制工作，如何将MBD模型体现在工艺规程上，并且进行工序内容的说明，尺寸的表达等这些都是开展MBD 工艺过程中急需解决的问题。

二、系统解决方案为了解决问题，公司立项开发了基于MBD三维工艺系统，根据三维工艺的特点与要求，基于NX和Teamcenter协同平台，在CAX与IE的基础上，通过开发形成的工艺设计系统，辅助工艺人员完成零件的三维工艺规程的设计。

总体技术方案见图1。

图1 工艺系统总体技术方案三、系统实施应用1）设计数据浏览工艺技术人员通过Teamcenter可视化浏览器查看MBD设计数据，或通过NX查看产品设计模型，通过旋转、缩放、剖切、测量等功能查看模型信息，通过选择PMI视图可以查看在各视图中标注的尺寸公差信息，进行制造BOM构建、流水分工、开始工艺设计。

2）工艺结构建立在Teamcenter Manufacturing中建立工艺BOM，见图2。

每个零组件对应一个总工艺节点，在总工艺下建立零件所需要的工艺对象，比如毛坯工艺、机加工艺、数控工艺等，在工艺中建立工序，在工序下添加设备、工装、辅料等物料对象。

工艺与工厂结构中的车间（或分厂）关联，工序与车间的工作中心（工位）关联。

图2 Teamcenter Manufacturing中的工艺BOM3）工序模型建立在Teamcenter的工艺、工序对象上创建NX 数据集，如图3，进入NX中通过WAVE Link 功能关联引用设计模型或其它工序模型，通过NX 同步建模功能对模型直接修改，比如增加加工余量、删除加工孔、槽等，方便快捷地建立工序模型。

MBD 技术在航空发动机设计中的应用摘要：为解决MBD技术在航空发动机设计应用中的标准规范不统一和标注信息管理等问题，结合行业特点，制订了独特的通用+典型零部件 MBD 行业标准,同时,考虑到知识信息表达和多领域应用,提出了基于视图的标注信息(Definition Based ModelViews—DBMV)管理方法，使得3维MBD模型成为惟一有效的知识信息数据源贯穿应用于产品的全生命周期，成功将MBD技术工程化应用于航空发动机结构设计中。

关键词：模型定义技术；结构设计；知识表达；视图；信息管理；航空发动机1概述模线样板是飞机从设计到制造之间的桥梁,是飞机制造过程中保证各类零、组、部件尺寸协调的主要手段。

CAD技术的发展,使得产品设计和模线设计正在逐步靠近,模线设计已可直接调用产品的图形信息。

解决装配过程中的协调互换问题的其中一方面，就是提高模线样板的设计水平，使其更好的辅助生产。

随着飞机数字化设计技术的发展，在新机研制中不断浮现新方法和新技术，无图设计已经在新机研制中崭露头角，直接依据三维数学模型开展工艺设计，指导装配生产，完美地改善了协调互换性能，是未来飞机研制生产的趋势目前研制的新机型大多采用MBD(Modle Based Definition)技术，即基于模型的工程定义、是一个集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法体，它以参数形式涵盖了产品尺寸、材料、设计信息、公差及其他信息。

MBD技术的生产预示着飞机无图时代的开始。

基于MBD技术的飞机装配生产协调问题，是研制生产部门需要重点考虑的问题。

如何发展模线样板设计，以适应无图设计的主流趋势，使模线样板更完美地实现飞机生产装配过程中的协调互换,是作为模线样板设计者面临的一道新课题。

模线设计是样板设计的第一步,是直接将三维数学模型转换成二维图纸的重要手段，是样板设计成功与否的关键。

MBD技术下，不仅在一个模型中体现单一零件的生产信息，还可以在一个模型中体现飞机组件的装配信息。

基于MBD的飞机设计与制造技术研究与应用研究发布时间：2021-12-22T08:27:24.864Z 来源：《中国科技人才》2021年第27期作者：孔备[导读] 基于此，深入探究MBD的飞机设计与制造技术研究与应用探究，对于实践操控产生了积极影响。

郑州飞机装备有限责任公司摘要：目前，三维数字化设计被经常使用在设计与制造飞机当中，且此技术的实践使用，更有利于整体飞机设计与制造效率。

文章着重解析了飞机设计与制造外部为基础的关键点，随后针对MBD飞机设计与制造技术研究与应用研究，集中包含了MBD为航空产品制造的唯一信息源，根据MBD相关设计技术剖析，想找MBD数字样机协作与解析技术等，期望能给大家提供参考价值。

关键词：飞机设计;飞机制造;三维数字化设计现如今，社会主义市场经济迅猛发展，大众针对日常交通出行有了更高标准，因此，飞机设计与制造备受大众所重视。

当前，依据MBD飞机设计与制造技术使用范畴，同时使用成效明显。

基于此，深入探究MBD的飞机设计与制造技术研究与应用探究，对于实践操控产生了积极影响。

一、以外形为基准的飞机设计与制造要点当前机械设计行业，判断机械设计成效标准非常繁杂。

集中包含了产品基准面与轴线，尤其在实践设计时段，技术员会采取尺寸公差来确保机械设计加工整体品质。

跟常规机械做比较，飞机设计与制造整体困难度较大，集中呈现在空气动力外形有更加严格的标准，且不可应用产品轴线与基准面，毕竟外形为飞机设计与制造最为关键核心点。

基于图纸外形切面与钢板，利用绘制模线方法，明确样板，随即把其当做设计制造的主要参照，此种设计制造方式又被称作模线样板法。

其为传统飞机设计与制造方式，对比三维数字化技术，其缺陷十分明显。

集中呈现在采取此技术设计与制造大型飞机实践中，不能从根本上确保飞机外形制造品质。

极易造成飞机外表面光顺度有所欠缺，且导数拐点等相关难题浮出水面。

二、基于MBD的飞机设计与制造（一）MBD 为航空产品制造单一信息源集成三维模型是MBD的核心，三维模型的有效使用，促使其对产品定义进行正确的表达。

关于MBD 技术在我国航空制造企业应用的几点思考newmaker航空复杂产品在产品设计上具有产品结构复杂、设计更改频繁、零部件数量庞大、材料种类繁多等特点；在产品制造上具有工艺专业种类多、加工/装配工艺复杂、制造流程长、零部件配套关系复杂等特点；在管理上具有工程更改频繁、供应链复杂、协作协同复杂、产品质量要求高、按架次管理等特点，并且航空复杂产品在其产品生命周期涉及到多产品、多企业、多部门、多业务之间的复杂协作。

随着市场竞争的加剧和全球化，航空复杂产品制造企业在不断缩短制造周期和提高资源利用率的同时，更加趋向于设计、工艺与制造过程以及整个供应链的紧密协同。

MBD （Model Based Definition ）技术，即基于模型定义，是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法，在三维实体模型中包含产品尺寸、公差等的制造信息定义和表达。

MBD 使三维实体模型作为生产制造过程中的唯一依据，改变了传统以二维工程图纸为主，而以三维实体模型为辅的制造方法[1]。

目前MBD 技术在空客公司和波音公司已经得到实际全面应用和推广。

实际上，美国机械工程师协会早在1997年就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（ASME Y14.41-2003)，随后CAD 软件公司把此标准设计到工程软件中。

波音公司在2004年开始在787客机的设计和制造中全面应用MBD 技术。

当前，我国航空制造业的数字化技术应用发展迅速，MBD 技术的引入和工程实践也已开展多年，并且三维数字化设计和MBD 技术在产品设计中已得到了成功深入的应用，这对下游的航空制造企业提出了新的迫切要求。

建立适应我国航空制造企业的MBD 技术应用推广路线和技术体系，使得MBD 数字化模型贯穿于整个产品生命周期的数字化制造过程中，建立基于MBD 模型的数字化设计制造一体化集成应用体系，达到无图纸、无纸质工作指令的三维数字化集成制造，是缩短产品研制周期，提高产品质量，保证产品研制节点的迫切需求。

基于MBD的飞机制造质量管控与监督模式及方法探讨探究实现摘要：飞机制造作为精密度要求较高的生产项目，加强质量管控与监督，对于提升成品生产质量有着重要意义。

本文基于MBD来讨论质量管控和监督体系和模式，同时也整理了融合式质量管控和监督关键技术，最后提出了飞机研制过程MBQ设想，其目的在于积累相应的管理经验，确保飞机制造结果的可靠性与合理性。

关键词：MBD技术；质量管控；监督模式；飞机制造随着MBD技术在飞机研制中的深入应用，在飞机制造过程中也推广应用了数字化预装配、制造过程仿真与优化等技术。

在这些先进技术的辅助下，飞机制造效率和质量也得到进一步提升，如何搭建可靠的质量管控与监督模式，也成为飞机制造活动中需要重点关注的内容。

1MBD条件下质量管控和监督体系和模式1.1设计研发环节基于MBD条件在飞机制造设计研发环节的质量管控和监督体系，是依托信息技术建立起来的量化评价体系，该评价体系所涉及的评估指标包括零件受力、是否存在应力集中、零件设计角度、零件设计尺寸等，而这些指标对应的质量要求和规范，也会作为评价时的重要的参考依据。

为了更好地评估设计研发内容，也会对这些内容进行量化处理，多采用“十分制”或“百分制”来量化这些评价内容，并且将评分结果划分为五个等级，以“百分制”为例，等级划分和对应分数为“优秀”（90-100分）、“良好”（80-89分）、“中等”（70-79分）、“及格”（60-69分）、“不及格”（低于60分），从而客观评估该环节的质量监督和管控情况，便于后续相关措施的顺利拟定。

1.2材料检测环节基于MBD条件在飞机制造材料检测环节的质量管控和监督体系，也会依托信息技术来搭建量化评价体系，该评价体系所涉及的评估指标包括材料硬度、材料韧性等，飞机制造所使用的材料主要以合金为主，因此还需要对其理化性质进行检测，参考相应的质量要求和规范，判断其质量是否满足应用要求。

为了更好地评估设计研发内容，也会对这些内容进行量化处理，所建立的评分机制和划分等级可参考1.1中的相关内容，以此来了解材料检测过程、检测结果的合格性，对于不合规的内容也需要及时采取措施进行处理，从而为后续施工活动的展开奠定基础。

MBD技术1 研究背景随着数字化设计与制造技术在航空制造业的广泛应用，特别是三维CAD技术的日益普及，飞机研制模式正在发生根本性变化，传统的以数字量为主、模拟量为辅的协调工作法开始被全数字量传递的协调工作法代替，三维数模已经取代二维图纸，成为新机研制的唯一制造依据。

当前，国外航空制造业的数字化技术发展迅猛，三维产品数字样机技术与工艺数字样机技术得到了深入应用。

但在国内产品三维数字化模型没有贯穿于整个飞机数字化制造过程中，二维工程图纸依然是飞机制造过程的主要依据。

因此，在制造过程中往往需要把三维数字化模型转化为二维工程图纸，作为工艺规划和指导生产的依据，致使工艺文件的编制也是二维形式。

在飞机装配过程中，由于各种原因，不可避免地要进行工程设计更改，而在二维图纸作为主要数据传递手段的条件下，任何三维设计的变更，都将带来繁琐的二维更新与新数据发布。

这种方式不仅效率低、周期长，还可能造成数据的不一致，带来现场生产错误，产品质量难以提高。

另外，基于MBD （Model-Based Definition）技术的产品定义工作尚处于探索阶段，以MBD 为核心的数字化工艺设计和产品制造模式尚不成熟，MBD的设计、制造和管理规范还有待完善，三维数字化设计制造一体化集成应用体系尚未贯通。

可以看出，我国航空企业依据产品三维模型来设计工艺数字样机技术亟待提高。

2 MBD的发展历程随着计算机技术的发展和三维CAD技术的成熟和普及，数字化产品定义经历了二维到三维模型发展的如下三个阶段。

图1 MBD发展历程•1997年1月，美国机械工程师协会发起关于三维模型标注标准的起草工作，以解决图纸与信息系统传输之间的矛盾。

最终于2003年7月被美国机械工程师协会接纳为新标准。

ISO组织借鉴ASME Y14.41标准制定了ISO16792标准，为欧洲以及亚洲等国家的用户提供了支持。

在日本，汽车工业协会也将以ASME Y14.41标准以及ISO16792标准为蓝本，2006年底出台日本汽车工业的相关行业标准。