基于MBD技术的航空发动机造数字化工艺实施应用

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BOM

3）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。

图3 Teamcenter中的NX数据集

4）工序内容建立

在NX中通过PMI功能进行3D制造信息标注，比如尺寸公差要求、加工区域标识、操作说明、检验要求等，如图4。需要展示内部细节时，可通过PMI剖视图展示。复杂工序可根据表达需要增加标注视图。对于热工艺，表现形式可根据加工特点作相应调整，一般情况下形状变化不多，尺寸公差信息较少，工艺参数较多。

图4 NX中3D制造信息的标注

5）PDM系统的MBD工艺管理

使用定制好的工艺文件模板，从系统中提取产品、工艺、工序、工装、设备等信息，添加到工艺文件中，生成的IE表达的工艺文件。图5是基于Web在线作业指导说明书，通过IE或其它浏览器打开创建的作业指导说明书；实现三维浏览器浏览JT模型。同时在PDM协同平台下提供设计、校对、审核、审定、标检、归档、发放等工艺审批信息的记录，支持圈阅信息的保存、对比、权限控制等；支持工序的会签，满足不同工序的差异化会签需求。实现在PDM协同平台下的MBD工艺流程管理。

图5 基于Web在线作业指导说明书

四、系统收益分析

MBD作为新一代工艺编制方式，是未来技术的发展方向，从生产线测试总结来看，该系统从功能上满足当前MBD需求：

1）新思路

由于设计所采用三维数据作为唯一数据源进行发图，系统基于设计提供三维数据，3D工序模型建模以及PMI 建模表达；工艺信息在NX 系统一次表达，直接生成工艺文档，表达可按需求3D或2D表达。

2）新方法、新工具

在三维模型直接使用HB5800-1999工具和加工序号自动标识功能，对于尺寸公差可以直接添加，量具、刃具等，工装也可以在进行尺寸标识的时候填写，系统自动生成工艺报表，节约了工艺编制时间。

3）协同

单一数据源MBD全信息模型协同构建，多部门提前介入，工程效益大大提高。

4）系统集成

系统与PDM系统无缝集成，工艺路线、工艺文件直接在TC系统管理，并且在TC系统审批流程。

五、系统展望

虽然该工艺编制系统是从功能上可以满足工艺人员工艺文件的编制，但是该系统目前还只是个原形系统，还只是一些关键技术的应用探索与突破，距离型号工程化应用阶段还需进一步研究完善和改进。