基于MBD的飛机结构件建模及数据管理技术专业论文.docVIP

第1章 绪论 1.1研究背景与意义 1.1.1研究背景 近年来,特别是进入20世纪90年代以来，数字化技术在全世界制造企业，尤其是在大型飞机制造企业中的地位越来越得到重视，已经成为一个企业能否战胜同等地位企业的重要标志。数字化研制是一场由里到外、由旧到新的全新生产方式的变革，它推动着管理体制、组织体系、标准规范、设计方法、生产运作、思维方式及工作方式的根本改变[1]。但是在我国飞机制造企业中采用串行的设计制造流程，国外先进的数字化协同研制优势在我国难以有效发挥[2]。 随着航空工业的发展，航空结构件日趋大型化、复杂化，如图1.1所示。飞机结构件是飞机的主体框架，是其它零部件及设备的载体，是飞机设计过程中的主要部分。飞机结构件设计的质量和效率直接影响到飞机设计乃至制造过程。飞机结构类零件数量巨大、形状复杂，从飞机诞生以来的很长的一段时间，它们的设计制造方式都使用纯人工的方式，这种方式不仅需要大量的人力物力，而且设计效率低下，工作量大，返工率高，对飞机的生成效率产生了重大的阻碍，成为飞机设计制造的颈瓶。如何快速、高效地完成结构件的数字化定义和数控加工，成为飞机数字化产品定义和制造所要解决的主要问题[3]。 图1.1 飞机整体结构示意图 另外，在飞机设计制造过程中，管理也是非常重要的环节，在管理中出现的如串行生产组织方式、信息化孤岛等问题也将影响飞机的制造过程，这些问题如得不到及时解决也将阻碍企业的发展。飞机产品结构与其它产品相比要复杂得多，不仅设计复杂，加工工艺也非常复杂，这些环节的质量将直接影响到飞机的性能。飞机作为一种机械产品，与一般的机械产品有很大差别，飞机结构件结构复杂，加工特征多，包含大量自由曲面、相交特征和特殊加工区域，加工难度大。为保证产品制造精度和互换性，长期以来，飞机生产在传统上采用以模拟量传递尺寸为主要特征的制造技术体系.这种体系存在许多弊端，影响飞机生产的进一步发展和提高[4]。 基于MBD的设计制造技术以飞机结构件MBD模型为唯一依据，实现产品设计人员和工艺人员间快速有效地协同设计。MBD技术是CAD技术发展的新趋势，它改变了传统的研发模式，建立MBD模型不仅仅是设计者的任务，工艺、工装、检验都要参数到设计的过程中，高效地应用了数字化技术带来的便利。MBD技术的实施及推广，在高效管理体系及设备等支持下，对于整个设计制造行业来说，有利于提高工程质量、缩短零件设计准备时间、易于协调、减少成本等[5]。 因此，为了适应飞机多型号快速性，可靠性的设计的要求，提高飞机设计能力、水平、效率、缩短型号研制周期，结合我国现有飞机设计的实际情况，提出基于MBD的全三维参数化建模技术，在数字化技术及设计技术基础上，针对飞机典型结构件设计，其研究成果同样适应于其他产品零件。研究基于MBD的设计制造技术对提高飞机结构件设计质量、数控加工效率、缩短飞机研制周期具有重大意义。 1.1.2研究意义 与一般的机械零件相比，飞机零部件具有零件种类多，零件结构复杂，精度要求高等特点，三维参数化复杂程度高，但是由于没有图纸定义产品尺寸，实体建模精度的检验显得尤为重要。所以当前飞机结构件三维模型的建立一直是急需解决的难点，这直接影响到产品的设计与制造，并导致生产周期过长。为此，需要一种方法既能达到用企业和设计者的愿望，又能满足用户的要求，所以提出了基于MBD的参数化建模系统的方法。本课题就是题借助三维设计软件CATIA与其最先进的二次开发工具CAA，采用了先进的设计思想和设计方法以及先进的数据管理理念，建立起三维参数化建模平台体系结构。从而达到了快速研制和快速批量生产的目的。总体来讲，具有以下意义： （1）避免重复设计同一类型的飞机零部件，减少设计时间； （2）建立模板库，实现企业内部设计人员对资源的有效共享； （3）大大减少了设计数据的输入和存储数据的冗余； （4）数据集中统一管理，可正确、一致并可靠的提供各应用程序所需的数据，避免了由于设计数据输入有错而造成的返工现象； （5）设计数据由零件模板数据库系统统一管理，可以保持数据的完整性，同时加强了数据的安全性； （6）提高企业的设计生产能力，缩短产品研发周期，提高我国航空制造业的水平，增强国防建设能力。 1.2国内外研究现状 1.2.1国外研究现状 数字化定义技术的应用正迅速改变着传统制造业的工作模式，它经历了从二维到三维模型发展历程。数字化定义技术的发展从手工绘图到二维CAD的应用，到二维加三维设计模式，再到三维建模技术，实现了从平面投影技术到全三维实体模型数字样机以及完整数字化产品定义的转变。1997年1月ASME发起了关于三维模型标注标准的起草工作，直到2003年7月才被ASME批准为三维建模新标准。随后当时世界各大软件公司才陆续支持三维标注技术。波音公司在必威体育精装版的波音787项