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案例一:沈阳航空发动机设计研究所应用 MBD 实现产品的设计模式创新

在文檔中 大型装备制造业数字化之道 (頁 107-110)

业务挑战 :

■ 以二维工程图为标准的产品 研发模式造成大量重复工作

■ 数据不一致

■ 效率低

■ 更改多

■ 成本高

业务举措:

■ 采用主模型技术,实现设计、

工艺、工装、制造、检测的 并行协同

■ 通过集成的三维 MBD 模型来 完整表达产品定义信息,并 将其作为产品制造过程中的 唯一依据,实现设计、工艺、

制造、检测等的高度集成

中航工业沈阳航空发动机设计研究所

中航工业沈阳发动机设计研究所(也称中航工业动 力所)是新中国第一个航空发动机设计研究所,是中国 大中型涡喷、涡扇航空发动机的研发基地,同时还承担 着燃气轮机研发任务。

该所科研实力雄厚,拥有工程经验丰富的,涵盖空 气动力、流体力学、工程热物理、强度、控制等近40 个专业领域的科研队伍,具有高性能信息化网络系统,

完善的发动机整机、零部件试验手段、配套的试制加工 能力和可靠的质量保证体系。40 多年来,该所先后研制 了11 种型号的涡喷涡扇发动机,其中涡喷 7 甲(乙)

发动机已装备部队;“昆仑”发动机已设计定型,并成 为我国第一台拥有自主知识产权的航空发动机。该所还 先后取得了1000 多项科技成果,其中国家级 28 项,省 部级150 多项,并与英、美、法、俄等多个航空发达国 家建立了广泛的技术合作与交流关系。

传统产品研发模式面临的挑战

传统的产品定义技术主要以图纸为主,通过工程图 纸反映出产品的几何结构以及制造要求,实现设计与制 造环节的信息共享和传递。在数字化环境下,产品的定 义表达发生了根本的转变, 无论是几何结构、物理特性 还是产品相关属性, 都可以进行形象的表达, 但是由于 后期工序和相关部门还存在手工处理, 因而出现了手工 处理对直观信息需求缺失的矛盾。

实施效益:

■ 零件制造信息容易传递并减 少制造成本

■ 简化数据发放流程

■ 加快产品上市时间

■ 消除重复工作

■ 消除 3D 模型和 2D 图纸之间 的信息冲突

■ 减少创建、存储和追踪的数 据量

在目前制造环境中, 仅靠三维模型数据进行加工还 存在不足。因为目前仅依靠三维模型数据, 往往难以直 接进行产品生产和检验, 即三维模型数据中未能按照让 阅读者立刻明白的方式将生产技术、模具设计与生产、

部件加工、部件与产品检验等工序所必需的设计意图添 加进来。虽然三维数据包含了二维图纸所不具备的详细 形状信息, 但三维模型数据中却不包含尺寸公差、表面 粗糙度、表面处理方法、热处理方法、材质、结合方式、

间隙的设置、连接范围、颜色、要求符合的规格与标准 等仅靠形状而无法表达的非形状信息。另外, 基于注释 的形状提示、关键部位的放大图和剖面图等能够更为灵 活而合理地传达设计意图的手段也存在不足。更重要的 是, 要想将三维数据当作传递设计信息的载体,必须明 确数字化定义应用的形态, 也就是以什么样的形式表达 什么样的产品信息。

产品设计的创新

该所利用Teamcenter 产品全生命周期管理平台对 产品数据进行管理,采用NX PMI 作为 MBD 设计的工具,

实现了某型号航空发动机产品整机的MBD 设计。

该所基于MBD 的信息化技术推进型号研制,实现 数字化设计与制造。研究所与中航工业黎明厂统一思想,

利用MBD 技术,实现了完全数字化产品定义,即包括 三维模型、三维标注、属性、约束、注释等信息在内的 完整的定义。实现某型号发动机整机的MBD 设计、数 字化定义从只关注几何外形的三维模型到完全产品定义 的MBD,设计方式发生根本的变革,数字化技术的水平 有了一个大跨度的提高。通过完全数字化产品定义技术,

为在设计、工装、设计、制造、零件加工、装配等过程 实现数字化的传递,奠定基础。缩短产品的研制周期,

在外部管路上从三维设计到加工实现了全三维数字化,

减少了返工。该所MBD 的实施内容包括:

◆ 选择正确的MBD 实施工具

针 对MBD, 西 门 子 公 司 的 NX 软 件 提 供 了 满 足 ASME14.41 和 ISO16792 标准的产品制造信息工具(简 称PMI)。PMI 应用在产品开发系统中, 用于将产品 部件的设计信息(几何公差信息/3D 注释/表面粗糙 度/材料规格等)正确传递到产品研制下游中。GB 同

ISO16792 基本一致,因此采用 NX PMI 工具 能够实现MBD 数字化模型的创建。

该所现有产品的结构设计与制造均采用 NX,西门子 公司的 NX PMI 工具能够基于设计 的三维模型实现三维标注,因此Teamcenter 是该所的产品设计管理平台,NX 软件是其实

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