■ 杜玉潔 陶金 陳亮/中國(guó)航發(fā)商發(fā)

三維控制模型在航空發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用，作為管控和傳遞航空發(fā)動(dòng)機(jī)物理接口信息的創(chuàng)新舉措，消除了傳統(tǒng)研發(fā)模式中二維圖樣和三維模型之間的信息沖突和差異。

在傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)接口尺寸要求均通過二維圖樣來表達(dá)，與最終用于生產(chǎn)制造的三維模型無直接關(guān)聯(lián)，存在信息傳遞錯(cuò)誤、遺漏的風(fēng)險(xiǎn)。隨著全三維數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用推廣，航空發(fā)動(dòng)機(jī)在研發(fā)和制造過程中，通過基于模型定義（MBD）技術(shù),逐步以三維數(shù)模設(shè)計(jì)替代傳統(tǒng)的二維圖樣設(shè)計(jì)，三維實(shí)體模型成為產(chǎn)品研制過程中的唯一數(shù)據(jù)源，應(yīng)用于設(shè)計(jì)、制造、裝配、使用、維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)，從而在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段提前發(fā)現(xiàn)和解決問題，不但提高了產(chǎn)品的可制造性、可裝配性和維修性，還提高了產(chǎn)品質(zhì)量，縮短了研制周期[1-2]。發(fā)動(dòng)機(jī)物理接口表達(dá)了部件/系統(tǒng)界面間主要結(jié)構(gòu)形式、尺寸等機(jī)械特性信息，可以通過采用MBD三維設(shè)計(jì)技術(shù)，在實(shí)際應(yīng)用過程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)并提升物理接口設(shè)計(jì)水平。

基于模型定義技術(shù)的結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)

基于模型定義技術(shù)的發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)的方法、流程與工具，重點(diǎn)包括自頂向下結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)、基于模型定義的關(guān)聯(lián)管控物理接口控制、基于模型定義的典型參數(shù)化接口設(shè)計(jì)和發(fā)動(dòng)機(jī)模型成熟度設(shè)計(jì)等技術(shù)。

自頂向下結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)

自頂向下結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)是通過產(chǎn)品研制階段（概念設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段、詳細(xì)設(shè)計(jì)階段）構(gòu)建的結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)流程（見圖1）。設(shè)計(jì)的起點(diǎn)為總體性能流道，在整機(jī)性能流道的基礎(chǔ)上完成總體級(jí)物理接口定義的交付物（總體結(jié)構(gòu)草圖、方案圖、總體級(jí)部件/系統(tǒng)控制模型），輸出至部件/系統(tǒng)完成部件/系統(tǒng)級(jí)物理接口定義的交付物（部件/系統(tǒng)級(jí)方案圖、控制模型、部件系統(tǒng)的組件級(jí)控制模型），以及詳細(xì)設(shè)計(jì)階段的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)交付物（發(fā)動(dòng)機(jī)部件、整機(jī)工程設(shè)計(jì)模型），至此完成全流程設(shè)計(jì)工作。在設(shè)計(jì)過程中，通過制造、裝配過程對(duì)設(shè)計(jì)模型及相關(guān)說明文件進(jìn)行工藝評(píng)估和反饋，最終完成整機(jī)及部件的控制模型、模型的設(shè)計(jì)迭代工作。

圖1 結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)流程

圖 2 設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)源傳遞流程

關(guān)聯(lián)管控物理接口控制

基于模型定義的關(guān)聯(lián)管控物理接口控制是建立完整和詳細(xì)的總體級(jí)至部件/系統(tǒng)級(jí)的分層級(jí)、分類別的接口控制模型，使各部件及系統(tǒng)的工程三維模型設(shè)計(jì)及更改，全部關(guān)聯(lián)管控在總體級(jí)及部件/系統(tǒng)級(jí)三維控制模型的接口要求下。需要注意的是，物理接口信息從總體結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)傳遞至部件/系統(tǒng)，須自上而下傳遞，避免循環(huán)、重復(fù)或自下而上傳遞。零件、組件中的控制元素，應(yīng)該來源于最底層的控制模型，目的是保持清晰的追溯和輸入關(guān)系，即接口控制傳遞流程應(yīng)為從總體級(jí)控制模型傳遞至部件/系統(tǒng)級(jí)控制模型，再?gòu)牟考?系統(tǒng)級(jí)控制模型傳遞至部件模型、整機(jī)模型。設(shè)計(jì)信息數(shù)據(jù)源傳遞流程如圖2所示。

典型參數(shù)化接口設(shè)計(jì)

基于模型定義的典型參數(shù)化接口設(shè)計(jì)是通過知識(shí)積累和規(guī)范設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，針對(duì)安裝邊接口、安裝座接口、管路接頭接口、測(cè)試引線開孔等類別，形成典型類別的部件界面間參數(shù)化接口設(shè)計(jì)方法及工具，針對(duì)UG軟件進(jìn)行二次開發(fā)，在UG三維模型設(shè)計(jì)軟件中實(shí)現(xiàn)直接輸入?yún)?shù)，形成控制模型特征線條及標(biāo)注等信息。建立典型接口信息工具庫(kù)，可減少重復(fù)建模的時(shí)間，便于快速開展設(shè)計(jì)迭代與設(shè)計(jì)評(píng)估，并規(guī)范同類接口的表達(dá)形式。

發(fā)動(dòng)機(jī)模型成熟度設(shè)計(jì)

依據(jù)中國(guó)航發(fā)運(yùn)營(yíng)管理體系（AEOS）產(chǎn)品研發(fā)體系結(jié)構(gòu)開發(fā)程序文件的要求，可以建立商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)模型成熟度定義標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)各研制階段控制模型及模型涵蓋的內(nèi)容、成熟度等級(jí)進(jìn)行定義，明確協(xié)同設(shè)計(jì)過程中模型的完整程度和具體進(jìn)度，便于跨專業(yè)和跨企業(yè)的協(xié)同設(shè)計(jì)工作開展。

物理接口設(shè)計(jì)質(zhì)量提升管控

根據(jù)物理接口設(shè)計(jì)的實(shí)際應(yīng)用及工作反饋，設(shè)計(jì)質(zhì)量提升管控工作著重于模型架構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)、模型成熟度定義的優(yōu)化等內(nèi)容的深化和精煉。

架構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)用及改進(jìn)

在產(chǎn)品研發(fā)階段存在以下實(shí)際情況：設(shè)計(jì)改進(jìn)迭代、每次上臺(tái)不同的測(cè)試改裝需求等因素，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的部分接口和部分零組件模型構(gòu)型發(fā)生變化；在控制模型應(yīng)用初期未能識(shí)別歸類需求，使得單個(gè)總體級(jí)部件控制模型中存在100多個(gè)接口視圖，導(dǎo)致不能快速定位視圖、表達(dá)信息；各總體級(jí)部件控制模型內(nèi)部，按結(jié)構(gòu)分工有發(fā)動(dòng)機(jī)部件間接口、發(fā)動(dòng)機(jī)與外部接口、測(cè)試改裝接口3大類。

為了更好地管控接口和設(shè)計(jì)構(gòu)型，在前期使用視圖編號(hào)方式進(jìn)行接口管理。但由于單臺(tái)份發(fā)動(dòng)機(jī)每次上臺(tái)會(huì)根據(jù)不同的專項(xiàng)試驗(yàn)科目和測(cè)試項(xiàng)目、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)迭代改進(jìn)等需求，進(jìn)行總體級(jí)和部件/系統(tǒng)級(jí)的接口設(shè)計(jì)變更迭代、模型設(shè)計(jì)更改以及后續(xù)的實(shí)物補(bǔ)加工等工作任務(wù)，采用編號(hào)區(qū)分的簡(jiǎn)單管理方式不足以清晰、系統(tǒng)地表達(dá)和傳遞信息。由此，進(jìn)一步改進(jìn)優(yōu)化控制模型和模型的架構(gòu)設(shè)計(jì)流程（見圖3）。經(jīng)驗(yàn)證，可以較好地控制設(shè)計(jì)狀態(tài)和實(shí)物狀態(tài)以及表達(dá)設(shè)計(jì)迭代優(yōu)化過程，達(dá)到技術(shù)狀態(tài)清晰、明確的效果。

圖3 模型架構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化流程

模型成熟度定義及設(shè)計(jì)流程優(yōu)化

在實(shí)際項(xiàng)目研制及流程應(yīng)用中出現(xiàn)了產(chǎn)品研制過程的控制體現(xiàn)不明顯、成熟度標(biāo)識(shí)對(duì)象不明顯、迭代層次混亂等問題。對(duì)此，針對(duì)模型成熟度定義及設(shè)計(jì)流程，進(jìn)行了優(yōu)化工作：針對(duì)產(chǎn)品研制過程中的控制問題，在流程中對(duì)各個(gè)設(shè)計(jì)階段的總體控制模型、部件控制模型、部件模型、整機(jī)模型的工作流程順序進(jìn)行定義；針對(duì)成熟度標(biāo)識(shí)對(duì)象不明顯的問題，在流程中結(jié)合AEOS結(jié)構(gòu)開發(fā)程序中協(xié)同設(shè)計(jì)工作、產(chǎn)品技術(shù)評(píng)審節(jié)點(diǎn)，明確流程中各設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)交付物的技術(shù)成熟度；針對(duì)設(shè)計(jì)迭代反復(fù)的問題，在流程中區(qū)分和明確主線流程和迭代流程。

設(shè)計(jì)質(zhì)量提升措施

針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)研制過程中結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)研究工作，以及MBD全三維物理接口定義與管控方法的實(shí)際應(yīng)用，后續(xù)將基于需求分析和定義階段的設(shè)計(jì)工作內(nèi)容，針對(duì)物理接口開展以下兩方面工作：一是建立接口控制說明文檔，用于記錄功能、材料、工藝、強(qiáng)度等評(píng)估結(jié)果，并納入接口符合性檢查等內(nèi)容；二是搭建物理接口數(shù)據(jù)庫(kù)，持續(xù)豐富典型接口結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，提高設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

結(jié)束語(yǔ)

結(jié)構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)、物理接口關(guān)聯(lián)控制技術(shù)、基于參數(shù)化接口設(shè)計(jì)及具有成熟度標(biāo)識(shí)的設(shè)計(jì)流程已被應(yīng)用于商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的型號(hào)研制工作，不但實(shí)現(xiàn)了物理接口與模型關(guān)聯(lián)管控、結(jié)構(gòu)空間接口約束、跨專業(yè)在線協(xié)同、數(shù)據(jù)源唯一傳遞、結(jié)構(gòu)接口參數(shù)化設(shè)計(jì)、模型成熟度定義等應(yīng)用技術(shù)，而且從物理接口到試制裝配、從試制裝配到接口改進(jìn)的全流程結(jié)構(gòu)定義管控與質(zhì)量獲得了提升，建立的協(xié)同設(shè)計(jì)流程、控制模型構(gòu)架及控制元素要求為總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的各階段提供了方法與支撐工具，提高了協(xié)同設(shè)計(jì)效率、減少了數(shù)據(jù)傳遞差錯(cuò)。