航空制造业中基于MBD的首件检验

张笑宇

摘要：随着数字技术的发展，越来越多公司使用MBD（Model Based Definition基于數模的定义）的形式传递工程要求。在分析MBD 模式的基础上，本文给出了在MBD 环境下实现首件检验的关键技术，以探讨实现此类首件检验的难点和关键点。

关键词：首件检验;基于数模定义;AS9102

当前，在航空制造业领域，数字化设计与制造技术得到了广泛的应用。同时，在计算机技术发展的基础上，传统的以模拟量传递为主的协调工作法逐步向全数字量传递转变。到目前为止，数字化产品定义的变革也经历了以下三个阶段：二维电子图纸、三维数模加二维图纸、全三维数模（MBD技术）。

1.MBD的意义：

在三维数模加二维图纸的模式下，仅靠三维模型，往往难以进行产品生产和检验。也就是说，三维模型中没有以让技术人员立刻明白的方式，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须的设计意图添加进来。

三维模型包含了二维图纸所不具备的详细形状信息。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。基于这样的情况，MBD技术得以发展。MBD （MODEL BASED DEFINITION）即基于模型的工程定义，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体，它详细规定了三维实体模型中产品尺寸、公差的标注规则和工艺信息的表达方法。MBD改变了传统由三维实体模型来描述几何形状信息，而用二维工程图纸来定义尺寸、公差和工艺信息的分步产品数字化定义方法。同时，MBD使三维实体模型作为生产制造过程中的唯一依据，改变了传统以工程图纸为主，而以三维实体模型为辅的制造方法。MBD在2003年被ASME批准为机械产品工程模型的定义标准，是以三维实体模型作为制造依序的标准体。

2.基于MBD首检的重要性：

在2014年10月发布的AS9102 B版（Aerospace First Article Inspection Requirement航空首件检验要求）中，主要就是增加了对DPD对应首件检验的关系，升版信息如下：

This standard was revised to emphasize the value of the First Article Inspection （FAI） process to an organization，separate and enhance the planning and evaluation activities，and define Digital Product Definition （DPD） and its relationship to the FAI process.

（这份标准的升版是为了强调首件检验过程对于一个组织的价值，分开且强调了计划和评估活动，并且定义了数字化产品定义和它与首件检验过程的关系。）

之所以会做这样的更改，必然是为了适应国际上越来越多的航空产品公司开始使用MBD来作为定义产品方法的趋势。由此可见，在MBD环境下做好首件检验工作，将是未来极为重要的一项内容。

3.虚拟首检：

MBD这种方式也是本公司在实际生产过程中第一次遇到，新产品开发阶段经历了工程信息的“理解”“计划”“实施”三个阶段，传统的实物的首件检验发生在“实施”阶段，但是在“实施”进行首件检验存在的问题在于：

（1）前期波动没有得到控制;

（2）太晚发现问题。

针对这种情况，我们发展了“首件检验”的概念，希望在“理解”和“计划”阶段更清楚的正确的一致的理解工程信息。

为了实现正确的一致的理解工程信息，我们相信只有通过“制造线”和“质量线”分开理解，形成相应的文件，然后合并对照，才能实现，这就是所谓的“虚拟首件检验”的概念。

具体的做法是，在“理解”阶段，我们推动工程部门根据工程文件（数模&规范）编制规范清单（Bill of Specification，BOS），特种工艺清单（Bill of Special Process，BOP），包含规格的材料清单（Bill of Raw Material，BOR），标准件清单（Bill of Standard Part，BOSP）等工程分析文件，然后与质量部门编制的文件进行比对，实现“理解”阶段的“虚拟首件检验”，最后发布经过比对的工程分析文件供其它部门使用（采购、供应商管理、车间），其它部门在使用这些文件的时候如果发现与数模和规范相冲突的地方，以数模和规范为准并上报问题给工程部门和质量部门以进行及时纠正。

在“计划”阶段，我们推动制造部门根据工程文件和“理解”阶段形成的工程分析文件编制特性清单（Bill of Characteristic，BOC），工艺方案和相应的控制计划（Control Plan，CP），然后质量部门对其进行检查，检查结束配合制造部门进行分析，分析结果供项目部门参考，实现“计划”阶段的“虚拟首件检验”。

最后在“实施”阶段的实物的首件检验按照传统的程序流程进行，并全面地检查前面两次“虚拟首件检验”的效果。

4.基于MBD的零件首检：

通过虚拟首检之后，大部分的零件特性都能够得到充分识别，但在之前的特性介绍中，曾经提到，此类零件数模具有隐性特性多的特点，这就给尺寸检查带来了难度。与此同时，现场检验员是否具有正确阅读数模的能力，或者有能力阅读数模的人是否能对特性识别完整无遗漏，也是一个不可忽视的问题。

针对这一的情况，在进行基于MBD的首检时，质量工程师会把这些隐性和显性特性都提取出来，并通过截图编号的形式，把这些特性落实到气泡图上，以供检验员首检使用。

5基于MBD的组件首检：

在进行基于MBD的组件首检时，一个同样的问题就是如何把数模信息传递给检验员。针对这一问题，我们采用PDD（Production Definition Document）这种文件，把三维数模转换为二维图纸。PDD文档包括了产品定义信息、注释、标准通注、连接定义、加垫定义和密封定义等内容，基本囊括了所有装配时需要使用的信息。（见图1）

在进行基于MBD的组件首检时，最复杂的部分是大量的连接定义。以往二维图纸的检查经验是，通过二维图纸中标注的紧固件牌号追溯到相应的规范，通过规范中对应的孔径和相应的紧固件安装要求来检查。MBD环境中，这一点可以更方便的执行，每一个连接定义中，对具体的紧固件牌号、紧固件数量，以及钻孔及安装紧固件所依据的规范都有更加清晰详细的说明（可参考图1）。但值得注意的一点是，在有些连接定义中，孔的最大最小值被直接列出，其尺寸与相应的BAC规定的尺寸不同（可参考图1），在这种状况下，要遵循的优先级是“图纸大于规范”，检查则必须以连接定义中所规定的参数为准。

除此之外，在装配首检中，一个很常见的问题就是我们的装配大纲并不可能完全依照装配数模传递的组件结构来制造。举例来说，数模中规定ABC三个零件组成了一个组件D，但在我们正常生产过程中，为了方便生产，很有可能只是先把AB组在一起，C可能会与别的零件先组到一起。在这种情况下，我们必须以E-BOM（engineering-bill of material工程材料清單）为准，以图纸规定的结构为准，每份装配图纸出一份首检，而不能迁就现场的装配大纲。这样做的好处是可以在装配首检全面完成之时，同时验证装配大纲的正确性。这样做的难点就是检验员在实际操作中，一本首检报告很可能要涉及到很多本大纲的内容，从而增加了检验难度。

6.结束语：

通过以上的介绍，我们可以发现，MBD这种技术，在工程要求的条理性以及对产品的直观认知上，给予了我们很大的方便。但与此同时，在进行基于MBD的首件检验时，给技术人员提出了更多的要求，比如隐性尺寸的提取以及三维转二维的信息传递等问题。

无论如何，MBD技术肯定会成为未来航空业的主流，同时首件检验的重要性也会更加被重视，我们如何去适应这种环境是一个迫在眉睫的问题。我们目前也在考虑诸如轻量化数模的可行性，或直接生成检验专用数模已规避三维转二维的过程中带来的差错。这些都是我们今后努力发展的方向，而这些努力唯一的目的就是为了我们的首件检验更加正确有效。

参考文献

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