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《造飞机的那些事》——NO.079《MBD自动化生成AO有办法啦》

《造飞机的那些事》——NO.079《MBD自动化生成AO有办法啦》 沈阳特种加工
2025-10-07
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导读:在飞机制造领域,每一次突破都蕴含着无数的创新与坚持。《造飞机的那些事》就是飞机制造领域的知识宝库,强烈推荐业内外对飞机制造感兴趣的人士关注,一起探索飞机制造的无限可能!

 

  多少年来,飞机设计工程师利用MBD技术进行飞机设计已经非常顺手啦,而飞机制造工程师面对充满着飞机设计师们显性知识和隐性知识的MBD,要求进行完全满足飞机设计思想的工艺设计,从而编制出详细的、无理解偏差的、具有指导操作者按图索骥般生产出飞机设计设想的飞机产品的AO和FO,这个过程是多么的痛苦,在很多情况下,要发生大量的FRR对工艺设计进行纠正和完善,工艺师们早就想过有一种什么更加科学的办法和工具直接把MBD无缝隙地自动转换成AO和FO。

  这不是偷懒,而是基于对飞机制造的科学性、安全性负责。

  好啦,现在这种工艺师们梦寐以求的工具和办法就出现了。

  这就是最近国际上有人在研究的飞机部件基于模型定义(MBD)驱动的装配作业指导文档(AO)自动化生成技术

接到飞机设计的MBD技术文件,进行工艺设计从而生成可以指导操作者作业的AO/FO,传统方法耗时易错,工艺工程师需分步编写装配作业指导书,并手动将技术信息嵌入文档或生命周期管理软件。后者虽能通过参数更新同步设计变更,但重大修改仍需人工调整文本结构,易引入错误且耗时冗长。为此,开发了一种基于JavaScript与VBA for Office的解决方案:通过简易界面快速生成包含文本、MBD模型参数、图像及格式的作业指导书,实现参数自动提取与插入,显著提升创建效率并降低错误率。以空客最新一代复合直升机RACER的机翼组件装配为例,验证了该方法的有效性与实施流程。    

          

装配作业指导书是保障装配质量与交付周期的核心要素,其内容涵盖工程技术人员实施产品装配所需的所有必要活动及技术规范。针对飞机部件等高价值、小批量、复杂产品,作业指导书的编制尤为复杂,因其涉及大量重复性工艺流程——例如在飞机结构多处出现的钻引导孔、锪孔、铰孔等标准化操作。

传统作业指导书编制方法存在显著挑战:工艺工程师需从分散来源(如CAD模型中的二维图纸、电子表格文档或工程师隐性知识)中整合技术信息,并手动录入文档或软件系统。由于航空航天产品设计周期通常长达5年,信息检索与整合过程极易因数据碎片化导致效率低下与人为错误。此类问题不仅威胁设计活动完整性,更可能因指导书缺陷引发操作混乱,直接影响产品质量。

当前,波音、空客等领先航司正转向基于模型的定义(MBD)技术以应对数据管理难题。尽管制造领域已有金塔纳、耿等人关于MBD技术的实践研究,但鲜有成果聚焦于实现MBD与作业指导书的动态同步。现有产品生命周期管理(PLM)软件(如西门子Teamcenter)虽能从3D模型提取数字文档并实现设计变更同步,却存在两大局限:

其一,复杂操作界面导致学习成本高企;    

其二,功能侧重技术插图生成,忽视车间人员更关注的指导文本内容。

PLM软件外,增强现实(AR)技术也被视为优化作业指导书视觉呈现、提升内容清晰度的潜在方案(如加图洛等人的研究案例所示)。作为传统文档的革新性替代方案,AR技术已在多项研究中展现出显著优势,包括缩短操作人员学习周期、降低培训成本及提升整体产品质量。例如,扎纳等人开发的高交互性AR工具可引导用户完成家具装配流程,其技术路线未来有望拓展至复杂飞机部件装配领域。

然而,AR技术在航空制造场景的应用仍面临多重技术瓶颈:

检测局限性:小尺寸部件(如螺钉、螺栓)的标记识别精度不足;

算力需求高:实时渲染对计算资源要求严苛;

实施成本高:设备部署与人员培训需前期大量投入;

离线特性缺陷:现有方案无法与设计变更同步,需耗费工时重构文档。

为了解决以上瓶颈,提出了一种基于MBD(基于模型的定义)技术的作业指导书快速生成方法,通过标准化装配流程与参数动态关联实现自动化。该方法包含三个核心模块:

1. MBD模型结构化处理

方法以已构建的MBD模型为数据基础,要求模型中的几何特征与装配信息采用标准化结构化存储。通过定义逻辑数据层级(如装配特征分类、参数关联规则),实现数据以XML等格式存储并支持智能检索。这种结构化存储方式使数据集与MBD模型形成可更新的动态链接:当设计发生重大变更时,系统仅需调整数据映射关系即可同步更新文档内容,无需重构底层数据结构。    

2. 工艺模板库构建

针对重复性装配工艺(如铆接、钻孔),创建可复用的工艺模板库。每个模板包含以下要素:

通用操作指令:描述工艺标准流程;

智能控制命令:根据目标装配特征参数自动触发步骤增删(如根据孔径尺寸判断是否需要扩孔);

参数占位符:MBD模型中的关键参数(如公差、材料属性)绑定,支持动态数据插入。

模板库采用"一次开发、多场景复用"机制:在航空领域严格的认证体系下,工艺模板仅需在工艺规范变更时进行维护,显著降低重复开发成本。

3. 双算法驱动的自动化生成

数据关联算法:通过特征识别技术匹配用户选择的装配体与工艺模板,建立占位符与MBD参数的动态绑定关系;    

文档编排算法:依次执行模板调用、参数替换、文本逻辑调整(自动处理步骤重复/跳过)、图像嵌入等任务,最终输出符合ISO标准的结构化文档。

AR外,学界亦探索其他自动化解决方案。例如,耿等人开发的轻量化工具通过嵌入式交互式CAD图像提升PDF文档可读性,但其仅支持图像生成,文本内容仍需人工编写,且与MBD模型的动态同步仍依赖耗时的手动操作。戈尔斯团队虽提出基于装配序列生成图像的方法,但文本说明过于简略,难以满足复杂装配需求。

综合现有研究可见,当前技术焦点集中于作业指导书的视觉呈现优化,而对文本内容自动化生成(尤其是实现MBD参数动态链接)的研究仍属空白。即便在AR等先进技术尚未成熟的应用场景下,工业界亟需能自动生成与MBD模型保持可更新关联的装配作业指导书系统。







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