基于MBD的数字化检验验收系统研究
摘要
关键词
基于模型定义;MBD;检验验收系统;数字化
正文
随着现代化、信息化、智能化、数字化技术快速发展,装备验收中对数字化三维设计、三维工艺、智能制造等先进技术的需求也愈发迫切。传统检验验收往往以产品实物质量检测为主,基于经验主导、事后把关的人工检验模式,该方法在验收过程中需将获得的检测信息通过人工层层上报,数据实时性差且浪费了大量的人力和物力[1]。探索构建数字化军检验收新模式,提高军检工作的准确性、规范性、高效性,成为新时代背景下军检工作的发展趋势[2]。
一、MBD技术的诞生与初期应用
基于模型定义(Model Based Definition,MBD)技术最早由波音公司提出,它通过将三维产品制造信息与三维设计信息共同到三维数模中,改变了传统图纸和三维模型结合的二数据矛盾体系。该方法首先应用在波音787飞机的研制,从飞机的设计到制造真正实现了全三维数字化和无图纸化协同合作,充分体现了数字化技术的优越性[3]。
基于MBD的数字化验收技术通过创建高精度数字化模型,实现设计、生产、检验等各个环节的信息整合,可提升装备质量管理的效率与准确性,帮助验收人员在早期发现设计缺陷,降低后期质量成本,减少产品全生命周期费用。
二、基于MBD的数字化军检技术
传统的军检验收,主要是军事代表依据产品图样、技术文件、检验验收细则等相关文件,对产品进行检验和判定[4]。这种验收方式多以纸质方式对文档归档,对产品设计、制造、检验等过程进行实时监控力度较弱。
基于MBD的数字化军检技术是一种利用三维实体模型实时和直观的观察装备研制、生产过程中的零件、产品信息的数字化军检技术,通过综合机电一体化、图像识别和处理和数据处理等信息化、数字化技术手段实时采集和记录制造检测数据,摆脱传统以二维工程图纸为参考的的基于人工检验验收的工作模式,由过去单一的结果式验收,发展为“全系统、全特性、 全过程”的三全监督模式,以实时监测和三维可视化的方式帮助军事代表对装备实现设计、工艺、制造、检验的全流程进行直观监管,可大幅提升监督质效[5-7]。
三、基于MBD的数字化检验验收系统
为推动装备验收工作,许多学者对基于MBD的数字化军检技术进行了深入研究。杜宝瑞等[8]深入探讨了以MBD为基础的数字化检测工艺技术体系及其实现路径,构建了基于 MBD 的数字化检测工艺方案。侯世红等[9]基于模型的在线智能检测评价系统,研究分析了基于MBD的数字化军检所涉及的几种关键技术并探讨了数字化军检技术的优势。杨望东等[10]对基于MBD环境下数字化军检的优势和发展前景做了探讨。研究表明,基于MBD的数字化军检技术对装备质量的实时监督表现出明显优势,能够有效将设计意图传递到生产和检验环节,帮助军事代表实时监控产品质量,减少信息传递中的误差,从而推动军事代表质量监督和检验验收的工作质效提升。
随着装备工艺、结构日趋复杂,现有研究尚未深入结合实际验收需求,探索数字化军检系统的建设。本节将从检测工艺数据、生产过程、验收系统集成度三大部分详细设计数字化军检验收系统,以实现更加智能化的检验验收和管理,确保满足实际监管需求。
(一)基于MBD模型的检测工艺数据
基于MBD的数字化检验验收的任务,不仅满足传统检验验收需求,按照合同、技术协议及相关标准,对装备进行检查、检测、试验,根据结果判定是否接收;同时,该任务还能支持三维可视化设计,可实现生产过程的实时监测、管控和质量把关,有效预防不合格的原材料或元器件流入生产线,确保装备研制生产过程质量。基于MBD模型的检测数据主要包含的信息如图1所示[11],覆盖装备的研制生产全周期和完全检测数据,同时与数字化信息系统融合,能准确识别并记录产品的监测信息,从而和设计数据进行比较,给出准确、完整的检测结果,高效完成对产品质量状况判别。
图1 MBD检测模型内容
(二)基于MBD的数字化检验验收系统结构
数字化检验验收系统的典型构架如图2所示[13],分为研制过程检验、生产过程检验和售后维保过程的检验验收,其中,每一过程又细化为装备研制策划阶段、设计开发阶段、原材料采购阶段、生产加工阶段、成品检验阶段、入库发运阶段和售后维保等阶段的质量控制与检验验收。结合质量检验验收管理流程,自下而上,从数字化支持系统层、系统接口层、软件平台层、功能应用层、质量管理层、验收统计与质量管控和用户层的角度示例了大型复杂武器装备质量检验验收管理系统的总体结构,涵盖生产实现策划、产品原材料采购、批次检验的标识和可追溯性、关键过程、交付过程、监视和测量等过程。
图2 数字化检验验收系统结构
(三)基于MBD的数字化检验验收流程
基于MBD的数字化军检根据产品MBD模型中包含的全部信息制定检测工艺规划文件并提取标准检测参数;然后将MBD模型的质检参数与数字化测量设备和智能检测技术获取装备实物的检测数据进行对比,得到详细的质量检测报告。此外,实时监测和可视化技术的应用,实现了装备军检的实时过程监测,加强了产品质量的过程控制。产品研制生产单位在PDM系统或者PLM系统中发起军检流程并提交军检前审查的有关数据和资料,通过审查后,军事代表选择待检产品和待检指标,与MBD模型进行对比并给出判定结果。图3展示了基于MBD的装备军检简要流程[14]。
图3 基于MBD的数字化军检流程
检验验收和质量巡查是监控产品质量的重要步骤,是军检工作的重要环节。因此,建立规范、适用的军检验收程序和军检验收信息管理系统对军事代表实施产品验收是非常必要的。基于MBD的数字化检验验收系统主要由三部分组成分别是:基于 MBD 的数字化检验设计系统,数据管理系统和数据分析系统,如图4所示。
图4 数字化检验验收系统流程图
首先从PDM 系统获取设计数模、设计文件、规范等设计资料,基于 MBD 的数字化检验设计系统对检验文件、检验计划和数字化检测单进行编制与管理,生成MBD模型。而后,基于 MBD 的数字化检验设计系统自动加载产品设计、制造过程中的三维数字模型,并检查模型是否符合产品定义规范,显示产品信息,包含长度,直径,公差等信息。随后,检验数据管理系统中的产品信息与数字化检测设备获取装备实物的质量检测数据进行比对,对于合格的产品颁发合格凭证,汇总至产品合格品统计系统,并上传至数字化检验数据管理系统,合格质量证明文件同步完成存档;不合格的产品转入不合格品审理流程并在检验数据管理系统中进行不合格品信息标记。最后,数字化数据分析系统对验收过程和结果进行管理和分析。
四、应用前景与展望
某型产品壳体验收中采用该类数字化系统,实现了直观显示壳体三维模型的实测值以及与设计图纸的偏差等信息功能,可实时观察可视化模型和导出测量报告。并经多次扫描和重建,验证了该技术的高测量效率和高可靠性、高稳定性、高重复性。
该系统的应用,可在工艺设计、制造、检验等过程中实时采集和观察三维可视化模型,并记录实物质量的有关信息,实现数字化设计、工艺、制造、检验的完美对接,可帮助检验人员和军事代表及时发现质量缺陷,降低质量成本、人力成本和时间成本等。
模型的准确性和有效性,是制约装备数字化检验验收质量高低的关键,随着人工智能和大数据的不断融入,搭建互联互通的质量数据管理平台,进一步优化数字化检验验收系统功能,将有望实现更加智能化的检验和管理,进一步提升效率和准确性。
五、结论
本文以MBD技术为基础,全方位介绍了检验工艺数据、数字化军检系统以及检验验收流程,对军事代表开展数字化检验验收研究有一定的指导意义。开展基于 MBD 的数字化检验验收系统建设,可有助于提升军事代表对装备质量的监督和验收工作质效。
参考文献
[1] 刘小方.复杂武器装备数字化质量检验系统构建分析[J]. 计算机仿真, 20 1 5(03):25-28.
[2] 史猛,刘国庆.数字化军检基本问题研究[J].装备学院学报,2015,26(5):50-53.
[3] 范玉清,梅中义,陶剑.大型飞机数字化制造工程[M].北京:北京航空工业出版,2011:386-387.
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