【摘要】伴随MBD技术在飞机研制过程中的广泛应用，MBD模型逐渐成为产品设计、制造、检验、维修等环节的唯一依据。但目前各机厂所采用的检验方法和手段仍然比较落后，无法适应技术发展的需要。利用激光测距进行基于模型的飞机部件数字化检验的检测关键技术，能够提供飞机部件数字化检验流程以及数字化检验的关键业务，包括检验模型的创建、测量场的构建和检验数据处理，为基于模型的飞机部件数字化检验提供指导。
【关键词】模型定义技术 飞机结构部件 检验技术
飞机结构件的检验规划技术影响着飞机的飞行性能，会对乘客的生命安全和国家财产造成严重的威胁。对于飞机结构件的检验技术，我国的检验现状以二维图纸为准，随着技术的发展，MBD技术运用在当下的飞机构造检测中。MBD技术在国外航空企业的应用较早，实现产品设计、工装设计的三维制图，对于飞机结构件检验环节也实现了三维数字化表达，使得飞机的制造过程周期大大的缩短。基于MBD技术的飞机结构件检验技术，我国还处于探讨阶段。文章对MBD技术进行分析，为我国飞机结构件检验规划和数字化设计制造提供一些理论参考。
一、机械零件加工中出现的问题
机械零件贯穿国民生活，小到家居用品达到航空机械都离不开机械零件的加工，作为重要的组成部分，如果这些部分产生原始误差，就会造成机械加工误差的存在。
加工原理的原始误差。在大多数条件下，为了能够实现工件表面与理想几何参数的契合，就要求工件的运动与刀具的运动产生某种关联。这个运动联系其实就是加工原理。不过在理想几何参数下，加工原理相对而言是几乎不会存在误差的，这就要求高超精密的技术来研制机床或夹具，如果在刀具加工的过程中，没有完全根据理想几何参数进行，只是按照相近的加工运动或者类似的刀具轮廓，就容易引发原理误差。
机床误差的原始误差。在具体操作过程中，不管是机床的制作，还是机床的安装过程，必然会出现一定的磨损，从而导致机床误差的产生。尽管工厂方面在出厂之前，会进行对于机床的核查工作，不过一般来说，检测机床的重点在于关键零部件的大致位置和轮廓上，而且还是在没有削切荷载的状态下，因而在这种情况下的检测，所能呈现的只是机床误差中的静误差。
飞机零件机械加工时，在进行切削的过程当中，难以避免的，会产生一个力的作用，不仅如此，还会出现切削热和摩擦热，这些力度、热度作用在工艺系统的各组成部分上，就会导致不同程度的变形，从而致使变形误差的产生。由于冷热加工的不均匀，就会导致内部组织的体积发生改变，这样一来，就会产生内应力，从而导致变形误差。
二、我国的飞机结构件MBD检验技术现状
2.1数字化结构分析技术
目前我国部分航空企业虽然引进了先进的数字化测量设备，但各飞机主机厂在检验环节依然通过编制纸质检验计划指导检验工作，并没有形成以MBD为核心的制造检验一体化模式，无法指导下游部件的检验，如何实现真正的无图化、无纸化的三维数字化制造、装配与检验，将成为国内航空制造业今后发展的一个趋势。因此，通过对基于模型的飞机部件数字化检验技术的研究，提出部件检验流程和关键环节，对实现部件数字化检验工作高效、规范进行，提高产品的研制质量，提升企业数字化水平具有重要意义。
2.2数字化检验流程
飞机部件测量方式有很多，由于接触方式的不同大致分为接触式测量和非接触式测量。非接触式测量主要是利用磁场、超声波、光学等手段，将物理模拟量通过适当的算法转化为零件表面的三维点信息。其中基于光学的非接触式测量方法有激光三角法、结构光测量法、激光测距法等。主要讨论利用激光测距的飞机部件数字化检验，检验流程如下。
①检验模型创建。检验模型创建是根据部件不同检验特征的检验要求，对检验特征进行数字化定义，转换为指定测量位置理论测量点，同时在检验用简化模型上进行标识并对测量路径进行规划及工艺信息的标注，最后与设计模型相关联，形成检验模型。②测量场规划。测量场规划是模拟现场部件装配环境，以CATIA三维数模模拟侧量场站位布局开进行仿真侧试，对侧量过程中的干涉点进行规避，保证测量效率。③检验执行。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆按照测量场规划结果对测量站位进行布局，并依据创建的检验模型，利用激光跟踪仪引光，连接不同的数字化设备，实施部件检验特征的数字化测量。④数据分析处理。针对空间布局复杂并散乱的测量点进行尺寸偏差及形位偏差快速获取，并与理论公差值进行比对分析，获得检验结论，同时将数据的分析处理结果在软件中显示。⑤检验报告输出。包含检验要求、测量数据、检测结论等内容，并进行总结归纳为指定格式的最终检验报告。
三、基于MBD的检验规划体系应用
3.1MBD检验规划工艺模型的定义
MBD检验规划工艺模型中，只能进行公差、检验规划等相关信息的增加，不能对于工艺模型中原有的信息进行修改或者删除。
在MBD检验规划工艺模型中，检测的工序包括了检测工序序号、检测名称信息，在进行产品工序检验时候，也要关联加工工序信息，这表示该检验工序是在某一工序加工结束后进行的检验。检验的对象一般是指几何表面，使用的检测工具有手工和自动两类，其中手工类有游标卡尺、千分尺、R规、角度尺等；自动类有涡流测厚仪、电动轮廓仪、三坐标测量机等。在MBD检验工艺模型中，测量点位信息是测点规划的结果，用于记录三坐标值和测点在结构件几何表面上的法失向量值；测量路径是三坐标测量机在测量中测头的运行轨迹，在三维模型中是通过折线连线的形式表达。另外，测量的记录是用于判断测量结果是否合格的信息依据。
3.2基于MBD检验规划工艺模型的组织和数据管理
基于MBD检验规划工艺模型，对于数据的组织和管理有两种方式。由于CATIA采用的特征树方式对于模型数据进行管理，可以采用特征树方式对于检验规划信息进行管理，另外在特征树方式管理中要总结归纳出一个根特征原型，通过扩展得到其余特征原型，将测量点和测量路径的原型特征进行总结，使与实例化的结构树形式组织到一起，帮助用户查看和操作。另外，对于检验数据的管理，可以将检验规划工艺模型、检验规程、轻量化模型等集成在一个统一的信息框架中，并与MBD检验数据与业务信息系统进行共享，实现MBD的检验规划统一模型。
四、减少误差出现的措施
针对工艺系统变形，首先可以提高工艺系统的刚度，降低材料的削切使用量，使变动幅度值缩减。其次，还可以采取措施，通过一定的热加工，降低磨损度，使工件的韧性更加匀和，均衡中间构造。除此之外，还可以更改进给方向，逆向而行，清除工艺系统的变形，从而降低机械加工由于变形而引发的误差。
通过就地加工提高精度。在机械加工或者安装过程中，许多工件的加工并不是独立进行的，因为很多部件都是互相有所联系的，按照平常的机械加工步骤，很容易产生无法规避的误差，但是如若采取就地加工的途径，往往能够从很大程度上避免这些误差，不仅如此，还能够大大地提升机械加工的精准度。
采取转移、补偿的方式降低误差。很多情况下，一些机械加工的误差无论采取什么措施都是难以避免的，因此不如转换思路，采取转移或者补偿的方式来缩减误差。可以通过从工艺系统、夹具上面寻找突破点，来找到既能够转移误差，又不会对机械加工的精准度产生过多的负面影响的方法；或者也可以通过人工的逆向加工，来进行误差抵消、补偿，从而提升机械加工的精准度。
五、结束语
随着MBD技术在航空产品研制中的广泛应用，目前在航空产品的研制流程中普遍基于MBD模型开展工作，未来MBD模型将作为装备研制的唯一数据源进行传递。因此针对飞机部件的数字化检验方法提出相应的检验流程和关键技术环节，为MBD条件下飞机部件的数字化检验提供指导和依据。但是所提出的是以激光测距为基础的部件数字化检验方法，利用其他设备进行部件数字化检验的方法可参考使用，但具体实施过程仍需要进行进一步研究。
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论文作者:武政
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第04期
论文发表时间:2019/7/9
标签：误差论文; 测量论文; 模型论文; 飞机论文; 部件论文; 技术论文; 加工论文; 《科学与技术》2019年第04期论文;