MBD关联设计技术在航空发动机结构协同设计中的应用

    0 引言

    航空发动机产品研制涉及学科种类多，设计／工程技术要求高，部件／系统间协调关系复杂，整机综合匹配困难，是一项繁杂的综合类系统工程。而结构设计是研制过程中一个非常重要的环节，要综合气动、流体、传热、材料、工艺、强度、振动、装配、使用和维修等诸方面的问题，还要考虑实际制造与使用的具体条件，并结合国内外航空发动机的使用经验，通过权衡，得出适用的设计。

    传统的发动机结构设计从方案设计到工程设计，再到生产制造，均通过绘制二维图来表达产品的几何轮廓、尺寸、公差和工艺制造要求，存在错误表达和被错误理解的风险。为了解决这个问题，工程领域发展了全三维数字化技术，其典型特征是基于模型的定义(Model Based Definition，简称MBD)，用三维实体模型代替二维图形表达产品定义信息，即用三维实体模型直接定义最终的三维产品，从而避免了通过二维图和文字来重构三维产品模型呵能带来的理解和表达偏差，使得三维模型成为产品整个研制过程中的唯一数据源。

    目前，国外MBD技术的应用已经比较成熟，如波音公司在以波音-787为代表的新型客机研制过程中，全面采用了MBD技术，将三维产品制造信息与三维设计信息共同定义到产品的三维模型中，摒弃二维图样，并将MBD模型作为制造的唯一依据。国内航空业也开始研究MBD技术，并尝试应用于产品设计、制造的各个环节。

    随着MBD技术不断发展完善，航空发动机的设计方法也在不断地发展、进步。针对航空发动机结构设计中部件与部件间、部件与系统间、零件与零件间存在大量的几何及非几何的关联关系这一特点，尝试通过数字化设计技术建立、控制和传递这种关联影响关系，从而实现上下游设计信息的快速传递，以及更好地开展多专业、多部门间协同并行设计，缩短产品研制周期以及提高产品质量和生产效率。

    本文对MBD技术、关联设计技术、协同设计以及MBD关联设计在航空发动机结构协同设计中的应用进行了探索与研究。

    1 MBD技术概述

    1.1 MBD技术的定义

    MBD技术是一种新的产品数字化定义技术，是指用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息的方法。该技术是将原来定义在二维图纸上的几何结构设计信息、生产工艺制造信息和产品属性管理信息，共同集成定义在三维数字化模型中。改变了传统的二维图纸定义产品的轮廓、尺寸、公差及工艺信息，或者：二维图纸为主辅以三维模型的方法，同时使制造单位以三维数字化模型为依据，开展工艺、制造、装配、检测、服务等工作，实现设计、工艺、制造、检测等的高度集成，有效地解决了设计、制造、使用维护一体化的难题，消除了传统研发模式中三维模型与二维图纸之间的信息冲突，减少了创建、存储和追踪的数据量，保证了产品制造信息的准确性、唯一性、快速性，从而有效缩短了产品研制周期，提高了产品质量和生产效率。