中国航天科工某院总体设计部全三维设计与管理案例

        一、项目背景

随着三维设计的广泛应用，三维模型的应用越来越广，三维标注的技术也越来越完善，通过三维标注用三维模型取代二维图纸，在工艺、制造、维修维护等过程中应用三维模型作为输入，使三维模型在工艺、制造、维修维护等过程中得到充分利用，提高工作效率。

通过大发三维工程化应用建设项目，建立大发基于全三维工程化应用的内燃机车设计工艺一体化平台，逐步取消二维工程图，实现内燃机车全三维设计、工艺、制造，提高新产品的研制效率，提升大发的核心竞争力。

1）建立全三维工程化应用的标准规范。

2）构建基于三维工程化应用的技术支撑平台，实现三维标注、三维工艺设计、三维工艺仿真验证、三维工艺数据管理、统一三维工程化工作环境。

3）在大发PDM系统中，固化内燃机车三维设计、三维工艺、三维制造流程，建立基于三维模型的新型产品研制模式。

4）通过三维工程化应用，逐步建立知识、经验积累和重用机制，固化到PDM系统，减少低水平重复设计，降低研制成本，提高设计质量。

5）培养一批三维工程化应用种子选手，建立一支三维工程化应用人才队伍。

二、实施方案

大发所提供的三维工程化应用，采用MBD（Model Based Definition）技术将产品生命周期内的所有信息（包括产品设计、工艺、制造、检测等过程信息）定义于三维模型上，实现基于三维模型的内燃机车三维工程化产品设计、三维工程化工艺设计、三维工程化仿真验证、三维工程化制造、三维工程化检测、三维工程化展示、三维工程化数据管理等，并通过PDM系统在相关的业务部门之间进行信息的传递和协同。

三维工程化应用基于统一的访问门户，设计、工艺、工装、标准化、制造、检测、展示等环节访问基于同一三维模型的工程数据，进行基于三维的内燃机车产品研制。

（1）三维工程化产品设计

三维工程化产品设计的核心是基于MBD的三维数字化样机，为工艺、制造、检测、服务等环节提供数据和支撑。数字化样机是一种基于产品的计算机仿真模型的数字化设计及优化方法。它综合考虑了总体设计、系统设计、工艺和维护，包含了从总体设计到零部件的全部设计过程，将设计规则和设计方法等知识融入在模型中。支持不同领域人员从不同的角度对虚拟产品并行地分析、测试与评估活动，以有效避免和减少在实物阶段发生各种问题。数字化样机的三维工程应用基于不是一个模型的应用，是一套模型。根据其应用阶段和专业角度派生出总体布置模型、设计接口和空间分配模型、详细设计模型、应力分析模型、工艺模型等等。

（2）三维工程化工艺设计

开展三维结构化工艺设计，开发三维结构化工艺设计环境，由“所见即所得”的卡片式编制方式转变为以MBOM为核心的“结构化”工艺编制方式，通过建立MBOM零部件与相应工艺数据之间的关联关系，实现各类工艺数据的关联化管理及变更历史记录，细化工艺管理颗粒度，从原来的零部件工艺延伸到零部件加工制造的工序、工步等环节，建立现场无纸化终端示范线，生产现场可直接利用MBD三维模型进行加工，提升工艺设计水平和管理水平。

三维结构化工艺输出基于WEB页面进行交互式浏览，将所有工艺数据信息有效整合展示，并可通过预定义的PDF工艺规程模板进行输出打印。

（3）三维工程化协同工作平台

基于PLM系统建立支撑设计、工艺等环节的一体化协同工作平台。协同开发是基于MBD三维模型和数字化样机，将产品研制过程中各角色人员组织起来，结合“人”和“产品（全三维数字化样机）”在一个协同平台上实现全三维机车的开发协同。协同平台有效管理全三维数字样机，包含对协作空间及权限的定义、全三维产品层级的定义、各样机模型的管理以及设计接口（界面）的传递等，并遵守IRIS开发流程，实现产品开发过程的管控，探索出以MBD三维模型为单一数据源的产品研发制造模式和内燃机车三维工程化应用的方法和技术路线。

以MBOM为核心的工艺数据组织管理模式， 以MBOM为核心对各类工艺数据进行结构化、对象化、关联化的管理，基于MBOM零部件可以快速查找到相关的各类工艺规程、作业指导书、工艺报表、工艺更改单等。通过在系统中构建完整的MBOM，将物料信息、制造结构信息、以及工艺路线等数据集成发布给ERP系统，一方面有利于实现物料按工位投放的精益制造管理模式，另一方面确保基于单一数据源实现向ERP中发布数据的准确性、一致性。

（4）三维工程化检测

进行三维在线和三维离线检测，基于MBD技术的三维实体模型，根据检测工艺，直接读取带三维标注的三维模型，直接自动生成三坐标测量程序，进行三维在线检测；应用专业的三坐标离线编程软件通过三维模型进行离线编程，生成的DMIS程序，传输到三坐标测量仪进行三维离线检测，有效利用三坐标测量仪的功能，避免中间的二维图纸转换，直接读取模型数据，在国内率先实现基于MBD模型的三维检测，大大提升了大发的三坐标检测效率和检测水平。

（5）三维工程化标准规范体系

三维工程化标准规范体系建设贯穿整个项目建设过程，统一大发三维工作环境和标准，规范设计、工艺、制造、检测等工作过程，建立戚墅堰大发的三维工程化标准规范体系，共制订标准51份，支撑整个项目建设和三维工程化推广应用，达到逐步取消二维工程图，实现内燃机车全三维设计、工艺、制造，提高新产品的研制效率，提升大发的核心竞争力的目的。

三、建设成果

项目实施后大发MBD水平、设计工艺一体化工作效率上了一个新台阶，为大发进入工业4。0打下了坚实的基础，为实现大发的战略发展目标构建了良好的平台，对培育大发核心竞争力，巩固了大发内燃机车的龙头骨干大发地位，为大发产品走出国门创造更为有利的条件。具体效益提升如下：

通过三维工程化应用项目建设，以MBD三维模型作为产品研发制造各个环节的载体，三维模型贯穿设计、工艺、仿真分析与试验、制造、检测等各个环节，大发产品研制手段和研制水平有了明显进步和提高。

1）在产品设计阶段将零部件的设计信息全部表达到MBD三维模型上传递给工艺，工艺继承设计MBD模型进行工艺模型设计、毛坯模型设计，直接利用设计MBD进行仿真分析，和零部件拆卸装配动画设计，直接利用设计MBD模型生成三维检测程序进行三维在线检测等应用，探索出以MBD三维模型为单一数据源的产品研发制造模式和内燃机车三维工程化应用的方法和技术路线，统一了三维工程化工作环境，打通以MBD模型为单一数据源的设计、工艺、制造协同工作模式。

2）建成了三维工程化应用标准规范体系，逐步取消二维工程图，直接以MBD三维模型作为交付物进行产品研制，提升大发产品研制水平和工作效率。

3）建立了基于PDM系统的设计工艺一体化协同工作平台，实现基于MBD三维工程化应用的三维研制数据管理。

4）开发BOM编辑器，实现EBOM/PBOM/MBOM协同设计、一体化变更；开发三维结构化工艺设计环境，细化工艺管理颗粒度，从原来的零部件工艺延伸到零部件加工制造的工序、工步等环节，并通过系统集成传递给ERP系统组织进行生产制造。