航空航天业数字化模型应用解决方案

航空航天业数字化模型应用解决方案

一、 公司介绍

业基科技股份有限公司成立于2009年，是国内首先将国际先进的数模几何质量PDQ（Product Data Quality）概念引入国内的专业公司。目前是国内唯一有能力实施PDQ项目的公司，拥有强大的PDQ专业顾问群，涵盖了欧、美、日等国的资深顾问，专注于为客户提供数模质量解决方案并制定数模质量标准的公司。

我们与国际主流的CAD/CAE/PLM厂商如：西门子、达索、PTC、Autodesk等企业建立长期的战略合作关系，每年会从这些厂商得到最新版本的API及内核更新信息。从而加强了我们解决方案的功能和适应能力。

目前我们的客户主要分布在汽车、航空航天、高铁、轨道交通、高科技电子行业，以下是我们的典型客户：

一、 现代航空航天业面临的挑战

1、 数字化应用由设计全面扩展到数字化制造和装配

目前国内的航空航天业已经全面应用国际先进的MBD/MBE技术来进行产品的数字化定义，但在拓展数字化制造阶段还与国际先进技术有着较大的差距。主要体现在航空航天产品的大型装配还停留在刚性桁架和工装阶段，产品制造的成本高、生产准备时间长、产量低、装配线适应性差等特点。但国外已经将数字化制造全面应用于军用、民用航天航空产品中。其中以数字化柔性装配为特性的整机大部段装配为制造特点，其主要特点为产品适应性强、制造成本低、生产准备时间短。但其应用对产品的3D数模提出了很高的要求。下图是数字化柔性装配的示意图：

数字柔性装配的重要一环是对现场情况的实时测量，并与3D数模进行比较，然后控制执行系统进行产品部段的受控空间移动。而目前数字化测量系统（DMS）中的API激光跟踪仪自带的SA软件只能读取STEP或IGES数模，经常会将CATIA的实体数据读取至SA软件后变成了破面数据，严重的情况甚至会产生面丢失的情况。试想一下如果作为测量基准的数据存在偏差的话，何谈数字化装配产品的精度。

波音787在试制阶段曾发生在美国Spirit公司制造的前机身（41段）与日本制造的中机身段（43段）在对接装配时，机身的前左侧出现的机身外形严重不协调问题造成前后两段机身外形的段差达0.3英寸（0.762mm）。造成严重的质量事故。

1、 设计方法由传统转变为基于仿真优化的设计方法

传统的设计方法CAE的输入是设计模型，而基于仿真优化的设计方法则将设计的输入变为CAE的输出。具体请见下图：

而对于CAE仿真软件的数模输出一般均是以IGES格式输出到优化设计（CAD），同样也会因数模质量问题而造成优化设计的时间延长，同时也会延长仿真优化和优化设计的迭代周期。从而迟滞优化设计的过程。波音787因数字化设计和验证不充分，而造成机翼左、右翼根处与中央翼盒连接的地方产生裂纹，造成波音公司对其进行十分昂贵和极其费时的修补工作。

3、3D数模轻量化技术

国外的航空航天业采用承包商制，所以在不同企业进行协同开发时往往采用不同的CAD平台，甚至在企业内部的不同部门间CAD系统也不尽相同。而国内目前采用的是厂所联合研发体制，但随着国内航空航天业参与国际间合作，跨地域协同开发的需求也提上了议事日程。由于当前各类CAD系统比较庞大、复杂，用户必须接受专门的培训后才能熟练使用。此外，CAD系统生成的产品3D模型文件数据信息量大，这样给企业间以及企业内部各部门间实现数据共享及信息交流设置了巨大的障碍，影响了工作效率与质量。在企业的现实需求中，为实现CAD模型在不同人员间的快速传输，并使任何工作人员在任何地点都可以通过网络或其他介质依据CAD模型开展工作，需要一种全新的CAD模型格式及其可视化应用软件方案，而模型轻量化及其可视化技术正是迎合了这种技术需求的趋势。

空客公司负责制造客机，而客机上的厨房和厕所则是由航空公司委托设计公司负责设计和制造。空客公司在前期与设计公司的数据交流时就是采用Siemens的轻量化格式——JT文件，当设计公司的数据完全定案后，则再将JT数据转换为CATIA数据。

4、 工业4.0的基础——工厂数字化

目前国内对于工业4.0的概念及其技术应用的探索方兴未艾，但是我们很多企业的工厂及制造车间的模型还停留在2D图纸的水平。所以在此基础上去探索工业4.0也只是一个空中楼阁。如何将现有的工厂快速实现3D化就是摆在数字化工厂面前一道难以逾越的鸿沟。传统的先测绘再建模的方法对于大型航空航天企业的工厂面前其效率和可行性完全无法满足要求。所以我们要探索新的方法来实现工厂的数字化，而这个过程中我们要解决以下问题：

Ø 工厂不停工同时进行高效快速的测绘

Ø 大部段/设备在工厂/车间的搬运和装配过程中事先模拟其碰撞情况，快速高效地给出其精确搬运和位置预案

Ø 高效自动构建工厂模型

一、 业基科技数模应用解决方案

1、 ASFALIS/CADdoctor的体系架构及应用场景

业基科技的ASFALIS/CADdoctor数模应用解决方案是一个企业级的数模自动交换、修复不同格式CAD数模的平台，同时它也可以对同种CAD平台的数据进行高低版本的转换。

它可以应用于产品开发的全过程，包括设计、CAE、制造、供应商数据的交互，在控制产品3D数模质量的同时，加快产品的开发周期，降低产品的开发成本。

1、 异构CAD平台数据的自动转换及修复

ASFALIS/CAD doctor中所有的接口都是由各个原厂正式授权，这些厂商包括西门子、达索、PTC、AutoDesk等，保证其接口与这些合作伙伴的软件版本及性能保持同步；快速实现企业不同平台间的数据共享（例如：Catia/ProE/UGNX之间的快速转换），同时可支持高低版本转换

1、 产品数据质量的定制

ASFALIS/CADdoctor内嵌了符合国际标准的数模质量监控项，企业可根据自身的要求进行定制，并将其内嵌在系统中。从而实现对3D数模质量的自动化监控。

1、 工程数据的比对

工程师可以对设计变更前后/设计数模与制造数模进行比对，给出精准差异数值，并自动快速生成可视化报告，协助工程师快速定位两个数模间的问题点，缩短工程变更的沟通时间并降低工程变更的成本。

随着3D数据管理越来越重要，不仅仅是几何，PMI和属性（MBD/MBE）等相关信息一样需要精确对比。在ASFALIS中，用户可以对PMI和属性的进行精确比对。

3D HTML比对报告                                                         3D PDF比对报告

1、 CAE数模前处理优化

ASFALIS/CADdoctor可以对CAE分析的数模进行简化，一键去除指定范围内的圆角、倒角、加强筋、格栅孔、文字、台阶等，一键合并碎面。从而加快CAE网格划分的效率并提高CAE网格的质量。

1、 CAE内外部流场的提取

CADdoctor可以自动识别并填充零件间的间隙，通过一键抽取的方式可以将产品的内、外流场一次自动抽取出来。极大地减小了CAE工程师数模准备的时间。

下图是飞机外流场的提取

下图是汽车发动机及进排气系统内流场的提取：

1、 CAE中间面的提取和快速修复

CADdoctor可以自动抽取等厚/不等厚实体的中间面，同时提供了强大的中间面修复工具。此外中间面可以按厚度进行归类导出到CAE软件中，极大地降低了CAE工程师对数模准备时间。

下图是中间面修复工具：

下图是中间面提取的结果和原始数模的对比效果图：

1、 实体封装及数模轻量化

实体数模的封装可以将装配体封闭成一个实体，极大地减小了产品数模的大小，同时又确保了数字样机的精准性，并且对产品本身的信息进行有效的保护。

1、 产品数模的轻量化

ASFALIS/CADdoctor可以对产品数模进行自动批量化去参并可直接导出JT格式和3D PDF格式，其意义在于它不仅可以直接减小数模文件本身的大小，另外可以确保企业固化于3D数模的知识资产不外泄。

下表是某企业应用CADdoctor后，数模轻量化的对比表。

1、 CAD数模与点云数据的比对

通过CAD数模与点云数据的比对，可以了解真实产品与原始CAD设计模型之间的差异。监控制造出的产品与设计模型的偏差和质量。

1、 逆向数据的CAM应用

CADdoctor可以一键将毛坯的点云数据逆向成几何，经实体化后，该数据可以送入VeriCut等加工仿真软件进行加工模拟，为CNC加工提供更精准的加工数据。

1、 开模数据的预变形

对于大型机身/机翼需要进行开模前进行预变形处理的零件，CADdoctor可以根据CAD数模快速进行预变形，加快模具设计制造周期，提高产品质量。

1、 工艺可行性分析

CADdoctor可以自动根据产品识别模具分模位置，提供上下模、滑块及斜销的涵盖区域，自动查找不利于开模的结构（尖角、倒扣、壁厚不均、拔模不足等）。并自动输出开模评审报告。

1、 MBD信息的交互和共享

异构平台数据经转换后，非几何信息会丢失。ASFALIS可协助精准的对接并降低2D图纸的使用。

1、 属性信息的自动编辑和调整

Rolls Royce公司在向波音、空客提交发动机数据时，将NX自动转换为CATIA的过程中自动将件号、版本等信息转换成符合波音、空客要求的件号和版本信息。同时删除内部使用的一些如材料、加工方式等的保密信息并添加上符合波音或空客要求的特定的属性。

1、 轻量化数据浏览工具——Model Viewer

ModelViewer可用来评审各种三维格式数据，用来查看产品实际完成可能发生的干涉和间隙。并可以传递相关的加工信息，并满足保密性和轻量化要求，可以适用于非设计部门来查看3D数模及MBD/MBE信息。

一、 业基科技工厂数字化解决方案——Infipoints

1、 软件架构

Infipoints作为一站式无限量工厂点云应用平台，可以直接导入Faro、Leica、Z+F等3D激光扫描仪的数据，同时支持导入导出主流CAD平台的格式包括CATIA、NX、Pro/E、dwg、IGES、STEP、JT等格式，同时可以以IFC格式导出到REVIT等主流BIM软件。

1、 一站式无限量点云应用平台

Infipoints可以处理10亿以上的点云数据，且性能不受影响。它可以实现点云数据一键导入、自动拼接（同时支持无标靶和有标靶拼接）、去噪、自动抽取平面/管道/结构钢、静动态检查CAD模型与点云的干涉碰撞情况、智能测量/作截面/标尺寸/输出2D图纸、自动导出漫游视频、可视化文件等成果。

1、 自动拼接

由于工厂环境复杂，在一个点采集的点云数据不可能得到工厂的全部信息，往往需要在工厂内部布置多个采集点，之后将每一站数据精准拼接起来。应用InfiPoints内含目前的精确的算法能实现无标靶自动拼接，利用平面特征拼接等将多站数据精确的拼接起来，拼接精度满足工程需求。同时Infipoints也支持有标靶点云拼接。

对于无标靶拼接其意义在于相对于有标靶拼接，无标靶拼接可以降低现场扫描作业的技术难度；同时可以高效地对大型厂房进行多站扫描。节省扫描的时间和成本。

1、 自动去噪

根据现场的扫描对象复杂程度不同，扫描得到的点云数据常受到精度限制，灰尘干扰，由于在工作环境下施工，现场存在行走的人等都会对点云质量产生影响，应用InfiPoints的去噪模块能去除灰尘噪点，移动的物体等。最终得到需要的点云数据。

自动去噪的意义在于工厂施工可以不停工、设备可以正常运作、人员可以正常移动，在不影响现场的情况下，Infipoints仍可以通过自动去噪的方式将真实的工厂现场环境还原出来。

1、 工程测量、制作2D工程图

传统绘制图纸需要在AutoCAD/Revit等软件中进行手动建模，但效率往往过低，应用InfiPoints能针对点云进行实际测量，并能够截取指定截面绘制2D工程图，绘制的图纸可以进行2D、3D混合显示，最终我们可以导出DWG/IFC格式的工程图纸。

相较于传统的工程测绘其意义在于对于一些超高、有危险区域的测绘制图，可以不需要人再去进入作业。在点云数据上绘制的工程图既准确又高效而且避免了人员的人生安全威胁。

1、 点云的裁剪和CAD模型的应用

应用InfiPoints能删除指定设备点云，并导入新设备的CAD模型实现设备的虚拟定位。同时可以设定设备周围的检修空间。查看设备的位置是否合理、检修空间是否充足。

其意义在于新老设备更新时，对现实的工厂情况有真实的体现，从而最大限度的保证设备更新后运维有充分的保障。一切在事前进行精确规划，保证不返工。

、实时干涉检查

在新老设备更换时或是飞机大部段或工装在工厂内进行搬运时，在InfiPoints中设置好模型的移动轨迹后，当模型与点云碰撞时，InfiPoints能检测出干涉状态并停止模型移动，实现安装路径的规划模拟，Infipoints还可以为几个CAD模型规划不同的运动轨迹，同时让它们在工厂内沿各自的运动路径进行运动，不管CAD模型之间或CAD模型与点云之间发生碰撞，Infipoints都会报警并在发生碰撞的位置停止CAD模型的运动。

其意义在于可以合理地规划飞机各大部段在同一时间段内在工厂的运动路线，从而优化了飞机装配的生产效率，避免了事故发生的可能性，也严格防止了人为疏忽所带来的生产隐患。更重要的是它可以在整个工厂数字化模型还未完成时，即可在点云成果上进行生产规划，大大提高了工厂数字化的效率。

8、 自动创建管路、平面、结构钢模型

Infipoints可以自动根据点云创建管路、平面、结构钢的CAD模型，并提供快速的建模工具对设备、阀门等模型进行创建。

其意义在于大量枯燥繁琐的手工建模工作可以交由电脑自动完成。

8、 成果导出--生成漫游视频

按照设定轨迹生成漫游视频以便与提交客户或上级审核。也可以输出虚拟现实成果，由VR方式进行呈现。

10、数据导出

Infipoints可以导出至CATIA/NX等格式，从而将成果应用于DELMIA/TECNOMATICS这些数字化制造软件进行精益生产规划