基于MBD制造体系的装配工艺数据集成
张魁， 范玉青， 卢鹄， 周秋忠
（北京航空航天大学 机械工程及自动化学院，北京 100083）
1 引 言
波音公司对于 787 飞机全球合作伙伴，要求采用
MBD（Model Based Definition，基于模型的定义）模型作为
整个飞机产品制造过程中的唯一依据，即在虚拟环境中
设计、构建和测试 787飞机生产前的数字化制造工艺，通
过生产现场的网络终端传递制造数据。
但是，基于 MBD的制造需要一个设计、制造等活动
能够高度协同的数据管理体系的支撑，而我国的飞机制
造业大多未实现设计、制造的数据集成，或即使实现了应
用系统集成，未实现工程、工艺、制造数据的一致性。本文
通过在某航空企业在波音的民机转包生产中，对波音
MBD制造体系的跟踪与研究, 并针对我国航空企业的应
用特点和在产品制造过程中对产品数据的管理现状，借
鉴波音公司的先进生产方式，研究了大型飞机制造的装
配工艺流程，并开发了面向 MBD制造环境的装配工艺数
据集成系统，探讨了控制数据一致性的方法。
2 基于MBD的制造模式
图 1为 MBD制造体系的支撑环境。MBD制造体系
中，CAD 系统借助产品标准管理与标注系统完成工程
MBD数据集的设计工作，并纳入 PDM系统进行管理，通
过 CAE/CAM系统实现工艺设计、分析、虚拟制造。而数
字化协同管理平台是所有应用系统的集成平台，实现了
工艺工程人员在设计过程中与设计人员的数据共享。通
过数字化协同管理平台到生产现场的管理系统，基于
MBD的产品数据和工艺、制造数据可以最终传递到生产
和检验的现场终端。可以看出，MBD制造技术体系是一
种集成的应用体系，是 MBD数字化定义技术在信息化集
成基础上的创新。
生动直观是 MBD 的最大特点，MBD 模型不是单纯
的三维模型，具有强大的表现力，在 MBD制造技术体系
的应用环境中，产品设计人员以三维模型为核心集成完
整的产品数字化定义信息，如图 1，MBD模型包含三维
实体模型、标注（包括产品尺寸、工差、工艺处理等）、工
程注释等信息，在后续的生产环节还可添加制造、检验
等部门的信息，构成更完整的 MBD数据集。另一个特点
是产品信息从设计到生产不再使用纸质介质，极大地方
便了对数据的管理，减少了因纸质载体与计算机数据管
理系统脱节造成的重复性劳动，提高了数据表达和传递
的准确性，工人可以借助生产现场终端查询所需数据，
同时可即时观看的仿真装配动画，指导工人装配操作，
减少手工误操作。图 2展示了面向装配制造的 MBD工
作环境。
3 面向MBD制造的应用系统集成
某航空企业民机部已在生产数字化建设上取得了相
摘 要：结合我国对波音787飞机的转包生产，分析了基于模型的定义MBD制造技术框架的特点。研究了在我国民机
制造业的现有技术条件下，基于MBD制造技术体系的飞机装配工艺数据的集成方式，并分析和实现了控制数据一致
性的方法。
关键词：基于模型的定义；装配工艺；数据集成
中图分类号：ＴP391 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－２３３３（２００９）０１－００55－０4
Assembly Process Data Management Based on Digital Definition Technology
ZHANG Kui, FAN Yu-qing, LU Hu, ZHOU Qiu-zhong
（School of Mechanical Engineering and Automation, Beijing University of Aeronautics and Astronautics, Beijing 100191, China）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： According to the subcontract Production of B787 aircraft in China, the MBD （Model Based Definition）
manufacturing technology is analyzed .Based on current aircraft manufacturing technology of our country, a way of
realizing assembly process data integration based on MBD manufacturing system is discussed. And a method of
controlling data coherence is analyzed and realized.
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： MBD; Assembly Process; Data Integration
55机械工程师 ２００９年第 1期
图 １ ＭＢＤ制造体系的支撑环境
制造业信息化
仿真/建模/CAD/CAM/ＣＡＥ/CAPP ＭＡNUFACTURING INFORMATIZATION
当的成果，目前应用北京某公司 PDM系统来管理产品的
工程和工装数据，应用了达索公司的 Delmia系统，提供
数字化工艺规划的解决方案，但是远未满足 MBD制造的
要求，迫切需要对工艺信息进行集成。
依据图 1中 MBD制造技术体系的特点，结合航空
企业民机部信息系统的应用状况，利用 技术设
计开发了基于 B/S模式的数字化协同管理平台。协同管
理平台是协同各个应用系统间（PDM 系统、工艺设计系
统、生产管理系统）数据的管理平台，将用来集成工程/工
装、工艺、制造跟踪数据，协同各应用系统的业务流程，
如图 3。
PDM与数字化协同管理平台的集成
应用系统之间的集成模式通常分为以下 ３种：（１）间
接式：系统之间的信息沟通是通过中间文件或中间数据
库的方式进行的，各系统彼此独立。（２）紧密集成式：使得
一个应用系统的业务流程封装为另一个应用系统的一部
分，达到数据的互操作，保证双方数据的一致性。（３）接口
式：通过应用系统双方提供的开发工具，通过开发数据接
口互传信息。
集成时需考虑到各应用系统自身的特点，由于该航空
企业的 PDM系统基于 C/S模式，协同管理平台基于 B/S模
式，集成适合采用松散的接口集成方式，最终选用了 Web
Services技术实现 PDM与协同管理平台接口。如图 4，建
立私有 UDDI服务中心作为“信息服务代理中心”，对协
同管理平台与 PDM系统进行 Web Services封装，协同管
理平台作为 PDM系统 Web Services 服务请求方，通过
Web Services 平台发送 SOAP 消息给 PDM 的 Web
Services平台，通过数据交换封装接口解析 XML格式的
消息为 PDM 内部
数据格式，查找
PDM的产品信息数
据库，通过数据交
换封装接口把查询
结果由 PDM 的数
据格式转换成 XML
格式，并把得到的
XML数据通过Web Services封装成 SOAP消息传回给协
同管理平台的 Web Services平台，此时可以在协同管理
平台中查看查询结果。反之也是同样的原理。
Delmia系统与数字化协同管理平台的数据集成
Delmia系统具有 DPE（数字工艺）、DPM（数字制造）
功能模块，可以导入 MBD部/组件模型，规划工艺、虚拟
制造的解决方案，利用宏指令，提取装配工序，导出为指
定格式的数据文件（本文采用的导出为 XML格式的数据
文件）。由于 Delmia系统本身不具备数据的管理功能，因
此需要将 Delmia导出的数据文件纳入协同管理平台进
行管理。于是 Delmia与协同管理平台之间的集成方式采
用中间文件的方式。
4 装配工艺数据的集成
装配工艺流程设计
在以波音公司为代表的先进飞机制造体系中，飞机
按模块选型制造，制造单元主要按产品协同设计组 IPT
所划分的模块和工作量来组织，按模块的特点和制造过
程本身组织起来。飞机装配工艺流程设计步骤如下：
（１）在工程结构树的基础上，对整个装配任务进行单
元划分，将装配任务划分为多个 ACC（Area Control Code，
区域控制码），
如图 5。划分时
工作量和产品
工艺分离面是
主要被考虑因
素。ACC一般分
为两种：部件级
ACC 和组件级
ACC。一个部件级 ACC一般对一个较完整的部件进行装
配，而组件级 ACC则是将部件装配初期的很多相对工作
量较少的零散组件进行集中装配，使之能达到一个 ACC
的工作量。一个 ACC对应装配树中的一棵或多棵子树。
一般部件 ACC对应装配树中的一棵子树，组件 ACC对
应装配树中的多棵子树，每棵子树的根结点就是一个部
件或一个组件。
（２）以 ACC为单位在工程结构树的基础上进行工艺
修改，形成装配树（PBOM树）。工艺员依据工艺条件和生
产过程，在每一个 ACC内反复对 EBOM子树进行调整。
调整完成后，为每个组件 ACC都添加一个父构型节点，
机械工程师 ２００９年第 1期56
图 ２ 面向装配制造的ＭＢＤ工作环境
图 ３ 装配工艺数据集成总体框架
图 ４ ＰＤＭ与协同管理平台基于
Web Services的集成框架
图 5 对 ＥＢＯＭ树进行 ＡＣＣ划分
仿真/建模/CAD/CAM/ＣＡＥ/CAPP
制造业信息化
ＭＡNUFACTURING INFORMATIZATION
将各组件 ACC对应的节点子树都移动到各自添加的父
构型节点之下，这个父构型节点被称作组件 ACC输出
件。部件 ACC已经对应了一个输出件，就是其节点子树
的根节点，不需要添加父构型节点。
（３）对每个划分后的 ACC按照装配 BOM 的结构再
进行划分，将其划分为多个 POS（Position），即工位的工
作。每个 POS可能对应一个或多个子树。同 ACC一样，划
分完成后需要使每个 POS对应一个输出件。
（４）对每个 POS 的工作内容制定出 JOB，JOB 对应
POS中的一项工作。
（５）最后对每个 JOB，生成指导工人生产的每一个具
体工作步骤，也即定义工步(STEP)。
（６）对划分后的流程结点，按基本进度计划的要求，
计算各结点的生产周期，进行周期平衡和优化，生成最终
的制造流程。
在以上的流程划分中，PBOM 的生成、ACC/POS 的
划分由协同管理平台的 ACC/POS 划分模块来完成，
JOB/STEP的划分由 DELMIA仿真系统设计装配工序时
来完成。
利用 Delmia进行可视化工序设计
MBD环境下，利用 Delmia支持的 VBScript宏指令，
可以自动录制、
导出装配工序。
如图 6，飞机装
配工序建模的
总体过程是：
（１）产品交
互预装配：工艺
员对照 POS 输
出组件号下载
MBD 模 型 文
件，将其导入
Delmia，定义装配约束关系，完成此工件的装配定位。并
启动宏指令录制，使 Delmia后台自动录制这一交互过
程，生成相应的宏指令代码。
（２）工序信息提取：从宏指令中提取装配工序模型的
基本信息，如零件号、结构层次信息、配合约束信息和装
配操作等，生成原始装配工序。
（３）装配过程仿真、工序检查与优化。
（４）在装配工序树上添加 JOB节点，根据工作量的大
小将工序合理分配到这些 JOB节点上。
（５）可视化装配工序生成：根据提取的工序信息及其
仿真校验优化的结果按规范的格式输出 XML数据集文
件，如图 7。读取至协同管理平台的数据库统一管理。
5 数据一致性问题
数据集成首先解决的是信息共享问题，但数据集成
不是数据的简单罗列，而是将不同的数据源组成一个有
机的逻辑整体，实现数据的一致性、可靠性和无冗余，其
中最基本也是最重要的便是数据一致性。国内航空企业
的场所分制的现状导致了数据不一致，如设计与制造、采
购等物料清单不一致，造成产品开发周期延长、质量无法
保障等问题。造成这种现象的主要原因有：
（１）未建立统一的产品数据管理平台，有关产品的设
计、工艺与制造数据非同一部门生成，无法对 BOM进行
统一管理；
（２）采用传统手工管理模式，对系统的功能、信息缺
乏整体优化，造成设计、工艺工作重复劳动多，工艺文件
质量难以提高；
（３）对 BOM编制、工艺编制、文档管理、工装准备等
数据的集成没有建立有机联系和管理，致使应用系统表
面集成，实际仍是孤岛。
EBOM与 PBOM间的数据准确性与一致性控制
在产品
生命周期的
各阶段，BOM
数据是产品
数据的核心，
而 BOM 的核
心是其对应
的结构树，如
图 8，BOM 数
据包括物料项及物料项间结构关系，BOM中的物料项为
信息系统中的各种应用提供基础数据。BOM数据的变化
是产品数据流动的主线，利用 BOM的产品结构树可以将
物料项属性与其他相关的产品数据关联起来。
在我国传统的飞机制造企业，PBOM 生成操作是由
工艺员对比 EBOM逐物料项添加、编辑生成，而且通常是
手工操作，无法保证 EBOM 与 PBOM 物料项属性、结构
信息的一致，具体表现在：父子关系颠倒；物料项丢失；物
料项数量在 BOM演变过程中被更改。
为了防止这些现象发生，必须想办法消除 BOM间的
不一致性。根据产品数据以 BOM树为核心的特点，只要
合理地设计数据表的逻辑结构，并制订合理的数据操作
规则，使其在 BOM演变中能控制不同 BOM视图间物料
项与物料项关系的一致，就可以保证整个数据系统数据
的一致性：
工艺员对应POS下载
组/部件 MBD模型
导入 Delmia
初始工序
交互预装配
优化录制
宏指令
提取
装配过程仿真、干涉检查
优化
工序信息提取
按工作量将工序分配到 JOB
导出仿真视频
导出 XML格式工艺流程文件
图 ６ 装配工序可视化仿真流程
图 ７ 导出的 ＸＭＬ工艺数据集（部分）
图 ８ 以ＢＯＭ的结构树为核心的数据扩展
制造业信息化
仿真/建模/CAD/CAM/ＣＡＥ/CAPP ＭＡNUFACTURING INFORMATIZATION
57机械工程师 ２００９年第 1期
（１）如图 9，以主表、结构表、有效性表为核心构建
BOM树，使用零件编号作为外键将其他属性表关联起
来，组成完整的 BOM。零件编号作为索引建立的 EBOM
到 PBOM的集成数据逻辑关系。
（２）在协同管理平台内，在对 PBOM生成时开发一套
协议防止不一致情况的发生，具体做法是：①权限控制：
由系统分配具体角色详细权限，特定的角色只能在特定
的时间，对特定的表的字段进行编辑。②发放状态控制：
将 BOM数据发放状
态分为 ３种，即设计
状态、预发放状态、
发放冻结状态。③事
前自动验证父子关
系：移动节点或子树
时，由协同管理平台
自动验证 EBOM 中
确定的原有的父子关系。④改进 PBOM的生成方式：将传
统的逐物料项添加编制建立 PBOM的方式改为，首先整
体拷贝 EBOM树，实现物料项的点对点复制，如图 10，在
拷贝的 EBOM树上直接编辑生成 PBOM树。
更改与历史数据追溯
飞机制造过程中，工程、工艺更改频繁是影响数据一
致性的重要因素之一。造成更改频繁的原因有：客户的要
求改变；新材料技术的应用；新客户提出新的构型；纠正
产品设计上的错误；零部件涉及的工艺或制造上的改进
等。其中前三种原因将引发工程更改，而零部件涉及的工
艺或制造条件的改进主要引发工艺更改。飞机产品生命
周期各阶段相关数据的更改主要由工程更改引发，因为
工程数据处于数据流的最上游，工程数据的更改将引发
其下游工艺、制造数据的连锁更改，下游数据的更改必须
与上游相关数据的更改保持一致。
以传统的手工编制进行的工程数据更改方式是：发
起纸质更改单→审签/评估→工程、工艺、制造相关数据
的覆盖式更改→发放纸质更改单至制造现场。传统的更
改方式有两大缺点：①对更改对象相关数据实行覆盖式
更改，不留存老版本数据的历史纪录，在飞机装配完成交
付给客户后，若客户发现质量问题，将无法进行历时数据
的追溯。②采用人工填写的纸质更改单，无法控制发放数
据与工程、工艺等对应数据的一致性。
如图 11，MBD环境的协同管理系统更改方式是：确
定更改内容 /发出更改消息→电子审签→留存历史纪
录→系统自动版本升级或改为新零部件→发布至生产现
场终端。整个过程均在协同管理平台上进行，取消了纸质
更改单，减少了手工操作的不确定性，留存了历史纪录。
在 EBOM与 MBOM的集成逻辑关系的控制下，可以保证
EBOM与 MBOM数据的一致性。
6 结 语
从发达国家航空制造发展的现状来看，航空制造业
的数字化和无纸化是一种必然的趋势。本文依据目前我
国航空企业民机装配制造现有状况，在 MBD的应用环境
下，实现了工程与工艺信息的系统数据集成，依据波音的
民机制造的工艺流程设计的过程和特点，解决了工程与
工艺数据准确性和一致性控制问题，提高了民机制造中
对装配工艺的管理水平，保证了产品的质量水平。
［参考文献］
［１］ 范玉青. 现代飞机制造技术［Ｍ］. 北京航空航天大学出版社，
2001：426-439.
［２］ 卢鹄，韩爽，范玉青.基于模型的数字化定义技术［Ｊ］.航空制造
技术，2008（3）：78-81.
［３］ 黄利江，许建新，田锡天，等.CAPP与 PDM集成研究［Ｊ］.制造业
自动化，2006（3）：45-48.
［４］ 胡提，范玉青.飞机项目中基于 PDM的工程更改的研究［Ｊ］.现
代生产与管理技术，2007（1）：19-21.
［５］ 冯站峰，倪小平，彭华，盛步云.PDM集成框架下 CAPP与 PDM
的数据交换［Ｊ］.武汉理工大学学报，2002（6）：21-23.
（编辑启 迪）
作者简介：张魁（1982-），男，硕士研究生，研究方向为航空企业信息
化，飞机数字化制造技术。
范玉青（1940-），教授，博士生导师，主要研究方向为数字
化制造、产品数据管理等。
收稿日期：2008-10-28
图 ９ 从 ＥＢＯＭ到 ＰＢＯＭ的集成数据逻辑关系
图 10 EBOM与 PBOM间物料项
的点对点复制
开始
更改请求
评估/分析
更改方式
改为
新零件
否 是
更改为
新版本
添加新 MBD数据集
添加架次、有效性
添加属性信息
是
留存旧版本数据
版本/版次升级
更改有效性
更改对应 XML文件
留存旧工艺数据
XML文件版本号升级
更改有效性
更改其周边
零件
确定更改哪
个零部件
发放新数据至生产现场终端
否
更改 FO
是
否
否
更改 JOB
工艺
更改为
新零件
是
留存旧版次数据
更改 FO数据
升级版次
更改有效性
图 １１ 面向ＭＢＤ环境的协同数据更改流程
机械工程师 ２００９年第 1期58
仿真/建模/CAD/CAM/ＣＡＥ/CAPP
制造业信息化
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