三維結(jié)構(gòu)指令在飛機(jī)結(jié)構(gòu)化發(fā)展中的分類

Suraj Adhikari

摘 要：文章描述了基于自動(dòng)生成的CAD數(shù)據(jù)的產(chǎn)品研發(fā)方法，這些CAD數(shù)據(jù)可以被用作飛機(jī)機(jī)身的結(jié)構(gòu)分析和生產(chǎn)計(jì)劃。在設(shè)計(jì)方面的可制造性的介紹使得在制作原型和工具的昂貴活動(dòng)之前，做出可行的同步工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃和流程驗(yàn)證。對(duì)于飛機(jī)部分機(jī)身的模擬組裝作業(yè)的網(wǎng)絡(luò)分析展現(xiàn)出了當(dāng)資金效率提升了19%時(shí)，對(duì)比于實(shí)際裝配過程，勞動(dòng)力的利用可以被顯著的提升。這次模擬預(yù)測(cè)了這些結(jié)果在單一的最終組裝模具中這些結(jié)果可以被實(shí)現(xiàn)。正如現(xiàn)在2個(gè)磨具可以在現(xiàn)實(shí)中被用于組裝流程中，這一結(jié)果可以體現(xiàn)出明顯了在財(cái)務(wù)方面的節(jié)省。

關(guān)鍵詞：三維結(jié)構(gòu)指令；飛機(jī)結(jié)構(gòu)化發(fā)展；分類

1 簡(jiǎn)介

使用已經(jīng)確立的模擬工具，諸如有限元素分析和計(jì)算流體力學(xué)，將會(huì)提升一個(gè)飛機(jī)的結(jié)構(gòu)和空氣動(dòng)力學(xué)的性能，但是除非一個(gè)制成品可以再有限的時(shí)間架構(gòu)中以可負(fù)擔(dān)的成本生產(chǎn)給最終的使用者，否則好的設(shè)計(jì)是一文不值的。如果標(biāo)書并沒有競(jìng)爭(zhēng)力以及制造者可能會(huì)給自己制造出麻煩，或者被用來制作一個(gè)成功的標(biāo)書的數(shù)據(jù)并不是現(xiàn)實(shí)的，那么高校的設(shè)計(jì)有可能甚至不能制作成圖。就傳統(tǒng)而言，在飛機(jī)的研發(fā)過程中，對(duì)于可制造性的考慮以及概念化設(shè)計(jì)中對(duì)于成本的控制并不會(huì)如預(yù)測(cè)技術(shù)一樣受到相同程度的支持。最終飛機(jī)成本的80%是單獨(dú)由概念化設(shè)計(jì)階段所決定，這階段主要是為了將不同的部分最終拼接成主要的飛機(jī)結(jié)構(gòu)，而30%的最終成本則在組裝作業(yè)階段所產(chǎn)生。為了實(shí)現(xiàn)關(guān)于產(chǎn)品研發(fā)階段和飛機(jī)成本階段的關(guān)鍵目標(biāo)，制造商將必須使用真正的綜合方法去生產(chǎn)研發(fā)，這些方法包含對(duì)于可生產(chǎn)性以及早在產(chǎn)品研發(fā)階段中的成本考慮。為了處理這一問題，并行工程在CAD和CAE工具中得以實(shí)現(xiàn)，并且他們被用于在電子技術(shù)層面上判斷一個(gè)飛機(jī)如何需要被制造。系統(tǒng)可以提供的制造模擬技術(shù)允許工程師和流程計(jì)劃者快速、有效地去定義、證實(shí)、管理和傳輸完全最佳的生產(chǎn)數(shù)據(jù)。因此可制造性被包含于從第一天開始的整個(gè)制造流程。資源的分析和成本則可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。與飛機(jī)組裝、維修和操作方面相關(guān)的人體工程學(xué)方面的考慮也可以被檢驗(yàn)出來。這也將可制造性和成本很早的在產(chǎn)品研發(fā)周期中堅(jiān)定地帶入了設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在產(chǎn)品研發(fā)周期中許多假設(shè)的方案則以對(duì)于最終成本很小的影像中很快的被檢驗(yàn)是否合理。

文章檢驗(yàn)了更綜合的方法在飛機(jī)研發(fā)領(lǐng)域，這一工作使用了已有的為了簡(jiǎn)單飛行器的設(shè)計(jì)的工具，這一工具來源于通過組裝網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的概念，但是文章專注于生產(chǎn)和成本。這些設(shè)計(jì)工具，已經(jīng)自動(dòng)生產(chǎn)了CAD模型為了飛機(jī)結(jié)構(gòu)基于一套相對(duì)簡(jiǎn)單的運(yùn)行需求，諸如數(shù)量、范圍等等，可以產(chǎn)生工具所需求的CAD數(shù)據(jù)以用來生產(chǎn)飛機(jī)。擁有少數(shù)的用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)和被用于組裝的工具的材料，生產(chǎn)模擬軟件可以被用于模擬組裝的流程，包括虛擬的模型以及制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)的研發(fā)和分析。正如傳統(tǒng)的產(chǎn)品研發(fā)技術(shù)開始于概念性的設(shè)計(jì)，伴隨著如設(shè)計(jì)流程一樣的細(xì)節(jié)級(jí)別的增長(zhǎng)，制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)也可以被研發(fā)基于一些概念的基礎(chǔ)。

創(chuàng)造數(shù)據(jù)的功能，用于多維設(shè)計(jì)概念，諸如結(jié)構(gòu)學(xué)、流體力學(xué)以及成本學(xué)科 ，已經(jīng)被研發(fā)出來。為了證實(shí)從概念設(shè)計(jì)到制造業(yè)網(wǎng)絡(luò)的流程，來源于機(jī)身組裝的實(shí)際數(shù)據(jù)被使用了出來。這使得明顯的方法論證明以及模擬計(jì)劃數(shù)據(jù)不同與真實(shí)數(shù)據(jù)的驗(yàn)證成為可能。盡管此文章解決了在機(jī)身部分的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)問題，設(shè)計(jì)和模擬工具以及方法論可以被相同的應(yīng)用于飛機(jī)上任意的主要結(jié)構(gòu)項(xiàng)目，包含機(jī)翼、機(jī)艙和機(jī)尾部分。

2 方法論

2.1 機(jī)身部分的自動(dòng)設(shè)計(jì)

圖1說明了現(xiàn)存的綜合的實(shí)用性的框架。這些框架是用于飛機(jī)的概念性開發(fā)的，包含許多不同的設(shè)計(jì)工具，跨越多學(xué)科領(lǐng)域。

使用這種框架進(jìn)行概念性研發(fā)的起點(diǎn)在于產(chǎn)品的規(guī)格的細(xì)分。這包含了與飛機(jī)性能有關(guān)的各種基礎(chǔ)參數(shù)，包括他的范圍、能力、最高速度以及飛機(jī)航程等等。更多與概念性的表現(xiàn)相關(guān)的細(xì)節(jié)信息可以從這些基礎(chǔ)的參數(shù)中被擴(kuò)展出來。個(gè)體參數(shù)的互動(dòng)關(guān)系，諸如推重比、翼加載可以通過在不同的運(yùn)行環(huán)境中被研發(fā)出來，不同的運(yùn)行環(huán)境諸如起飛、巡航和降落。使用這些性能參量，基于設(shè)計(jì)工具的分析表可以被用于發(fā)展設(shè)計(jì)模型，并且概念性的、多維度的CAD幾何圖形可以被自動(dòng)生產(chǎn)以用在結(jié)構(gòu)和航空動(dòng)力性能的詳細(xì)工作中。一維梁模型可以被產(chǎn)生以用于簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)計(jì)算。來源于這些模型中的彎曲力矩和剪力圖在之后可以被用于裝在復(fù)雜的二維和三維的有限元法模擬。這些空間的CAD數(shù)據(jù)也可以從電子數(shù)據(jù)表中以全球模型或者局部顯示的形式更詳細(xì)的被產(chǎn)出。標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)身設(shè)計(jì)被生成基于框架的數(shù)量和機(jī)身中每單位長(zhǎng)度所需求的縱梁的假設(shè)。在更詳細(xì)的水平方面，相似的假設(shè)可以由楔子的數(shù)量、角度以及其他的所需裝配結(jié)構(gòu)的附件所產(chǎn)生。有關(guān)重量和重心的信息可以直接從這些模型中導(dǎo)出。完成的概念裝配也可以被用于早起部分材料的基礎(chǔ)，從這些材料中零件的技術(shù)可以用于早期的費(fèi)用模型中。

這些工作闡明了這些自動(dòng)化的設(shè)計(jì)框架工作在飛機(jī)的概念設(shè)計(jì)階段是如何被加強(qiáng)對(duì)于生產(chǎn)模擬的預(yù)備。在一個(gè)組件的單個(gè)零件的CAD數(shù)據(jù)的自動(dòng)生成，可以采取進(jìn)一步的步驟與代表需要組裝的夾具模型的自動(dòng)生成。一些詳盡的部分和工具模型可以被結(jié)合在數(shù)字化生產(chǎn)軟件中為了數(shù)字模擬，這些數(shù)字模擬可以被用作決定和優(yōu)化生產(chǎn)空間的使用方面。零件的軌道，設(shè)備和操作者可以在工作區(qū)域周邊被追溯到。碰撞檢測(cè)程序可以用于確保零件、工具和人可以適合于任何狹窄的空間。概念化計(jì)劃和網(wǎng)絡(luò)生成的數(shù)據(jù)也可以被直接從設(shè)計(jì)模型表格中產(chǎn)生。早期的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)也可以通過使用假設(shè)和標(biāo)準(zhǔn)的部分被產(chǎn)生了一個(gè)給出的機(jī)身空間甚至不需要有完成的、詳細(xì)的設(shè)計(jì)。每個(gè)組裝任務(wù)中標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間容量和勞動(dòng)力需求可以被與給出的先導(dǎo)流程的網(wǎng)絡(luò)中相結(jié)合。通過這樣，關(guān)鍵的軌跡可以被確定勞動(dòng)力利用之后也會(huì)被優(yōu)化。通過對(duì)于勞動(dòng)力成本的了解，工作量可以被決定且財(cái)務(wù)的效率也可以得到計(jì)算。當(dāng)工程中關(guān)于材料的清單得以完成，這也可以與形成清單的流程和資源信息相結(jié)合。之后的部分會(huì)描述Delmia軟件模塊，這一模塊會(huì)被用來做這類的工作，這些流程被用來決定勞動(dòng)力的利用并且規(guī)劃時(shí)間。最終主要的結(jié)果會(huì)對(duì)比從實(shí)際的飛機(jī)機(jī)身生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中獲得的數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)字化制造

Delmia數(shù)字生產(chǎn)解決方案是建立在產(chǎn)品、流程和資源（PPR）模型之中。這個(gè)PPR結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)中心的中繼以鏈接所有有關(guān)生產(chǎn)活動(dòng)的數(shù)據(jù)，包括CAD數(shù)據(jù)、工程流程介紹和可用的資源。它使得使用者可以模擬產(chǎn)品的性能和管理改動(dòng)對(duì)于產(chǎn)品以及流程和資源的影響。PPR中繼TM可以被用于產(chǎn)品開發(fā)流程的任何階段，從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)幾乎以及產(chǎn)品工程。它提供了一個(gè)完整的觀點(diǎn)關(guān)于連接點(diǎn)和附屬，這些觀點(diǎn)在產(chǎn)品流程以及資源中的任何時(shí)間中。對(duì)于生產(chǎn)流程的優(yōu)化以及與設(shè)計(jì)環(huán)境和其他的商務(wù)系統(tǒng)的無縫對(duì)接是數(shù)字生產(chǎn)的兩個(gè)主要益處。個(gè)體的用于工作的軟件模塊主要是： Delmia 流程工程（DPE）通過初步計(jì)劃和詳盡的計(jì)劃以用于概念設(shè)計(jì)階段，這一過程直到生產(chǎn)階段。通過提供綜合的、基于Windows的計(jì)劃環(huán)境，DPE可以提供早期的對(duì)于多個(gè)方面的識(shí)別，包括：流程風(fēng)險(xiǎn)、已被證實(shí)流程的再使用、可追蹤的變化和決定以及更有效的接觸流程知識(shí)的途徑。在DPE中對(duì)于信息的可接觸性以及以對(duì)于產(chǎn)品、流程和資源信息的綜合處理方式意味著代價(jià)高的計(jì)劃錯(cuò)誤可以被避免，而且對(duì)于需要的投資成本、生產(chǎn)空間以及人力級(jí)別的總覽也可以在產(chǎn)品開發(fā)階段得以獲得。

DELMIA V5 DPM AssemblyTM是一個(gè)基于CAD環(huán)境、被設(shè)計(jì)用于優(yōu)化工業(yè)生產(chǎn)流程和組裝生產(chǎn)流程，它在計(jì)劃階段模擬并且證實(shí)生產(chǎn)的流程。許許多多的“假如”的計(jì)劃可以被測(cè)試以極小代價(jià)的影響，因?yàn)檫@個(gè)流程在設(shè)備被購買或裝配之前就發(fā)生于一個(gè)虛擬環(huán)境。V5 DPM促使了并行工業(yè)的設(shè)計(jì)以及裝配可行性研究，包括設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中沖突的檢測(cè)、可生產(chǎn)性研究、3D流程計(jì)劃以及對(duì)于裝配流程知道的撰寫。

DELMIA QUEST提供了一個(gè)單個(gè)的協(xié)作環(huán)境以在生產(chǎn)設(shè)計(jì)期間為了研發(fā)和證實(shí)生產(chǎn)流動(dòng)的過程。在任何對(duì)于生產(chǎn)促進(jìn)以及資源方面的投資被做出之前，設(shè)計(jì)可以被提升，危險(xiǎn)和成本的級(jí)別可以被縮小，而且流程的效率也可以被數(shù)字性的擴(kuò)大。QUEST這一工作的目的是用于將DELMIA與基于MS Excel的平衡器程序相結(jié)合，目的是辨別出流程的瓶頸并且優(yōu)化在工作站中的操作工藝，在這里的工作站是用于將部分區(qū)域的機(jī)身部分裝配在一起。

3 流程

3.1 為了數(shù)據(jù)化生產(chǎn)的數(shù)據(jù)輸入

用于這項(xiàng)工作中的機(jī)身部分裝配，包含使用186個(gè)擬合和鉚接個(gè)造作流程去裝配4500個(gè)部件。所有的與飛機(jī)部分制造相關(guān)的數(shù)據(jù)都會(huì)手工的輸入PPR中繼在Delmia 項(xiàng)目工程中（DPE）。對(duì)于產(chǎn)品本身而言，這些信息也包括了工程物料清單（EBOM），其中涵蓋了與飛機(jī)部件CAD部件相關(guān)的連接以及在EBOM中的零件CAD數(shù)據(jù)連接的生產(chǎn)物料清單（MBOM）。當(dāng)在圖一中展示的綜合設(shè)計(jì)架構(gòu)被使用，對(duì)于概念的飛機(jī)而言唯一的不同在于CAD數(shù)據(jù)將會(huì)自動(dòng)的從MS Excel表格中設(shè)計(jì)模型中自動(dòng)的生成。對(duì)于需要建造機(jī)身的流程中，這些數(shù)據(jù)包括MBOM，它伴隨著詳盡的數(shù)據(jù)（包括操作級(jí)別、標(biāo)準(zhǔn)每次流程的小時(shí)安排、以及流程操作每個(gè)工作的順序）而產(chǎn)生。資源數(shù)據(jù)則涵蓋產(chǎn)品的地理位置和設(shè)計(jì)擺放、工具類型和可利用性以及飛機(jī)機(jī)身部分組裝而使用的工具的CAD數(shù)據(jù)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)分析

在輸入了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)之后，諸如關(guān)鍵路徑、工作量和生產(chǎn)流量的這些參量就會(huì)很快的出現(xiàn)從每個(gè)由DPE中產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)中，在圖2可以看到。更廣泛的網(wǎng)絡(luò)分析會(huì)使用Delmia 平衡伴隨著QUEST得以執(zhí)行。這個(gè)平衡工具是一個(gè)表格，表格基于項(xiàng)目，這些項(xiàng)目會(huì)將在DPE中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可以用于QUEST的格式，為了優(yōu)化已有的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)流程數(shù)據(jù)被讀入平衡工具中，它就可以被相關(guān)的信息所增補(bǔ)，這些相關(guān)信息包括認(rèn)知曲線、變速模式、操作形式、數(shù)量、技能級(jí)別、年齡組以及工具類型和可用性。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)在平衡工具中與被需求的資源參量相結(jié)合，那么之后就會(huì)使用QUEST進(jìn)行分析，QUEST會(huì)系統(tǒng)性的工作通過制定的創(chuàng)造產(chǎn)出的生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)造的產(chǎn)出包括操作的效率（針對(duì)已給的操作類型的結(jié)合）和生產(chǎn)流量或循環(huán)周期。當(dāng)分析被完成時(shí)，平衡工具會(huì)再一次的被使用去查看結(jié)果，這些結(jié)果被展示以圖片和數(shù)字的形式。

為了這項(xiàng)工作的目的，平衡工具會(huì)被用于與QUEST相結(jié)合來確認(rèn)操作流程的效率（或者利用率）和循環(huán)時(shí)間以至于權(quán)衡研究可以被發(fā)展起來，通過看到不同的操作級(jí)別的和結(jié)合對(duì)于流程效率和循環(huán)時(shí)間的影響。與裝配流程相關(guān)的、需要其建立機(jī)身部分的數(shù)據(jù)包括典型的人員配備級(jí)別以及最小和最大的級(jí)別。這些代表了所需要操作的最低的數(shù)量去完成一個(gè)流程，以及最大的人員數(shù)量可以實(shí)際上適合并進(jìn)入工作區(qū)域。這些數(shù)字的一個(gè)評(píng)估運(yùn)算就是一個(gè)最優(yōu)化的過程，這一過程可以將與操作級(jí)別相關(guān)的現(xiàn)實(shí)因素考慮進(jìn)來。網(wǎng)絡(luò)分析的就是一個(gè)特定的方案，這個(gè)方案中沒有操作數(shù)量的限制從而QUEST可以完成機(jī)身組裝的流程。產(chǎn)生了運(yùn)行的級(jí)別在擬合和卯合的流程之中，裝配人員的數(shù)量是保持不變的，而鉚工人員的數(shù)量是穩(wěn)定減少的知道點(diǎn)已經(jīng)到達(dá)，循環(huán)時(shí)間不再成為關(guān)鍵的途徑。之后鉚工的數(shù)量就會(huì)保持在所需要完成關(guān)鍵路徑的最低水平線上，而裝配人員的數(shù)量會(huì)很大程度上的再次消減，知道循環(huán)時(shí)間開始超出了關(guān)鍵路徑。自動(dòng)的減少操作的級(jí)別增加的流程的效率，因?yàn)樵谏倭咳藬?shù)的同事提升了利用率。

達(dá)到了這點(diǎn)之后，知道了最小的運(yùn)行級(jí)別，這一級(jí)別需要去實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵路徑，要更高的流程效率。如果增長(zhǎng)的循環(huán)時(shí)間是可以被接受的話，最小的運(yùn)行級(jí)別是可能的。更廣泛的情節(jié)被實(shí)現(xiàn)伴隨著辨認(rèn)出循環(huán)時(shí)間的增長(zhǎng)，這也因?yàn)樽畲蟮牧鞒绦省Ｖ钡疆a(chǎn)品的操作流程變得完全有效率的在所需要建造新飛機(jī)的任務(wù)重，對(duì)于給出的流程中生產(chǎn)時(shí)間將總是比標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間要求要長(zhǎng)。Delmia平衡軟件包含一些功能為了運(yùn)行一個(gè)模擬工具在任何標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)曲線的任何階段。對(duì)于這一工作，分析可以在成熟的網(wǎng)絡(luò)中被執(zhí)行。這也使一個(gè)對(duì)于模擬數(shù)據(jù)和現(xiàn)實(shí)飛機(jī)機(jī)身組裝的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行比較（見圖2）。

4 結(jié)果

4.1 網(wǎng)絡(luò)分析

圖3展示出分析的起始點(diǎn)。沒有限制被建立于操作數(shù)量之中以至于平衡軟件可以召出完成所有的任務(wù)。圖3的一圖中展示了流程效率的波動(dòng)，二圖展示了操作級(jí)別和操作進(jìn)度的波動(dòng)。在理想的情境中，計(jì)劃者會(huì)尋求去盡可能的保持操作的級(jí)別的穩(wěn)定以及越高越好的效率。圖3展示了操作級(jí)別在不同的流程中會(huì)差別很大，在效率結(jié)果方面相似的波動(dòng)反過來也導(dǎo)致了對(duì)于平均的流程俠侶對(duì)于勞動(dòng)人群之中。然而，這種模擬也提出了一個(gè)裝配和卯合之間的結(jié)合在給定的時(shí)間周期方面，給定的時(shí)間周期也與消耗的時(shí)間相一致從而通過在Delmia流程工程中計(jì)算所完成關(guān)鍵的路徑。這一關(guān)鍵的路徑代表了最低可能的為了飛機(jī)驅(qū)殼組裝而花費(fèi)的循環(huán)時(shí)間。

盡管循環(huán)時(shí)間可以被實(shí)現(xiàn)在不限的操作級(jí)別的條件下，平均的流程效率會(huì)很低對(duì)于裝配和鉚接的過程中。這也是一個(gè)事實(shí)的必然結(jié)果，這個(gè)事實(shí)是：即使很多的操作可以開始于相同的階段伴隨著這相對(duì)大的運(yùn)行級(jí)別，個(gè)體會(huì)消耗很長(zhǎng)階段的時(shí)間去等待工作已使得繼續(xù)完成流程成為可能，比如裝配必須等待鉚接流程完成等等。如果操作級(jí)別被減少，之后更有效的使用將會(huì)被實(shí)現(xiàn)由他們的時(shí)間和流程效率的增長(zhǎng)。然而，如果操作級(jí)別特別低，那么生產(chǎn)流量就會(huì)升高，因?yàn)檫@里沒有足夠的人力去在一個(gè)合理的時(shí)間結(jié)構(gòu)中完成操作。

在圖4中的案例A展示了平均效率對(duì)于裝配和鉚接工作以及循環(huán)時(shí)間，基于操作數(shù)量沒有限制的前提下。對(duì)于案例B到案例E，裝配的數(shù)量在假使方面是固定的，這一價(jià)值被獲得為了案例A（無限的勞動(dòng)力）以及鉚接的數(shù)量很大程度的減少。對(duì)于案例B和C，鉚接的效率增長(zhǎng)伴隨著裝配效率的不便以及循環(huán)時(shí)間仍然保持與關(guān)鍵路徑相同的情況下。減少鉚接意味著那些剩余現(xiàn)在會(huì)保持更加繁忙因此他們的利用率也得以提升。這些工作的流動(dòng)對(duì)于裝配而言是不影響的，直到在D中即使是鉚接效率增加，簡(jiǎn)單而言這里也沒有足夠的鉚接工作得以準(zhǔn)時(shí)完成以實(shí)現(xiàn)循環(huán)時(shí)間等于關(guān)鍵路徑，并且循環(huán)時(shí)間提升了20%。一個(gè)更廣泛的下降在鉚接數(shù)量中在E案例下回導(dǎo)致循環(huán)時(shí)間——在這里有130%——高于關(guān)鍵路徑。

為了辨認(rèn)出所需的最優(yōu)的裝配—鉚接組合以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵的路徑，鉚接數(shù)量的數(shù)值在案例C中顯示，而裝配數(shù)量會(huì)呈遞增式的下降，其開始數(shù)值在案例A中顯示。圖5展示出案例F到案例K中鉚接效率的穩(wěn)步增加和在案例L中循環(huán)時(shí)間增加了3%。在鉚接數(shù)量方面的繼續(xù)減少如案例M和案例N中的顯示導(dǎo)致了循環(huán)周期分別增長(zhǎng)了31%和89%。在案例鉚接的效率比例也有所下降在案例L、M和N中，隨著來源于鉚接的工作流程的下降。這展示了正如案例K中所顯示的裝配和鉚接的最優(yōu)組合以完成機(jī)身裝配流程在最短的時(shí)間內(nèi)。圖6展示了流程效率和操作數(shù)量是如何變得更加平穩(wěn)當(dāng)與圖3（無限可用的勞動(dòng)力）進(jìn)行對(duì)比，伴隨更高的平均效率和更低的操作數(shù)量。

在圖4中的案例D導(dǎo)致在鉚接效率方面顯著的增長(zhǎng)，伴隨著循環(huán)時(shí)間方面20%的增長(zhǎng)。如果最優(yōu)的流程效率優(yōu)先的且在循環(huán)時(shí)間方面20%的增長(zhǎng)是可以接受的，那么一系列進(jìn)一步的原則會(huì)被使用來識(shí)別最優(yōu)的流程效率。在圖7中的案例O展現(xiàn)了在相同鉚接數(shù)量，如在圖3的案例D中流程效率和循環(huán)時(shí)間，伴隨來自于案例K中相同數(shù)量的裝配。裝配的數(shù)量在之后會(huì)顯現(xiàn)遞增是的下降來自于案例P到案例S中。圖7展現(xiàn)了循環(huán)時(shí)間保持一致知道裝備數(shù)量下降到低于案例R中的級(jí)別標(biāo)準(zhǔn)。因此，如果在循環(huán)時(shí)間方面有20%的增長(zhǎng)是可以接受的，那么流程效率在鉚接和裝配方面可以加倍，當(dāng)與原始案例A相比。圖8展示出流程效率是更一致、高級(jí)別的，相比于那些在圖3的數(shù)據(jù)，而且圖8也展示出操作的數(shù)量更加的恒定。

4.2 成本考慮

在每個(gè)財(cái)年的開始時(shí)，經(jīng)歷有責(zé)任決定一個(gè)預(yù)算的數(shù)字以覆蓋12個(gè)月的勞動(dòng)力成本。如果預(yù)算獅子比實(shí)際的數(shù)字多，那么財(cái)務(wù)的效率是積極的；如果比實(shí)際數(shù)字小，對(duì)于任何的差額，消極的效率會(huì)導(dǎo)致財(cái)務(wù)資源的問題。當(dāng)來源于優(yōu)化的流程效率環(huán)境（案例R）總的工作量對(duì)比與真實(shí)機(jī)身組裝的數(shù)值，會(huì)發(fā)現(xiàn)模擬的數(shù)值實(shí)際上比實(shí)際工作量小的。結(jié)果是有19%的在機(jī)身組裝流程中財(cái)務(wù)效率的提升。

模擬數(shù)值的推導(dǎo)是使用更多的鉚接對(duì)比于實(shí)際的流程。在關(guān)鍵流程中使用更多的鉚接意味著鉚接的流程更加快，但是這仍有足夠多的工作保持他們的流程效率相對(duì)較高，而且只有3%以下的鉚接流程效率。隨著鉚接流程的增加而生成的輸出，對(duì)于裝配的生產(chǎn)流程會(huì)更加更小，而他們的流程效率也會(huì)有所增長(zhǎng)。

模擬的裝配流程效率在數(shù)值上市真實(shí)數(shù)據(jù)的兩倍。因此不僅整個(gè)的對(duì)于模擬網(wǎng)絡(luò)的工作量會(huì)下降且成本會(huì)降低，而且對(duì)于價(jià)值方面也會(huì)提升以作為更好的使用在其執(zhí)行改變之時(shí)。在前文中討論的模擬的工作率和高的流程效率伴隨著單一的控制站中是可行的，這意味著在最后的機(jī)身部分的組裝中不僅僅需要單個(gè)的治具。這也代表了在治具的成本方面有著明顯的節(jié)省，達(dá)到50萬—100萬英鎊。

5 討論

創(chuàng)造數(shù)據(jù)用于多維度概念設(shè)計(jì)的跨越結(jié)構(gòu)、空氣動(dòng)力和成本方面學(xué)科的功能性已經(jīng)被研發(fā)。在這篇文章中描繪的這份工作論證了綜合設(shè)計(jì)框架是如何被用于省份分析、設(shè)計(jì)和計(jì)劃模型，通過采用一組運(yùn)行的參量在飛機(jī)概念中。這類開放的框架可以被用作生成多維的設(shè)計(jì)模型在幾個(gè)模型的工具中。這種方法使得不同級(jí)別的模型對(duì)于相同分析類型的生成，例如在在一個(gè)層次分析整個(gè)部分作為一個(gè)光束，并在一個(gè)較低的水平分析更小，更詳細(xì)的領(lǐng)域內(nèi)，作為二維殼或三維固體元素。

為了論證從設(shè)計(jì)概念到生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)中的流程，來源于飛機(jī)裝配流程中的實(shí)際數(shù)據(jù)會(huì)被使用。這也使得有一個(gè)對(duì)于全部綜合方法論的明顯的演示以及模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)的一個(gè)論證。這一結(jié)果被展示與第四部分，展現(xiàn)了勞動(dòng)力利用在最終的飛機(jī)裝配流程中式如何被優(yōu)化的。如果循環(huán)時(shí)間作為優(yōu)先，那么之后優(yōu)化的流程數(shù)據(jù)可以被決定但是流程的效率更多的傾向于很低。如果利用率和財(cái)務(wù)的效率是優(yōu)先考慮的，那么循環(huán)時(shí)間將會(huì)花費(fèi)的更長(zhǎng)。因此對(duì)于最終操作數(shù)量的決定會(huì)成為一個(gè)在流程效率和循環(huán)時(shí)間之間的權(quán)衡。

當(dāng)來源于優(yōu)化工程效率環(huán)境（案例R）的工作量對(duì)比于真實(shí)的機(jī)身組裝數(shù)據(jù)，會(huì)發(fā)現(xiàn)模擬的數(shù)據(jù)回避實(shí)際的工作量略有減少。這一結(jié)果對(duì)于組裝流程的財(cái)務(wù)效率有著19%的提升。模擬數(shù)據(jù)使用更多的鉚接相比于真實(shí)的流程。使用更多的鉚接在關(guān)鍵的流程意味著鉚接的流程會(huì)執(zhí)行的更快，但是這里仍然有足夠的工作空間來保持流程效率相對(duì)較高且只有3%以下的實(shí)際流程效率對(duì)于鉚接方面。作為鉚接流程增長(zhǎng)后的輸出，對(duì)于裝配的工作流會(huì)更加高效且他們的流程效率也會(huì)增長(zhǎng)。對(duì)于裝配工作的模擬工作流程是實(shí)際裝配工作中的數(shù)據(jù)的兩倍。模擬的裝配流程效率在數(shù)值上市真實(shí)數(shù)據(jù)的兩倍。因此不僅整個(gè)的對(duì)于模擬網(wǎng)絡(luò)的工作量會(huì)下降且成本會(huì)降低，而且對(duì)于價(jià)值方面也會(huì)提升以作為更好的使用在其執(zhí)行改變之時(shí)。在前文中討論的模擬的工作率和高的流程效率伴隨著單一的控制站中是可行的，這意味著在最后的機(jī)身部分的組裝中不僅僅需要單個(gè)的治具。這也代表了在治具的成本方面有著明顯的節(jié)省，達(dá)到50100萬英鎊。

這一工作也已經(jīng)論證了使用生產(chǎn)模擬方式的優(yōu)勢(shì)和便利，對(duì)比于傳統(tǒng)的計(jì)劃方法。現(xiàn)階段較大數(shù)量的桌面應(yīng)用的生產(chǎn)計(jì)劃可以被單個(gè)的、綜合的環(huán)境所替代，這種綜合的環(huán)境可以無縫的與圖一所示的綜合架構(gòu)進(jìn)行對(duì)接。使用生產(chǎn)模擬和驗(yàn)證軟件也將可生產(chǎn)性堅(jiān)定地帶入了設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在這個(gè)領(lǐng)域中生產(chǎn)的工程可以做的更多，直接通過裝配計(jì)劃。并行工程設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃和流程驗(yàn)證會(huì)被執(zhí)行和優(yōu)化在虛擬環(huán)境中，在代價(jià)高的原型流程生產(chǎn)設(shè)計(jì)開始之前。數(shù)字的生產(chǎn)環(huán)境提供了綜合的共享的數(shù)據(jù)庫以為了數(shù)據(jù)的佳話，以至于任何數(shù)量的“假設(shè)”情景可以被驗(yàn)證去識(shí)別和減少生產(chǎn)的瓶頸或者優(yōu)化資源的分配。生產(chǎn)的計(jì)劃、基于模擬的驗(yàn)證、自動(dòng)的MBOM生成、BOM效率以及工作指導(dǎo)編撰全都基于真實(shí)的3D CAD數(shù)據(jù)庫去清晰的制作計(jì)劃數(shù)據(jù)伴隨著較小的時(shí)間成本如果有所改動(dòng)。驗(yàn)證前的生產(chǎn)計(jì)劃意味著操作者可以開始在一個(gè)虛擬的環(huán)境中進(jìn)行訓(xùn)練在生產(chǎn)開始前，允許了生產(chǎn)可以被更快的引入市場(chǎng)隨著學(xué)習(xí)曲線得以縮短。最佳的生產(chǎn)實(shí)踐可以被捕捉并且重新應(yīng)用，因而產(chǎn)品研發(fā)的領(lǐng)先時(shí)間和質(zhì)量目標(biāo)都會(huì)被很快的滿足，由于重新工作和工程改變順序的減少，伴隨著工程生產(chǎn)的沖突也會(huì)減少或者消失。即使所有的這些優(yōu)勢(shì)在工作進(jìn)步中得以充分的體現(xiàn)，這仍沒有堅(jiān)實(shí)的內(nèi)部數(shù)據(jù)在這些數(shù)據(jù)中可以允許對(duì)于Bombardier的優(yōu)勢(shì)有著定量的探究。

關(guān)于生產(chǎn)活動(dòng)中明顯的節(jié)省部分可以被展現(xiàn)出作為關(guān)鍵的參量，包括對(duì)于資源需求的降低、關(guān)鍵時(shí)間因素以及最重要的——成本。一個(gè)更激烈的市場(chǎng)環(huán)境已經(jīng)帶來了對(duì)于航空航天產(chǎn)業(yè)的一個(gè)重要的需求，去提升產(chǎn)品研發(fā)方式的效率。飛機(jī)復(fù)雜性的增長(zhǎng)以及獲取、設(shè)計(jì)工程和生產(chǎn)的低效也延長(zhǎng)了研發(fā)的周期，從另一方面增加了最終的成本。伴隨著更少新產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)，創(chuàng)新需要從產(chǎn)品創(chuàng)新調(diào)整到流程創(chuàng)新，諸如設(shè)計(jì)、研發(fā)和生產(chǎn)，以為了提升效率和減少成本。這也可以通過或許盡可能早的或許更多關(guān)于設(shè)計(jì)的知識(shí)在研發(fā)階段來實(shí)現(xiàn)，且可以通過使用綜合的設(shè)計(jì)框架伴以數(shù)字化的生產(chǎn)軟件來促進(jìn)這一流程。

6 結(jié)論

這一研究清晰的展現(xiàn)了使用數(shù)字化生產(chǎn)技術(shù)來優(yōu)化飛機(jī)機(jī)身裝配工作的優(yōu)勢(shì)。數(shù)字化生產(chǎn)技術(shù)和在圖一所展示的綜合設(shè)計(jì)框架的結(jié)合，意味著概念化生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)可以被研發(fā)，伴隨著設(shè)計(jì)的進(jìn)步以及對(duì)勞動(dòng)力使用和成本可以制作出準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。生產(chǎn)模擬和驗(yàn)證軟件的使用將可生產(chǎn)性堅(jiān)定地帶入設(shè)計(jì)領(lǐng)域，在這個(gè)領(lǐng)域中生產(chǎn)的工程師可以直接的在裝配計(jì)劃中做出更多的工作。

這一方法的優(yōu)勢(shì)在于它促使了在確保準(zhǔn)確成本下概念化飛機(jī)建造的生產(chǎn)并且引領(lǐng)了時(shí)間信息以為了投標(biāo)和計(jì)劃活動(dòng)。它提供了事先記錄的模擬對(duì)于流程的訓(xùn)練和指導(dǎo)，以及可以將流程的效果依據(jù)操作級(jí)別的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉簟?shù)字化的生產(chǎn)環(huán)境提供了一個(gè)虛擬的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)（DBT）領(lǐng)域，因而使用者可以視覺化的進(jìn)行裝配，因而其可以研發(fā)、識(shí)別和減少裝配的問題。

另一個(gè)優(yōu)勢(shì)在于它促使了對(duì)于優(yōu)化數(shù)據(jù)的生成和使用，這一數(shù)據(jù)在生產(chǎn)流程中可以使得人們更好的從生產(chǎn)方面做出決定。綜合的、基于Windows的運(yùn)行環(huán)境是很容易去使用而且系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)的產(chǎn)生輸出數(shù)據(jù)，例如多維設(shè)計(jì)模型、結(jié)構(gòu)和航天性能數(shù)據(jù)、資源使用和效率表格、車間中的指示等。

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的分析也會(huì)被執(zhí)行為基于學(xué)習(xí)曲線中的不同的點(diǎn)，而個(gè)體在活動(dòng)和最終裝配線上的效率也可以被識(shí)別。循環(huán)時(shí)間和關(guān)鍵路徑會(huì)自動(dòng)的被計(jì)算，組裝的瓶頸也會(huì)被高亮出來。

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Classification of 3D Structure Instruction in Aircraft Structural Development

SURAJ ADHIKARI（College of Mechanical and Electrical Engineering， Nanjing University of Aeronautics & Astronautics， Nanjing 210016， China）

Abstract：This article describes a product development approach based on the automatic generation of CAD data， these CAD data can be used as a structural analysis and production plan of the aircraft fuselage. In the design aspect of the introduction makes the introduction of a prototype and tools in the production of expensive activities before making a feasible design， production planning and process validation. Network analysis for the simulation of aircraft fuselage assembly operations shows that when the capital efficiency is increased by 19%， compared to the actual assembly process， the use of labor can be significantly improved. This simulation predicts these results in a single final assembly die and these results can be achieved. As the two abrasive tools can be used in the assembly process in reality， this result can be reflected in the financial aspects of the savings.

Key words：3D structure instruction； aircraft structural development； classification