試驗機數字化改裝技術研究

王進+田玉艷+呂超

摘 要 本文結合試驗機設計改裝工作及數字化協同設計制造特點，對數字化改裝技術進行探討研究。從技術角度提出試驗機數字化改裝技術的關鍵要求，以及數字化改裝技術建設的核心內容，為試驗機數字化改裝技術建設提供參考。

關鍵詞 數字化改裝技術；三維設計；并行設計

中圖分類號 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）161-0064-02

數字化技術正以前所未有的速度和深度影響著世界航空產業的發展，國內航空業也在積極響應這一趨勢；試驗機設計改裝專業承擔著我國特種試驗機設計技術研究、試驗機測試改裝的設計/施工及機載專用試驗系統研制等工作，它是我國航空產業試飛板塊中重要一環，因此，數字化在航空領域的發展必將對其產生巨大影響。

試驗機設計改裝正在從初期的型號測試改裝向特種試驗機設計改裝技術研究、試驗機測試改裝的設計/施工及機載專用試驗系統研制3個方向發展；為了應對未來我國眾多的試飛任務，試驗機數字化改裝技術顯得尤為重要，它將為未來特種試驗機設計研制和型號試飛任務提供高效、有力支撐。本文從技術角度提出了試驗機數字化改裝技術的關鍵要求，以及數字化改裝技術建設的核心內容，以期為試驗機數字化改裝技術發展提供參考。

1 數字化改裝技術要求

數字化改裝技術的目標就是實現試驗機改裝數字化協同設計、制造，促進試驗機研制、試飛進程，匹配國內外航空企業飛機研制的信息化、數字化新模式，提高試驗機改裝水平。綜合國內外航空業的發展趨勢以及試驗機改裝設計制造的自身發展需求等多方面因素，數字化改裝技術應該具備以下幾個方面的顯著特點：

1）全三維設計。全三維設計是實現數字化協同設計制造的基礎條件。全三維設計是以三維實體為最終設計結果和生產依據的設計模式，替代了原二維圖樣的全部功能。全三維設計技術可保證設計數據的唯一性及一致性，設計結果直觀明了并可以有效提高設計、制造效率。

2）研制工作并行展開與傳統產品開發過程并不相悖，它同樣遵循產品開發的每一個必經階段，而且是基于連續的信息轉化實現的。研制工作并行開展就要求信息的轉化伴隨活動隨時進行傳遞。

以型號新機試飛研制為例：第一，在項目的總體研制過程中，試驗機設計、試驗機改裝設計、試驗機制造等研制過程可以并行交叉進行；第二，在具體的設計階段，試驗機改裝設計各系統和原機各系統的設計工作可以并行開展。設計過程中各系統之間的相互關聯和相互影響不可避免，通過互相協調適應以及各系統間實時迭代設計，可使得設計工作最大限度的展開；第三，設計人員可以并行開展工作。基于相同的設計技術平臺，同一系統的不同設計人員及不同系統的設計人員可以并行工作，使設計資源得到了有效的利用。試驗機改裝協同設計制造充分融入到試驗機研制過程中，提高了試驗機的研制效率。

3）跨地域協同設計制造。世界航空產業正在形成研制和市場的全球數字化協同模式，例如，我國部分主機廠就承擔了歐洲空客及波音系列飛機相關部件甚至部分重要結構件的生產制造工作。這一案例充分說明了數字化協同技術已成為飛機研制活動中重要的技術手段之一，可以有力推動研制活動高效、精準開展。

外部的這種發展趨勢也正在強有力的影響著我國的飛機研制產業，國內飛機研制體系正在突破傳統的串行封閉式研發模式。例如，我國某型飛機研制工程項目中首先嘗試采用異地協同設計、全國多地協同制造、國內外19家供應商的協同研制模式，實現了國內外不同地域的分包商和配套商的協同工作[ 1 ]。

2 數字化改裝技術建設

綜合分析國內外協同設計制造現狀和發展趨勢，結合試驗機改裝研制的特點及現階段的具體情況，數字化改裝技術建設應該分步進行。

第一步，進行數字化設計基礎平臺建設，加強數字化設計人才隊伍培養，建立數字化改裝技術規范。

通過第一步建設，可以實現數字化改裝技術的初步目標：1）試飛機構內部實現大型試驗機改裝、特種試驗機研制等大型項目的全三維數字化協同設計；2）具備試飛機構與主機廠所間試驗機數模順利傳遞的能力；3）培養出一支高素質的數字化設計隊伍。

第二步，在國內航空領域條件成熟時實現行業內數字化協同改裝設計制造。國內在跨地域數字化協同設計制造方面只是進行了試驗性的嘗試，目前還不具備行業內跨地域數字化協同設計制造的條件，但是我國航空業正在積極努力地向實現這個目標邁進。

在數字化設計基礎平臺建設及數字化改裝技術規范方面建議如下：

1）數字化設計基礎平臺。在三維建模軟件方面，CATIA作為世界航空領域三維設計的主流軟件應該是最佳的選擇。CATIA以設計對象的混合建模、變量/參數化混合建模以及幾何/智能工程混合建模等先進的混合建模技術，支持從項目調研、構思、詳細設計、分析、模擬、裝配及維護在內的全部工業設計流程，是全球航空業界普遍使用的一個集成產品開發環境。CATIA在國內航空企業中已得到了廣泛的應用。

在產品數據管理方面，ENOVIA VPM以其與CATIA在產品建模之間已緊密集成的優勢成為首選數據管理軟件系統，能夠實現物料管理、任務流管理、事件管理、配置管理、人員組織和權限管理等，它能提供一個上下關聯的設計環境，便于多專業同時開展設計工作，便于不同部門之間制定設計的優化方案，便于開展不同配置的并行設計[ 2 ]。

在協同平臺方面，可以基于Windchill系統根據試驗機設計和改裝業務進行配置和二次開發，使之成為試驗機協同研制平臺。Windchill是PTC 公司的一個大型PLM軟件，該軟件提供了近10個功能模塊，涵蓋了企業級產品數據管理和協同工作平臺應具備的所有功能。Windchill 還提供了功能強大的工作流引擎，能夠方便地對航空企業的各種復雜工作流程進行自動化和規范化的管理和控制[3]。

對于改裝數字化設計基礎平臺可以考慮以三維設計軟件CATIA作為基本的設計工具軟件，通過ENOVIA VPM系統實現對產品數據管理以及設計過程的管理，依靠基于Windchill系統進行二次開發的協同平臺實現研制工作流程自動化和規范化的管理和控制。

數字化改裝設計基礎平臺構架示意圖如圖1所示。

2）數字化改裝技術規范。波音公司根據相關標準和規范制定了BDS-600系列規范，使參研人員在統一的規范下有序進行。我國航空企業正在建立統一的數字化設計制造規范，已經頒布和實施了關于數字化設計制造的初步標準和規范，可以看出我國航空業正在積極推進數字化設計制造規范化建設。因此，作為試驗機研制的一個重要環節，數字化改裝技術規范化勢在必行。數字化改裝技術規范應該依據我國航空業現有標準、規范的統一約定，結合試驗機改裝設計特點及相關要求進行制定，并隨著行業標準的完善不斷地修訂，最后形成與全行業標準規范相統一的完善的數字化改裝技術規范。

3 結論

數字化技術、信息化技術對飛機的研制及業務模式產生了深刻的影響，我國在航空領域積極推進數字化、信息化建設，試驗機數字化改裝技術將是試驗機設計改裝的發展目標之一，它將有力地推動試驗機數字化研制進程。

參考文獻

[1]王永栓，王曉麗，向穎，等，航空工業數字化協同現狀與發展[J].航空制造技術，2009，（11）：62-65.

[2]黃志文.基于CATIA、VPM的結構三維數字化設計技術[J].直升機技術，2010（4）：20-25.

[3]何梅，冀艷麗，李玲，等.多企業聯合飛機研制環境下設計數據的發放接收應用[J].航空制造技術，2010（18）：81-86.