飛機數字化設計制造一體化應用研究

照那斯圖

摘要 隨著網絡技術、信息技術和自動化技術的飛速發展，飛機研制技術從傳統制造模式跨越到數字化設計制造模式已成為必然趨勢。目前國內數字化設計制造剛剛起步，實踐過程中存在不少問題，迫切期待解決和突破。本文系統闡述數字化裝配面臨的困境和問題，并針對問題進行研究分析，提出了解決方案。

關鍵詞 數字化；設計制造；一體化；應用研究

中圖分類號TP3 文獻標識碼A 文章編號2095—6363（2017）03—0021—01

1概述

飛機設計和制造是飛機研制的重要2個環節。飛機研制是創造新型的飛機，從設計方案的提出到投入使用，需要經歷很長的時間，是一件很復雜的系統工程。一般情況下飛機研制分為擬定技術要求、飛機設計、飛機制造和飛機試飛定型等4個階段。飛機數字化設計制造技術是數字化數據管理和傳遞系統為基礎，在數字化設計技術的前提下，有效結合數字化工藝技術、裝配技術、檢測技術、機器人自動鉆鉚技術及數字化的集成控制技術等多種先進技術的綜合應用的結果。

數字化設計制造技術在機械、汽車、醫藥行業應用比較早。航空領域在20世紀80年代誕生于西方航空發達國家。數字化設計制造技術從根本上改變了飛機制造方法。數字裝配方法有效解決了傳統制造方式的周期長、返工率高、質量低、精度低、風險大和成本高的問題，給飛機研制開辟了嶄新的道路。

面對市場競爭，傳統的飛機研制方式無法滿足企業發展需求，為了能在競爭中處于有利位置，企業必須采用數字化設計制造一體化技術是勢在必行。數字化設計制造一體化技術能夠大幅降低制造成本，提高制造精度和質量，縮短制造周期，降低返工率。

2數字化設計制造一體化技術的組成

數字化設計制造一體化技術是多個高新技術高度集成的結果。數字化設計制造一體化技術包含數字化設計系統、數字化工藝系統、數字化工裝系統、數字化檢測系統、自動鉆鉚系統等子系統。

1）數字化設計系統。數字化設計系統能夠在產品的數字化定義和建模的基礎上，利用計算機實現模擬預裝配，主要作用是對產品進行干涉檢查、位置分析以及人際功效分析等工作。通過虛擬預裝配可以進行結構協調設計、系統協調設計、檢查零部件的安裝和拆卸等工作，有效地減少因設計錯誤而引起的返工和更改。

2）數字化工藝技術。數字化工藝技術是在數字設計的基礎上，對設計數據進行按數字裝配要求分析，總結歸類和工藝設計的過程。包括工藝路線分工、工藝流程設計、工藝裝備選擇、工藝控制點選取、容差分配和數字化預裝配等等。也就是根據現有技術、設備選擇最合適的產品實現的方案或工藝技術的過程。

3）數字化工裝系統。飛機裝配中廣泛應用的數字化工裝技術有特征定位技術、柔性定位技術和數字化定位技術等等。

特征定位技術是利用零部件的工藝特征或裝配配合關系來確定零部件的位置關系，達到準確定位的目的。常用的方法有凸臺定位、裝配孔和工藝孔定位等。

柔性定位技術是指通過采用可變的工裝支撐和定位要素來滿足不同產品或類似產品的不同定位要求。柔性工裝常用于壁板類部件、翼梁類部件、對接部件、舵面等部件的裝配。

數字化定位技術是數字化測量技術在飛機裝配中的應用。指通過同一組數字化測量點的位置來確定組、部件的不同站位不同狀態下的準確定位。常用的數字化定位系統有激光跟蹤儀、iGPS定位系統、照相測量等。

4）自動鉆鉚系統。自動鉆鉚系統，也叫機器人加工系統。通過數字化編程的程序控制機器人，用機器人的動作代替部件裝配中的制孔、锪窩、送釘、加膠、鉚接等工序。自動鉆鉚系統加工精度高、效率高、工作一致性好等特點。機器人效率是人工的6～10倍。機器人加工工作已拓寬到鉚接、焊接、膠接和噴漆等工作。

3國內飛機數字化設計制造一體化應用情況及存在的問題

我國航空工業主要沿襲前蘇聯的組織生產模式，飛機設計制造技術發展緩慢。飛機研制技術和組織管理方式落后，雖然在不斷完善和該機，但與發達國家比差距較大，自動化水平不是很高，半自動和純手工制造還在應用。目前在技術和管理方面都存在一定的問題。

數字化設計制造一體化體系建設需完善。數字化設計、工藝設計、工裝設計、流程設計、數據管理和傳輸、數字化裝配等方面均缺乏完整的、體系的標準規范。雖然已有了基礎的標準，但實踐過程中存在諸多問題。

在產品設計階段缺乏設計制造一體化的考慮，缺乏數字化裝配的工藝性考慮。在我們飛機裝配中發現很多方面可以改變設計方式方法，應逐步加強面向裝配的設計，加強“三化”設計。比如壁板設計、地板設計、翼肋設計完全可以按模塊設計，便于柔性制造。

數據管理和數據傳遞平臺需規范和完善。從設計到裝配需要多個數據庫、多個軟件、多個接口的交換，數據管理和傳遞，硬件軟件需進一步規范和完善。

數字化裝配過程中補償技術、檢測技術需進一步提高。數字化裝配是復雜的系統工程，裝配過程受產品設計、工藝設計、工裝設計與制造、零件制造、檢驗檢測、工具使用等多個方面的影響，以上某個環節出現任何問題均影響部件制造的進度、節奏和質量。

4加快飛機數字化設計制造一體化應用的方法

數字化設計制造一體化技術是制造業發展的必然選擇。面對困境和問題，我們需要采取以下措施，加強研究和應用實踐。

1）建立產品全壽命工作模型，優化流程。目前發達國家高新企業幾乎全部都采用全壽命周期的設計制造方法，其主要特點是充分考慮制造工藝性、售后維護的方便性，在方案論證階段銷售維護和制造問題先考慮并反復迭代。

國內航空產品研制周期長，質量低、成本高的主要原因是沒有按照產品全壽命周期模型管理產品的研發，在設計階段缺乏全壽命考慮，產品沒有面向制造、面向用戶、面向維護。

具體表現為：（1）缺乏完整的系統工程的研發理念，重功能性能，輕過程管理；白頂向下的設計分解和自底向上的逐級驗證過程不清晰，不完整；設計指標逐級分解不全，設計驗證迭代不夠，驗證不充分。（2）缺乏規范化、操作性強的流程；流程結構化差，粗放、層次不清、不夠規范、不細化、操作性不強；沒有整體流程，流程是串行的，運行緩慢，問題留到了后面，造成返工和拖延；流程的執行缺乏強制和紀律性。

2）加強面向制造的設計。傳統的設計方式和傳統的模擬量傳遞技術很難與數字化裝配技術接軌，數字裝配技術的前提是面向裝配的數字化設計技術。具體為，加大產品的“三化”設計，加大產品的模塊化、系列化和通用化，盡量加大通用件和共享零部件。比如壁板類零件、地板零件應采取模塊化設計。另外，零件剖面選擇取、設計分離面的選取應充分考慮數字化裝配工藝，如，Z字形長桁剖面比L形長桁更便于機器人加工。

3）加強數字化裝配技術的研究。數字化裝配技術在國內剛剛起步，從標準的建立和技術的協調兼容沒有明確的參考依據。我們知道需要數字化裝配技術，但不是很明白需要什么樣的數字化裝配技術，因為產品類型不同、工藝分離面不同，所選取的裝配方法不同。因此目前沒有形成完整的技術樹，對核心技術、關鍵技術識別不夠。在產品零件到總裝結束哪些分里面或哪些工位選取數字化裝配更合適、效率更高等方面需研究和探索。

5結論

數字化設計制造一體化技術是制造技術發展的必經之路。面對問題，我們要堅定信心，從技術和管理等方面研究和創新，大力開展飛機數字化設計制造一體化技術的推廣和應用，通過數字化設計制造技術加快產品研發速度，降低成本、提高質量，為企業發展、為國防建設做出更大的貢獻。