飛機工藝裝備模塊化設計的系統技術

◎宋爽

在產品快速設計中，模塊化設計是常用的技術之一，其可對產品設計流程進行簡化，也可降低研發成本，可減少研發周期?；诖?，本文運用模塊化設計方法進行飛機工藝裝備快速設計技術的研究，分析了飛機工藝裝備模塊重復利用技術，并對飛機裝配型架設計系統的開發與應用展開了探討，然后還利用模塊實例推理技術對飛機工藝裝備的快速設計進行了應用，以此實現產品的快速設計。

在飛制造工程當中，飛機工藝裝備的設計與制造必不可少，其決定著飛機生產目標能否實現，可顯著提升飛機產品的可靠性，延長其使用期限，還可對綜合技術的性能進行有效改善。可實現成本降低與生產周期縮短的目標。由于不同系統飛機的工裝結構具有相似特征，因此型架、模具等部件可實現重復利用，因此，通過模塊化設計技術可實現飛機生產準備快速反應能力的有效提升。

一、飛機工藝裝備模塊化設計系統功能模型分析

1.飛機工藝裝備設計的子系統。

在新飛機工裝設計任務執行時，可運用模塊設計系統進行其他功能模塊的調用而完成設計任務。

2.推理機。

由模塊實例推理。

3.設計資源庫管理系統。

對設計資源庫進行管理，包括設計實例信息、三維模型、二維圖形、設計規范與標準知識、選擇和判斷知識、專家經驗知識和航空企業其他設計資源（如工裝標準件庫）等信息進行管理。

4.參數化設計。

能夠根據設計問題需要，對已有三維模型進行參數驅動，從而得到符合需要的三維模型。

二、飛機工藝裝備的模塊劃分分析

在飛機工藝裝備設計任務對象的拓撲結構發生變化時，工藝裝備及其設計任務對象結合部分的結構也會隨之而發生改變，但是其他結構部位并不會發生較大變化。如定位元件及導向件等部位與任務對象拓撲結構變化之前有明顯的不同，而夾具及其夾緊機構并不會發生較大轉變，傳動裝置也與之前無明顯變化。

1.飛機工藝裝備模塊的分解過程。

采用由上而下的方法將飛機工藝裝備設計的所有功能需求進行分解，并將得出的各個子功能進行獨立的結構呈現而使之成為模塊劃分的基本單元，由一個或多個子功能而完成模塊的構建。

2.模塊的劃分。

以子功能結構圖作為模塊劃分依據，子功能結構可成為獨立模塊需滿足的條件如下：（1）子功能結構可能根據實際需求發生變化。（2）子功能結構是企業的工裝通用件或標準件。（3）子功能結構經常單獨作為應力校核的關鍵部分。（4）子功能結構經常更換使用，并且很有可能因為腐蝕、磨損或變形，而被經常更換或維修。（5）子功能結構實現技術的應用會對技術的升級起到促進作用，模塊劃分完成后，還要進行劃分結構的評價，應遵循模塊劃分與獨立原則并結合專家經驗進行，如發現劃分結果存在不合理性，應做出進一步調整。

三、工裝快速設計實現的有效策略分析

1.設計流程。（1）結合設計任務的具體需求，提取設計問題相關信息并對具體的要求進行分析，進而以問題信息為依據進行推理，并得出規格相似的工裝實例。（2）在模塊劃分后，運用模塊實例推理技術將與模塊相似的模塊實例相似性最高的模塊實例找尋出來。（3）結合新設計要求分析模塊實例，并對其進行評價與修改。（4）以工裝組織構型為依據進行修改后模塊實例的重新組合，并分析與評價組合結果，再對其進行修改與重新設計，進而得出新設計工裝。

2.基于模塊化設計推理的步驟。（1）以各個模塊的功能需求為依據進行設計問題信息的分解。（2）結合分解后得出的推理信息對模塊實例進行查找，結合與設計效果相關的特征信息進行匹配，通過相似性計算將實例庫中與之匹配度最高的實例提取出來。（3）采用人工交互的方式做出最終的選擇，以設計問題信息為依據對選擇的模塊實例進行分析與評價，對其不足之處進行修改，進而獲取到完整的輸出結果。（4）如果未得到檢索結合，應對模塊實例進行重新設計直至得出設計結果。

四、飛機工藝裝備模塊化設計的系統實現分析

1.模塊化設計的系統實現。

飛機工裝模塊化設計系統以CATIA為開發平臺，利用計算機應用體系結構（CAA）對CATIA實行二次開發。其中，設計資源庫將采用OracleXMLDB作為底層的支撐數據庫，并在實體關系（E-R）模型的基礎上建立各種關系表和數據結構，以及它們之間的約束關系。另外，還要對其進行功能設計，包括存取功能、知識的檢索和查詢功能及設計資源庫的維護管理功能。

2.應用實例分析。

飛機機翼是飛機機體的主要裝配組件，根據飛機機翼結構，一般可以將其分解為翼尖、翼肋、襟翼、副翼、前緣、后緣和壁板等裝配單元。

飛機總裝型架是飛機機翼裝配時所需使用的裝配夾具，其作用是對機翼裝配單元進行定位進而實現組裝，可運用鉚接或焊接等多種方式進行飛機機翼各個裝配單元的裝配。飛機總裝型架可為四個組成部分，一是骨架，二是定位件，三是夾緊件，四是輔助設備。骨架作為飛機總裝型架最基本的構件，其結構設計時應將力傳遞納入考量。以下為骨架模塊化的具體設計流程：（1）構建某飛機機翼總裝型架的骨架，對其進行模塊分解。（2）某機翼總裝型架的骨架可以分解為梁、立柱、底座和調節支承等模塊。（3）某機翼總裝型架的骨架分為框架式、組合式、分散式和整體底座式。機翼總裝型架的骨架通常是組合式，通過界面結構相似度的計算，獲取相似骨架實例結構。（4）所有模塊數據以Catalog文件存放。Catalog是CATIA自帶的模型庫文件。調用瀏覽器API，令模塊數據在瀏覽器中打開。（5）在CATIA裝配設計中，選擇需要的參數模型。梁是由槽鋼對焊成封閉的匣形剖面，表面加工出間距為100mm的孔，以便通過螺栓互相連接，梁通過螺栓固定在底座和立柱上。立柱、底座的材料一般采用鑄鐵。調節支撐由裝配基準點確定。（6）根據設計任務，更新機翼總裝型架的骨架。若更換其中局部模塊，還可以滿足新的工裝需求。

結語：基于模塊化設計可實現快速而高效的飛機工藝裝備設計，運用模塊化設計方法研究與分析飛機工裝設計技術，可實現飛機工裝模塊化設計系統的有效構建。在設計過程中，可對設計資源庫進行有效查詢，進而實現資源的重復利用，可有效提升設計速度。模塊化設計系統運用時應對基礎數據構建予以高度重視，并對資源庫內容進行豐富，以此實現快速設計的目標。