飛機三維數字化裝配工藝設計與管理技術

黨佳豪 李浩 洪建強 田文昊

摘 要：經過多年的信息化基礎建設，我國飛機制造企業CAD、CAPP、CAM、PDM、ERP等系統軟件的基礎建設水平已取得實際成果，如創建及實施相應的軟件系統和管理系統進行了較為深入的集成應用，基本完成了商品、加工工藝、工裝的數字化設計，以及全過程和數據信息的數字化管理方法，在飛機型號的研發與制造方面發揮了重要作用。

關鍵詞：飛機3D數字化;裝配工藝;設計與管理

1飛機3D數字化裝配工藝設計方案及管理方法核心技術

1.1工程項目數據信息一體化管理方法

按照工作流程推進工程項目數據信息的整合，完成飛機單架次EBOM、PBOM、MBOM、產品數字模型、工裝數字模型、AO和仿真仿真認證結果數據信息在系統中的傳遞。關鍵實現方法如下。

1.1.1EBOM、PBOM、產品數字模型、工裝數字模型的集成。

從工程項目數據信息集成管理系統中，導出整機或特定部件單架次的EBOM結構、產品型號及相應的工裝信息。數據類型包括zip包、Excel等。導出的EBOM和產品品數字模型將被引入到數字化裝配工藝設計方案和智能管理系統中進行應用。

1.1.2MBOM數據信息的整合。

MBOM分為頂層MBOM和底層MBOM。3D數字化裝配工藝設計方案及管理系統賦予頂層MBOM結構導出功能，3D裝配工藝設計及管理系統執行的頂層MBOM結構文檔以XML/Excel文件格式輸出，并導入工程項目數據集成管理平臺，在平臺上轉換為頂層MBOM結構。在工程項目數據集成管理平臺上進行頂層MBOM結構的管理，并進行維護在工程項目數據集成管理平臺的MBOM在線編輯器中。底層MBOM結構在AO的構件配套設施表中審簽后由系統自動分析轉化生成。

1.1.3AO與模擬認證結果數據信息的整合。

根據3D數字化裝配工藝設計方案與管理系統與項目數據集成管理平臺的集成，數字裝配工藝設計與管理系統增加了3DAO輸出。根據工藝技術和模擬仿真認證的AO數據信息打包成zip包（包括目前工程項目數據集成管理平臺AO在線編輯器定義的XML文件格式，具有指導性的視圖和Process、SMG、AVI文件等）模式輸出。

1.2頂級工藝規劃與管理方式

在制定3D數字化裝配工藝設計規劃與管理系統中進行頂層工藝規劃與管理方法的重點工作包括PBOM的構建和頂層MBOM的構建。

1.2.1 PBOM的構建。

PBOM基于EBOM。根據產品特點和公司生產制造能力，對產品結構進行重組，使其與公司生產力相適應，為生產制造組織、合理布局、生產車間的職責分工提供依據。確保制造的可行性分析、均衡性和經濟性。

1.2.2頂層MBOM的構建。

頂層MBOM由多級裝配單元和AO序列號組成。裝配單元是裝配部件的總稱，是指在飛機的整個裝配過程中，可以單獨裝配并達到工程項目設計規范和技術標準的一組預制構件，作為單獨的組件、部件或最終整機的一組構件。

2 3D裝配工藝設計與仿真

2.1裝配工藝設計。

利用智能裝配工藝設計和智能管理系統的3D可視化環境，對實際裝配單元中包含的工藝過程中的部件之間的裝配管束進行裝配順序調整，對裝配順序整體規劃的結果進行爆炸圖解仿真。對錯誤或不科學的加工工藝全過程進行及時處理，從而進行裝配順序的調整和改進。圖1為某零部件裝配加工工藝設計案例。然后根據裝配單元創建AO件，根據工序總數創建若干AO，定義AO編號和名稱，明確AO在整個裝配過程中必須與裝配單元相匹配的裝配工序，完善裝配工序的基本信息，形成裝配工藝，它還與每個裝配過程的配套零組件相關聯、實現的裝配約束、配套裝配資源等。

2.2裝配工藝得到改進。

飛機零件尺寸大，精度要求高。裝配過程中必須要協調多個部位且難以反工。為了更好地防止裝配過程中關鍵零件的偏差累積導致裝配精度問題，裝配過程必須提前進行精度預測。準備環節對裝配精度進行預測分析，從而對裝配精度超差的工藝過程進行優化處理。直接影響產品裝配精度的關鍵要素包括零件加工偏差和產品裝配加工工藝。目前，飛機裝配精度的保證一般是基于精確的測量和協調。在產品組裝和制造之前無法完成產品精度控制。在MBD技術和智能裝配技術日趨完善的情況下，為了更好的縮短飛機研制周期時間，需要將精度控制技術融入裝配加工技術中準備過程，在精度控制的基礎上完成飛機裝配加工工藝改進，確保裝配過程的穩定性和可靠性。

作為輸入?；诋a品精度MBD模型，利用多維方向偏差搜索算法得出偏差傳遞路徑，用蒙特卡洛算法將在發布裝配工藝之前，對產品進行整體裝配精度預測分析（見圖2），對每個重要特征的工藝能力進行早期評估。由于整體裝配精度預測分析是在零件尚未加工的情況下進行的，因此采用位置公差（將尺寸公差轉化為參考某基準的位置公差）。將位置輸入公差轉化為相應的偏差值（偏差值呈正態分布），利用上述的偏差值、傳遞路徑、敏感度等信息來預測關鍵特性是否超差。

在裝配精度預測分析的基礎上，根據分析預測的結果，識別和改進引起精度偏差的工藝要素，最終達到總的裝配精度要求。如果計算出重要特性的偏差，則可以將所有因素的誤差貢獻率分析和具體生產力的評估結合起來，明確工藝改進計劃。如果計劃必須改變裝配順序、定位基準等工藝內容，則必須進行裝配過程仿真模擬。經過裝配工藝仿真后的工藝優化方案為有效方案。

結束語

數字化裝配工藝設計與管理方法是飛機數字化裝配全過程的關鍵階段，也是飛機制造企業在一段時間內完成數字化制造的重點任務之一。根據飛機3D數字化裝配工藝設計和管理方法的技術管理體系和核心技術的探討，構建了飛機3D數字化總裝工藝設計和智能管理系統，合理與PDM系統集成，實現飛機裝配過程的3D可視化AO編制和數據集成管理方法，以進一步提高飛機3D數字化裝配過程設計和管理的水平、質量和效率，為實現工程應用提供了一種可行的思路。

參考文獻：

[1]杜坤鵬，劉向衛，張海寶.飛機數字化裝配知識管理系統構建[A]..中國航空學會管理科學分會2015年學術交流會論文集[C].：中國航空學會，2015：7.