基于模塊的飛機裝配工藝+技術(shù)研究

田文昊 李浩 黨佳豪 洪建強

摘 要：飛機裝配作為飛機研究開發(fā)的重要環(huán)節(jié)，具有多學(xué)科領(lǐng)域、協(xié)調(diào)精度要求高、勞動強度大等特點?，F(xiàn)在國內(nèi)很多航空公司都采用未模塊化的組裝方式。分析未模塊化飛機裝配方式，提示先進的模塊化飛機裝配理念，模塊化設(shè)計、組裝模塊的定義、組裝結(jié)構(gòu)樹的構(gòu)建、組裝指令庫的管理、基于配置，重點描述了符合組裝命令的五種重要技術(shù)。

關(guān)鍵詞：非模塊化裝配;模塊化裝配;裝配結(jié)構(gòu)樹;裝配指令庫;匹配

1飛機裝配工藝技術(shù)

現(xiàn)代民機開發(fā)中的“設(shè)計一個產(chǎn)品”的思想不是不能滿足市場需求，而是通過構(gòu)建模塊化產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、控制產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、加快速度開發(fā)新產(chǎn)品達成產(chǎn)品系列化和多樣化的目標(biāo)。面向零部件的設(shè)計已經(jīng)不滿足現(xiàn)代民機系列化的需要。模塊化部件的設(shè)計技術(shù)全面發(fā)展，在部分模型的開發(fā)中得到了大規(guī)模的應(yīng)用。

1.1非模塊裝配工藝技術(shù)

在飛機的傳統(tǒng)生產(chǎn)活動中，產(chǎn)品的設(shè)計和組裝過程還沒有模塊化的概念，傳統(tǒng)的非模塊化組裝過程與對產(chǎn)品設(shè)計部件的定義和工廠的實際組裝過程的組裝工位劃分不對應(yīng)需要對多個零件進行有序、合理的分配，進一步形成物理零件，然后交付組裝組裝。部分零件在進入綜合組裝之前，需要把其他零件和零件組合起來組裝成更大的零件。零件和零件之間的依賴性很大。然后，飛機進入綜合組裝后，大部分的零件都是單品組裝在飛機上。容易造成大量的返工和成本損失，飛機的產(chǎn)品質(zhì)量和開發(fā)周期受到嚴重影響。

1.2模塊化裝配工藝設(shè)計技術(shù)

模塊化組裝過程與以往的組裝過程（圖1）相比，工程設(shè)計者根據(jù)組裝請求事先參加設(shè)計者的產(chǎn)品設(shè)計工作，協(xié)助設(shè)計者對組裝過程的流程進行產(chǎn)品模塊的劃分，使實物的部件構(gòu)成與設(shè)計的部件定義一致根據(jù)組裝模塊的定義原則定義完成機組裝模塊，通過整個過程的模擬驗證組裝模塊之間的交付關(guān)系，最終組裝構(gòu)成結(jié)構(gòu)樹。組裝結(jié)構(gòu)樹定義了各組裝模塊實際生產(chǎn)活動所需的產(chǎn)品設(shè)計模塊、工具/設(shè)備、組裝關(guān)系、人員、生產(chǎn)周期、品質(zhì)要求等信息，將組裝結(jié)構(gòu)樹定義為企業(yè)的生產(chǎn)組織、成本管理、項目管理、作為質(zhì)量管理活動的支持平臺。另外，組裝模塊在生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中是相對獨立的單元，可以獨立組裝，通過更新重復(fù)自身的性能，可以提高產(chǎn)品整體的性能，不影響產(chǎn)品的其他模塊。

2模塊化組裝工藝技術(shù)的要點

2.1模塊設(shè)計

飛機制造業(yè)為了迅速應(yīng)對客戶的各種需求，需要發(fā)售系列化產(chǎn)品，實現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的平坦化，提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)的再利用性。作為飛機研發(fā)和生產(chǎn)的一環(huán)，設(shè)計模塊不是單一的部件，而是作為最小操作單元，簡化設(shè)計、技術(shù)、生產(chǎn)等階段的管理復(fù)雜性，提高合作效率。設(shè)計模塊由CI/CS/DM構(gòu)成，配置項目（ConfigrationItem、CI）表示飛機的結(jié)構(gòu)或功能的一個單元。配置（CS）代表CI的設(shè)計狀態(tài)，并存儲分配給CI的設(shè)計需求和方案。設(shè)計模塊（DesignModule，DM）是飛機設(shè)計模塊的技術(shù)包管理節(jié)點，并安裝飛機的三維設(shè)計模型。這種產(chǎn)品模塊設(shè)計是模塊化組裝的前提和基礎(chǔ)。

2.2組裝模塊的定義

技術(shù)設(shè)計者事先參與產(chǎn)品設(shè)計，協(xié)助設(shè)計者對組裝過程中的產(chǎn)品模塊進行劃分，使實物的零件構(gòu)成和設(shè)計的零部件定義一致，在產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型的設(shè)計達到一定成熟度階段后，制造企業(yè)制定工程總方案計劃組裝完成機所需的站立位置。基于組裝過程及其工作內(nèi)容，將對應(yīng)于所確定的組裝站的所需資源定義為組裝模塊，組裝站是實際存在的物理站，一個組裝模塊對應(yīng)于一個組裝站。組裝模塊反映對應(yīng)的組裝站的所有制造資源和數(shù)據(jù)，定義對前一階段的組裝模塊或部件的需求，并滿足下一階段的組裝模塊的需求。組裝模塊是獨立的生產(chǎn)單元，是開展技術(shù)、品質(zhì)、成本、生產(chǎn)等的基本單位。

2.3組裝結(jié)構(gòu)樹的構(gòu)建

組裝模塊的定義完成后，需要構(gòu)建組裝結(jié)構(gòu)樹。這反映了整個結(jié)構(gòu)狀態(tài)下組裝站的扁平化結(jié)構(gòu)樹。在組裝結(jié)構(gòu)樹中，由組裝模塊定義所有模塊的所有結(jié)構(gòu)狀態(tài)，參與組裝的設(shè)計數(shù)據(jù)、制造資源及制造過程是生產(chǎn)組織的唯一數(shù)據(jù)源。組裝結(jié)構(gòu)樹可以表示組裝模塊之間的交付關(guān)系（并行開工，并行開工），構(gòu)筑結(jié)構(gòu)樹的前提是要求組裝站模塊化，組裝站內(nèi)組裝的DM完全一個設(shè)計模塊不能分割成多個組裝模塊進行組裝。這需要制造工序部門與組裝模塊的定義原則和設(shè)計部門的設(shè)計計劃工作同步開展工程計劃工作，在考慮分工/組合的基礎(chǔ)上，更科學(xué)地計劃產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和設(shè)計/制造分工。制造過程部門需要實際參與設(shè)計工作。初期加入CI的定義，以免后期引起制造環(huán)節(jié)產(chǎn)品模塊的重構(gòu)。CI和DM的關(guān)系在一個CI下有多個DM，其中一個DM只能對應(yīng)于一個CI。

2.4組裝工序指令庫管理

現(xiàn)在的階段，飛機制造企業(yè)的組裝指令管理方式是根據(jù)有效性加上版本進行管理。設(shè)計變更發(fā)生的情況下，過程人員需要新的制造工序指令，發(fā)行變更書，發(fā)出補充命令進行變更并貫徹到底。模塊化組裝工藝技術(shù)使用組裝過程指令庫來管理組裝指令，以飛機機型為大類、AOL為單位，以映射關(guān)系為脈絡(luò)來組裝存儲指令，組裝指令在庫內(nèi)沒有架回有效性，最新版本有效適用于所有結(jié)構(gòu)狀態(tài)。在模塊化的設(shè)計模式中，根據(jù)“部件編號交換”的原則，DM沒有有效性的設(shè)定，以構(gòu)成圖為基準(zhǔn)組織生產(chǎn)活動。如果您匹配，選中的DM將在配置配置文件中指定的有效性中有效。發(fā)生設(shè)計變更時，通過在AOL節(jié)點下新建AO或升級AO，徹底進行設(shè)計變更，新AO與部件或組件建立映射關(guān)系。組裝指令庫只輸入發(fā)布狀態(tài)的AO。

2.5根據(jù)組合構(gòu)成整合組裝指令

如上所述，過程設(shè)計者在制作組裝命令時，必須確立組裝模塊和CI、AOL和DM、AO和DM頂層圖號之間的映射關(guān)系。該映射關(guān)系是根據(jù)配置在組裝指令庫中的構(gòu)成來匹配組裝命令的關(guān)鍵。設(shè)計部門發(fā)布了單架次結(jié)構(gòu)圖后，流程部門在接收到結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)構(gòu)成書后，系統(tǒng)首先基于結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)中的CI精密定位組裝模塊，根據(jù)DM和DM頂層圖號在組裝指令庫中進行AO比率完全匹配或部分匹配與當(dāng)前配置所擁有的DM相對應(yīng)的AOL，并最終生成在單架上使用的處理文件。在部分匹配的情況下，過程設(shè)計者對當(dāng)前配置的新設(shè)計模塊進行過程設(shè)計工作，并創(chuàng)建的組裝指令的入庫管理。

結(jié)論

如上所述，采用先進的模塊化組裝工藝技術(shù)，改變傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，以組裝模塊為基本單位開展技術(shù)、品質(zhì)、成本、生產(chǎn)等工作，通過模塊化的工作包來組織生產(chǎn)企業(yè)迅速適應(yīng)市場多樣化的需求，簡化協(xié)調(diào)關(guān)系，促進多個共同制造模式的發(fā)展。實現(xiàn)企業(yè)過程數(shù)據(jù)的再利用，增加知識的積累。實現(xiàn)工藝結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)結(jié)構(gòu)的平均化，提高企業(yè)管理、技術(shù)管理、生產(chǎn)管理的精度。

參考文獻：

[1]吳建忠.飛機裝配三維AO編制輔助設(shè)計技術(shù)研究[D].沈陽航空航天大學(xué)，2014.

[2]韓虎.飛機虛擬裝配場景工藝及關(guān)鍵技術(shù)研究[D].上海大學(xué)，2013.

[3]靳江艷.飛機裝配工藝樣機構(gòu)建關(guān)鍵技術(shù)研究[D].南京航空航天大學(xué)，2013.