飛機(jī)數(shù)字化研制基本體系及建設(shè)進(jìn)展

對(duì)于飛機(jī)這類復(fù)雜軍工產(chǎn)品的研制，要實(shí)現(xiàn)縮短研制周期、降低研制成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的，就必須建立全新的飛機(jī)數(shù)字化研制體系，并充分發(fā)揮其作用。在上級(jí)國(guó)家機(jī)關(guān)的正確領(lǐng)導(dǎo)下，中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司非常重視飛機(jī)數(shù)字化研制基本體系建設(shè)工作，專門成立了總師系統(tǒng)負(fù)責(zé)規(guī)劃和協(xié)調(diào)集團(tuán)公司各承研單位的飛機(jī)數(shù)字化研制基本體系建設(shè)技術(shù)工作，取得了階段性成果。本文簡(jiǎn)要介紹了飛機(jī)數(shù)字化研制基本體系概念和組成要素及飛機(jī)總體單位（主機(jī)廠、所）在飛機(jī)數(shù)字化研制基本體系建設(shè)方面的主要進(jìn)展，主要有：“一個(gè)平臺(tái)，七個(gè)中心”建設(shè)模式；突破了九項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)；實(shí)現(xiàn)了方式、方法和手段等方面的七大變革。

西方發(fā)達(dá)國(guó)家在飛機(jī)研制過(guò)程中率先全面應(yīng)用了數(shù)字化技術(shù)，取得了縮短飛機(jī)研制周期，提高研制質(zhì)量，降低研制成本的顯著成效。波音777是全球第一個(gè)采用全數(shù)字化定義的飛機(jī)，波音737-700飛機(jī)實(shí)現(xiàn)了研制過(guò)程的數(shù)字化管理和控制，2002年首飛成功的美國(guó)第四代戰(zhàn)斗機(jī)F-35，在數(shù)字化管理和控制的基礎(chǔ)上，采用了優(yōu)勢(shì)企業(yè)（中心）聯(lián)合的研制模式。西方發(fā)達(dá)國(guó)家在飛機(jī)數(shù)字化研制道路上走過(guò)了“產(chǎn)品數(shù)字化定義”、“過(guò)程管理數(shù)字化”、“優(yōu)勢(shì)企業(yè)中心聯(lián)合”三個(gè)主要發(fā)展歷程，形成了比較完善的全新的飛機(jī)數(shù)字化研制體系，從根本上改變了飛機(jī)制造業(yè)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造模式，并取得了顯著的應(yīng)用效果。（見(jiàn)圖1和表1），數(shù)字化技術(shù)及其應(yīng)用已日益成熟，代表了飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展方向。

在上級(jí)機(jī)關(guān)的領(lǐng)導(dǎo)和支持下，中國(guó)航空工業(yè)通過(guò)實(shí)施飛機(jī)制造業(yè)數(shù)字化工程，以打通數(shù)字化生產(chǎn)線為主線，以并行產(chǎn)品數(shù)字化定義為核心，打通了飛機(jī)/直升機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造主流程，從根本上變革了飛機(jī)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)、制造和管理的模式、流程、方式、方法和手段，形成了數(shù)字化生產(chǎn)方式，初步建立了飛機(jī)數(shù)字化研制基本體系，大幅度地縮短了飛機(jī)型號(hào)研制周期，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品質(zhì)量。

飛機(jī)數(shù)字化研制基本體系

體系是由若干個(gè)相互關(guān)聯(lián)、密不可分的要素組成的一個(gè)整體。飛機(jī)數(shù)字化研制基本體系由數(shù)字化設(shè)計(jì)等九大要素組成，各要素在飛機(jī)研制過(guò)程中的位置、作用及關(guān)聯(lián)關(guān)系見(jiàn)圖2。

數(shù)字化設(shè)計(jì)、試驗(yàn)仿真、制造、管理構(gòu)成了飛機(jī)數(shù)字化研制體系的主線，而基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、飛機(jī)設(shè)計(jì)/制造標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和政策法規(guī)構(gòu)成了飛機(jī)數(shù)字化研制體系的基礎(chǔ)；中間的數(shù)字化支撐環(huán)境和軟件系統(tǒng)將各類要素聯(lián)系在一起，集成各類應(yīng)用系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)，為飛機(jī)數(shù)字化研制提供支持協(xié)同設(shè)計(jì)制造的協(xié)同工作平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)數(shù)字化研制的信息溝通、單源數(shù)據(jù)管理和并行過(guò)程控制。

通過(guò)構(gòu)建飛機(jī)數(shù)字化研制基本體系，中航工業(yè)主機(jī)廠、所形成了“一個(gè)平臺(tái)，七個(gè)中心”的數(shù)字化建設(shè)成果，全面支撐了數(shù)字化設(shè)計(jì)、制造主流程和仿真試驗(yàn)輔流程等全新的飛機(jī)數(shù)字化并行協(xié)同研制模式。見(jiàn)圖3所示。

一個(gè)平臺(tái)

較大規(guī)模的廠、所數(shù)字化協(xié)同平臺(tái)。廠、所數(shù)字化協(xié)同平臺(tái)是以產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、物流管理系統(tǒng)為核心，是航空企業(yè)從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)與制造、生產(chǎn)管理等各類數(shù)字化研制業(yè)務(wù)的協(xié)同工作環(huán)境和信息集成、發(fā)布平臺(tái)。是數(shù)字化設(shè)計(jì)管理的基礎(chǔ)設(shè)施，它通過(guò)建立強(qiáng)壯的網(wǎng)絡(luò)連接和提供完善的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，整合企業(yè)內(nèi)外的各種信息資源，保證設(shè)計(jì)、制造、管理信息流的通暢流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的數(shù)據(jù)集成、功能集成和過(guò)程集成，形成支持跨廠所的產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造協(xié)同工作環(huán)境，是飛機(jī)數(shù)字化研制體系的重要組成部分。

平臺(tái)主要由三維設(shè)計(jì)軟件、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理軟件，工作站、服務(wù)器，連接廠所千兆網(wǎng)絡(luò)等組成?？晒┤w飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造人員同時(shí)按并行協(xié)同的方式，完成全機(jī)產(chǎn)品數(shù)字化定義和制造生產(chǎn)數(shù)據(jù)的有效組織和傳遞。見(jiàn)圖4所示。

七個(gè)中心：

功能/性能仿真中心，是基于功能/性能數(shù)字樣機(jī)，通過(guò)數(shù)字化仿真試驗(yàn)手段，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段早期就替代、減少和簡(jiǎn)化部分物理試驗(yàn)（實(shí)物、半實(shí)物試驗(yàn)），通過(guò)仿真迭代使產(chǎn)品的功能和性能逼近設(shè)計(jì)指標(biāo)，逐步走向成熟。

數(shù)字樣機(jī)裝配、仿真中心，用以部分取代實(shí)物樣機(jī)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)。確保裝配設(shè)計(jì)數(shù)字樣機(jī)評(píng)審結(jié)果的真實(shí)有效。通過(guò)虛擬拆裝、人機(jī)工效等先進(jìn)的三維仿真手段對(duì)裝配過(guò)程進(jìn)行預(yù)演，檢驗(yàn)產(chǎn)品的可裝配性、可維護(hù)性和工藝性。使得在型號(hào)研制中采用全新的三維數(shù)字化手段和逼真的立體圖像進(jìn)行設(shè)計(jì)裝配和協(xié)調(diào)，替代了過(guò)去飛機(jī)研制采用的木質(zhì)或金屬實(shí)物樣機(jī)。為詳細(xì)設(shè)計(jì)、發(fā)出飛機(jī)生產(chǎn)圖樣打下基礎(chǔ)，見(jiàn)圖5所示。

工藝仿真中心，主要通過(guò)虛擬制造環(huán)境，集中開展主要專業(yè)制造過(guò)程（如裝配、機(jī)加、鈑金、復(fù)材、焊接等）的模擬仿真，對(duì)產(chǎn)品制造過(guò)程中的技術(shù)關(guān)鍵進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，提前發(fā)現(xiàn)可能存在的工藝問(wèn)題并優(yōu)化工藝設(shè)計(jì)，使工藝方案更科學(xué)、合理。如圖6所示。

產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理中心和制造數(shù)據(jù)管理中心（型號(hào)數(shù)據(jù)中心），由產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)和支撐的服務(wù)器硬件組成，并通過(guò)二次開發(fā)和系統(tǒng)集成，將設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、工藝數(shù)據(jù)、工裝數(shù)據(jù)以及各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)等按不同需求物理異地存放，邏輯統(tǒng)一管理，支撐并行協(xié)同研制過(guò)程，解決型號(hào)研制過(guò)程對(duì)產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享和流程控制的需求，實(shí)現(xiàn)單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源。

物料配送中心，按照數(shù)字化的生產(chǎn)組織管理方式要求，對(duì)生產(chǎn)物料進(jìn)行集中管理和配送供應(yīng)，按照生產(chǎn)作業(yè)計(jì)劃組織進(jìn)行工裝工具、毛料、零件和標(biāo)準(zhǔn)件的即時(shí)配送管理，實(shí)現(xiàn)主要生產(chǎn)過(guò)程的流程并行。不僅保證按計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物料的統(tǒng)一倉(cāng)儲(chǔ)規(guī)劃、實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)化作業(yè)管理和規(guī)范化庫(kù)存管理生產(chǎn)管控中心，負(fù)責(zé)生產(chǎn)計(jì)劃指定和設(shè)備有限能力的平衡，實(shí)現(xiàn)按照架次交付計(jì)劃進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)劃的優(yōu)化排序，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)計(jì)劃編制、下達(dá)、跟蹤和反饋全過(guò)程的動(dòng)態(tài)管理和控制。從而促使飛機(jī)制造企業(yè)由傳統(tǒng)的按完成項(xiàng)目百分比考核進(jìn)度、手工對(duì)賬方式統(tǒng)計(jì)缺件等粗放的管理方式，向準(zhǔn)確、具體、信息反饋及時(shí)的生產(chǎn)計(jì)劃與管理模式轉(zhuǎn)變。

在飛機(jī)數(shù)字化研制基本體系建設(shè)過(guò)程中，突破了九項(xiàng)重大關(guān)鍵技術(shù)：

1） 飛機(jī)數(shù)字化研制模式及并行協(xié)同流程關(guān)聯(lián)技術(shù)；

2） 成熟度控制下的并行產(chǎn)品數(shù)字化定義技術(shù)；

3） 用于并行產(chǎn)品數(shù)字化定義的組織模式和管理技術(shù)；

4） 數(shù)字樣機(jī)與虛擬現(xiàn)實(shí)融合技術(shù)；

5） 面向制造的全機(jī)產(chǎn)品數(shù)字化定義技術(shù)；

6） 跨廠所并行協(xié)同工作平臺(tái)和產(chǎn)品數(shù)據(jù)單源管理技術(shù)；

7） 飛機(jī)總體方案多專業(yè)關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)技術(shù)；

8） 統(tǒng)一模型關(guān)聯(lián)和參數(shù)化模塊化快速設(shè)計(jì)集成技術(shù)；

9） 基于模型定義的全三維設(shè)計(jì)制造技術(shù)（MBD技術(shù)）

結(jié)合型號(hào)研制應(yīng)用，初步實(shí)現(xiàn)了方式、方法和手段的七大變革，顯著縮短了新機(jī)研制周期、提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量、降低了成本。

1）并行產(chǎn)品數(shù)字化定義取代了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)/制造串行；

2） 數(shù)字樣機(jī)取代了實(shí)物樣機(jī)設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)；

3） 開展了部分飛機(jī)系統(tǒng)的數(shù)字試驗(yàn)仿真，簡(jiǎn)化或減少部分物理試驗(yàn)，加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)迭代過(guò)程；

4） 數(shù)字量協(xié)調(diào)傳遞為主的制造技術(shù)體系取代標(biāo)準(zhǔn)樣件-模線樣板工作法，取消大量模擬量工裝；

5） 打通了機(jī)加、鈑金、焊接、直升機(jī)裝配等部分?jǐn)?shù)字化生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化制造取代模擬量制造；

6） 部分工藝數(shù)字模擬和仿真試驗(yàn)取代工藝試切和試驗(yàn)；

7）傳統(tǒng)的粗放管理流程向精細(xì)、科學(xué)管理變革，流程和組織再造，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的物料配送和生產(chǎn)管控。

飛機(jī)數(shù)字化研制基本體系建設(shè)和重點(diǎn)型號(hào)飛機(jī)工程應(yīng)用的實(shí)踐表明，在型號(hào)的研制過(guò)程中采用數(shù)字化技術(shù)的成效十分顯著，可以說(shuō)數(shù)字化體系給飛機(jī)制造業(yè)帶來(lái)了新的活力。構(gòu)建并應(yīng)用飛機(jī)數(shù)字化研制體系可以拓展數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用深度和廣度，進(jìn)而顯著提升航空工業(yè)的型號(hào)研制能力。