試驗機(jī)數(shù)字化改裝技術(shù)研究

王進(jìn)+田玉艷+呂超

摘 要 本文結(jié)合試驗機(jī)設(shè)計改裝工作及數(shù)字化協(xié)同設(shè)計制造特點(diǎn)，對數(shù)字化改裝技術(shù)進(jìn)行探討研究。從技術(shù)角度提出試驗機(jī)數(shù)字化改裝技術(shù)的關(guān)鍵要求，以及數(shù)字化改裝技術(shù)建設(shè)的核心內(nèi)容，為試驗機(jī)數(shù)字化改裝技術(shù)建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞 數(shù)字化改裝技術(shù)；三維設(shè)計；并行設(shè)計

中圖分類號 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）161-0064-02

數(shù)字化技術(shù)正以前所未有的速度和深度影響著世界航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，國內(nèi)航空業(yè)也在積極響應(yīng)這一趨勢；試驗機(jī)設(shè)計改裝專業(yè)承擔(dān)著我國特種試驗機(jī)設(shè)計技術(shù)研究、試驗機(jī)測試改裝的設(shè)計/施工及機(jī)載專用試驗系統(tǒng)研制等工作，它是我國航空產(chǎn)業(yè)試飛板塊中重要一環(huán)，因此，數(shù)字化在航空領(lǐng)域的發(fā)展必將對其產(chǎn)生巨大影響。

試驗機(jī)設(shè)計改裝正在從初期的型號測試改裝向特種試驗機(jī)設(shè)計改裝技術(shù)研究、試驗機(jī)測試改裝的設(shè)計/施工及機(jī)載專用試驗系統(tǒng)研制3個方向發(fā)展；為了應(yīng)對未來我國眾多的試飛任務(wù)，試驗機(jī)數(shù)字化改裝技術(shù)顯得尤為重要，它將為未來特種試驗機(jī)設(shè)計研制和型號試飛任務(wù)提供高效、有力支撐。本文從技術(shù)角度提出了試驗機(jī)數(shù)字化改裝技術(shù)的關(guān)鍵要求，以及數(shù)字化改裝技術(shù)建設(shè)的核心內(nèi)容，以期為試驗機(jī)數(shù)字化改裝技術(shù)發(fā)展提供參考。

1 數(shù)字化改裝技術(shù)要求

數(shù)字化改裝技術(shù)的目標(biāo)就是實現(xiàn)試驗機(jī)改裝數(shù)字化協(xié)同設(shè)計、制造，促進(jìn)試驗機(jī)研制、試飛進(jìn)程，匹配國內(nèi)外航空企業(yè)飛機(jī)研制的信息化、數(shù)字化新模式，提高試驗機(jī)改裝水平。綜合國內(nèi)外航空業(yè)的發(fā)展趨勢以及試驗機(jī)改裝設(shè)計制造的自身發(fā)展需求等多方面因素，數(shù)字化改裝技術(shù)應(yīng)該具備以下幾個方面的顯著特點(diǎn)：

1）全三維設(shè)計。全三維設(shè)計是實現(xiàn)數(shù)字化協(xié)同設(shè)計制造的基礎(chǔ)條件。全三維設(shè)計是以三維實體為最終設(shè)計結(jié)果和生產(chǎn)依據(jù)的設(shè)計模式，替代了原二維圖樣的全部功能。全三維設(shè)計技術(shù)可保證設(shè)計數(shù)據(jù)的唯一性及一致性，設(shè)計結(jié)果直觀明了并可以有效提高設(shè)計、制造效率。

2）研制工作并行展開與傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)過程并不相悖，它同樣遵循產(chǎn)品開發(fā)的每一個必經(jīng)階段，而且是基于連續(xù)的信息轉(zhuǎn)化實現(xiàn)的。研制工作并行開展就要求信息的轉(zhuǎn)化伴隨活動隨時進(jìn)行傳遞。

以型號新機(jī)試飛研制為例：第一，在項目的總體研制過程中，試驗機(jī)設(shè)計、試驗機(jī)改裝設(shè)計、試驗機(jī)制造等研制過程可以并行交叉進(jìn)行；第二，在具體的設(shè)計階段，試驗機(jī)改裝設(shè)計各系統(tǒng)和原機(jī)各系統(tǒng)的設(shè)計工作可以并行開展。設(shè)計過程中各系統(tǒng)之間的相互關(guān)聯(lián)和相互影響不可避免，通過互相協(xié)調(diào)適應(yīng)以及各系統(tǒng)間實時迭代設(shè)計，可使得設(shè)計工作最大限度的展開；第三，設(shè)計人員可以并行開展工作?；谙嗤脑O(shè)計技術(shù)平臺，同一系統(tǒng)的不同設(shè)計人員及不同系統(tǒng)的設(shè)計人員可以并行工作，使設(shè)計資源得到了有效的利用。試驗機(jī)改裝協(xié)同設(shè)計制造充分融入到試驗機(jī)研制過程中，提高了試驗機(jī)的研制效率。

3）跨地域協(xié)同設(shè)計制造。世界航空產(chǎn)業(yè)正在形成研制和市場的全球數(shù)字化協(xié)同模式，例如，我國部分主機(jī)廠就承擔(dān)了歐洲空客及波音系列飛機(jī)相關(guān)部件甚至部分重要結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)制造工作。這一案例充分說明了數(shù)字化協(xié)同技術(shù)已成為飛機(jī)研制活動中重要的技術(shù)手段之一，可以有力推動研制活動高效、精準(zhǔn)開展。

外部的這種發(fā)展趨勢也正在強(qiáng)有力的影響著我國的飛機(jī)研制產(chǎn)業(yè)，國內(nèi)飛機(jī)研制體系正在突破傳統(tǒng)的串行封閉式研發(fā)模式。例如，我國某型飛機(jī)研制工程項目中首先嘗試采用異地協(xié)同設(shè)計、全國多地協(xié)同制造、國內(nèi)外19家供應(yīng)商的協(xié)同研制模式，實現(xiàn)了國內(nèi)外不同地域的分包商和配套商的協(xié)同工作[ 1 ]。

2 數(shù)字化改裝技術(shù)建設(shè)

綜合分析國內(nèi)外協(xié)同設(shè)計制造現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，結(jié)合試驗機(jī)改裝研制的特點(diǎn)及現(xiàn)階段的具體情況，數(shù)字化改裝技術(shù)建設(shè)應(yīng)該分步進(jìn)行。

第一步，進(jìn)行數(shù)字化設(shè)計基礎(chǔ)平臺建設(shè)，加強(qiáng)數(shù)字化設(shè)計人才隊伍培養(yǎng)，建立數(shù)字化改裝技術(shù)規(guī)范。

通過第一步建設(shè)，可以實現(xiàn)數(shù)字化改裝技術(shù)的初步目標(biāo)：1）試飛機(jī)構(gòu)內(nèi)部實現(xiàn)大型試驗機(jī)改裝、特種試驗機(jī)研制等大型項目的全三維數(shù)字化協(xié)同設(shè)計；2）具備試飛機(jī)構(gòu)與主機(jī)廠所間試驗機(jī)數(shù)模順利傳遞的能力；3）培養(yǎng)出一支高素質(zhì)的數(shù)字化設(shè)計隊伍。

第二步，在國內(nèi)航空領(lǐng)域條件成熟時實現(xiàn)行業(yè)內(nèi)數(shù)字化協(xié)同改裝設(shè)計制造。國內(nèi)在跨地域數(shù)字化協(xié)同設(shè)計制造方面只是進(jìn)行了試驗性的嘗試，目前還不具備行業(yè)內(nèi)跨地域數(shù)字化協(xié)同設(shè)計制造的條件，但是我國航空業(yè)正在積極努力地向?qū)崿F(xiàn)這個目標(biāo)邁進(jìn)。

在數(shù)字化設(shè)計基礎(chǔ)平臺建設(shè)及數(shù)字化改裝技術(shù)規(guī)范方面建議如下：

1）數(shù)字化設(shè)計基礎(chǔ)平臺。在三維建模軟件方面，CATIA作為世界航空領(lǐng)域三維設(shè)計的主流軟件應(yīng)該是最佳的選擇。CATIA以設(shè)計對象的混合建模、變量/參數(shù)化混合建模以及幾何/智能工程混合建模等先進(jìn)的混合建模技術(shù)，支持從項目調(diào)研、構(gòu)思、詳細(xì)設(shè)計、分析、模擬、裝配及維護(hù)在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計流程，是全球航空業(yè)界普遍使用的一個集成產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。CATIA在國內(nèi)航空企業(yè)中已得到了廣泛的應(yīng)用。

在產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理方面，ENOVIA VPM以其與CATIA在產(chǎn)品建模之間已緊密集成的優(yōu)勢成為首選數(shù)據(jù)管理軟件系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)物料管理、任務(wù)流管理、事件管理、配置管理、人員組織和權(quán)限管理等，它能提供一個上下關(guān)聯(lián)的設(shè)計環(huán)境，便于多專業(yè)同時開展設(shè)計工作，便于不同部門之間制定設(shè)計的優(yōu)化方案，便于開展不同配置的并行設(shè)計[ 2 ]。

在協(xié)同平臺方面，可以基于Windchill系統(tǒng)根據(jù)試驗機(jī)設(shè)計和改裝業(yè)務(wù)進(jìn)行配置和二次開發(fā)，使之成為試驗機(jī)協(xié)同研制平臺。Windchill是PTC 公司的一個大型PLM軟件，該軟件提供了近10個功能模塊，涵蓋了企業(yè)級產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理和協(xié)同工作平臺應(yīng)具備的所有功能。Windchill 還提供了功能強(qiáng)大的工作流引擎，能夠方便地對航空企業(yè)的各種復(fù)雜工作流程進(jìn)行自動化和規(guī)范化的管理和控制[3]。

對于改裝數(shù)字化設(shè)計基礎(chǔ)平臺可以考慮以三維設(shè)計軟件CATIA作為基本的設(shè)計工具軟件，通過ENOVIA VPM系統(tǒng)實現(xiàn)對產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理以及設(shè)計過程的管理，依靠基于Windchill系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)的協(xié)同平臺實現(xiàn)研制工作流程自動化和規(guī)范化的管理和控制。

數(shù)字化改裝設(shè)計基礎(chǔ)平臺構(gòu)架示意圖如圖1所示。

2）數(shù)字化改裝技術(shù)規(guī)范。波音公司根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范制定了BDS-600系列規(guī)范，使參研人員在統(tǒng)一的規(guī)范下有序進(jìn)行。我國航空企業(yè)正在建立統(tǒng)一的數(shù)字化設(shè)計制造規(guī)范，已經(jīng)頒布和實施了關(guān)于數(shù)字化設(shè)計制造的初步標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，可以看出我國航空業(yè)正在積極推進(jìn)數(shù)字化設(shè)計制造規(guī)范化建設(shè)。因此，作為試驗機(jī)研制的一個重要環(huán)節(jié)，數(shù)字化改裝技術(shù)規(guī)范化勢在必行。數(shù)字化改裝技術(shù)規(guī)范應(yīng)該依據(jù)我國航空業(yè)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的統(tǒng)一約定，結(jié)合試驗機(jī)改裝設(shè)計特點(diǎn)及相關(guān)要求進(jìn)行制定，并隨著行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的完善不斷地修訂，最后形成與全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相統(tǒng)一的完善的數(shù)字化改裝技術(shù)規(guī)范。

3 結(jié)論

數(shù)字化技術(shù)、信息化技術(shù)對飛機(jī)的研制及業(yè)務(wù)模式產(chǎn)生了深刻的影響，我國在航空領(lǐng)域積極推進(jìn)數(shù)字化、信息化建設(shè)，試驗機(jī)數(shù)字化改裝技術(shù)將是試驗機(jī)設(shè)計改裝的發(fā)展目標(biāo)之一，它將有力地推動試驗機(jī)數(shù)字化研制進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)

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