飛機(jī)工藝裝備模塊化設(shè)計的系統(tǒng)技術(shù)

◎宋爽

在產(chǎn)品快速設(shè)計中，模塊化設(shè)計是常用的技術(shù)之一，其可對產(chǎn)品設(shè)計流程進(jìn)行簡化，也可降低研發(fā)成本，可減少研發(fā)周期。基于此，本文運(yùn)用模塊化設(shè)計方法進(jìn)行飛機(jī)工藝裝備快速設(shè)計技術(shù)的研究，分析了飛機(jī)工藝裝備模塊重復(fù)利用技術(shù)，并對飛機(jī)裝配型架設(shè)計系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用展開了探討，然后還利用模塊實例推理技術(shù)對飛機(jī)工藝裝備的快速設(shè)計進(jìn)行了應(yīng)用，以此實現(xiàn)產(chǎn)品的快速設(shè)計。

在飛制造工程當(dāng)中，飛機(jī)工藝裝備的設(shè)計與制造必不可少，其決定著飛機(jī)生產(chǎn)目標(biāo)能否實現(xiàn)，可顯著提升飛機(jī)產(chǎn)品的可靠性，延長其使用期限，還可對綜合技術(shù)的性能進(jìn)行有效改善?？蓪崿F(xiàn)成本降低與生產(chǎn)周期縮短的目標(biāo)。由于不同系統(tǒng)飛機(jī)的工裝結(jié)構(gòu)具有相似特征，因此型架、模具等部件可實現(xiàn)重復(fù)利用，因此，通過模塊化設(shè)計技術(shù)可實現(xiàn)飛機(jī)生產(chǎn)準(zhǔn)備快速反應(yīng)能力的有效提升。

一、飛機(jī)工藝裝備模塊化設(shè)計系統(tǒng)功能模型分析

1.飛機(jī)工藝裝備設(shè)計的子系統(tǒng)。

在新飛機(jī)工裝設(shè)計任務(wù)執(zhí)行時，可運(yùn)用模塊設(shè)計系統(tǒng)進(jìn)行其他功能模塊的調(diào)用而完成設(shè)計任務(wù)。

2.推理機(jī)。

由模塊實例推理。

3.設(shè)計資源庫管理系統(tǒng)。

對設(shè)計資源庫進(jìn)行管理，包括設(shè)計實例信息、三維模型、二維圖形、設(shè)計規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)知識、選擇和判斷知識、專家經(jīng)驗知識和航空企業(yè)其他設(shè)計資源（如工裝標(biāo)準(zhǔn)件庫）等信息進(jìn)行管理。

4.參數(shù)化設(shè)計。

能夠根據(jù)設(shè)計問題需要，對已有三維模型進(jìn)行參數(shù)驅(qū)動，從而得到符合需要的三維模型。

二、飛機(jī)工藝裝備的模塊劃分分析

在飛機(jī)工藝裝備設(shè)計任務(wù)對象的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)發(fā)生變化時，工藝裝備及其設(shè)計任務(wù)對象結(jié)合部分的結(jié)構(gòu)也會隨之而發(fā)生改變，但是其他結(jié)構(gòu)部位并不會發(fā)生較大變化。如定位元件及導(dǎo)向件等部位與任務(wù)對象拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化之前有明顯的不同，而夾具及其夾緊機(jī)構(gòu)并不會發(fā)生較大轉(zhuǎn)變，傳動裝置也與之前無明顯變化。

1.飛機(jī)工藝裝備模塊的分解過程。

采用由上而下的方法將飛機(jī)工藝裝備設(shè)計的所有功能需求進(jìn)行分解，并將得出的各個子功能進(jìn)行獨(dú)立的結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)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(gòu)建。

2.模塊的劃分。

以子功能結(jié)構(gòu)圖作為模塊劃分依據(jù)，子功能結(jié)構(gòu)可成為獨(dú)立模塊需滿足的條件如下：（1）子功能結(jié)構(gòu)可能根據(jù)實際需求發(fā)生變化。（2）子功能結(jié)構(gòu)是企業(yè)的工裝通用件或標(biāo)準(zhǔn)件。（3）子功能結(jié)構(gòu)經(jīng)常單獨(dú)作為應(yīng)力校核的關(guān)鍵部分。（4）子功能結(jié)構(gòu)經(jīng)常更換使用，并且很有可能因為腐蝕、磨損或變形，而被經(jīng)常更換或維修。（5）子功能結(jié)構(gòu)實現(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用會對技術(shù)的升級起到促進(jìn)作用，模塊劃分完成后，還要進(jìn)行劃分結(jié)構(gòu)的評價，應(yīng)遵循模塊劃分與獨(dú)立原則并結(jié)合專家經(jīng)驗進(jìn)行，如發(fā)現(xiàn)劃分結(jié)果存在不合理性，應(yīng)做出進(jìn)一步調(diào)整。

三、工裝快速設(shè)計實現(xiàn)的有效策略分析

1.設(shè)計流程。（1）結(jié)合設(shè)計任務(wù)的具體需求，提取設(shè)計問題相關(guān)信息并對具體的要求進(jìn)行分析，進(jìn)而以問題信息為依據(jù)進(jìn)行推理，并得出規(guī)格相似的工裝實例。（2）在模塊劃分后，運(yùn)用模塊實例推理技術(shù)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(jié)合新設(shè)計要求分析模塊實例，并對其進(jìn)行評價與修改。（4）以工裝組織構(gòu)型為依據(jù)進(jìn)行修改后模塊實例的重新組合，并分析與評價組合結(jié)果，再對其進(jìn)行修改與重新設(shè)計，進(jìn)而得出新設(shè)計工裝。

2.基于模塊化設(shè)計推理的步驟。（1）以各個模塊的功能需求為依據(jù)進(jìn)行設(shè)計問題信息的分解。（2）結(jié)合分解后得出的推理信息對模塊實例進(jìn)行查找，結(jié)合與設(shè)計效果相關(guān)的特征信息進(jìn)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(shè)計問題信息為依據(jù)對選擇的模塊實例進(jìn)行分析與評價，對其不足之處進(jìn)行修改，進(jìn)而獲取到完整的輸出結(jié)果。（4）如果未得到檢索結(jié)合，應(yīng)對模塊實例進(jìn)行重新設(shè)計直至得出設(shè)計結(jié)果。

四、飛機(jī)工藝裝備模塊化設(shè)計的系統(tǒng)實現(xiàn)分析

1.模塊化設(shè)計的系統(tǒng)實現(xiàn)。

飛機(jī)工裝模塊化設(shè)計系統(tǒng)以CATIA為開發(fā)平臺，利用計算機(jī)應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)（CAA）對CATIA實行二次開發(fā)。其中，設(shè)計資源庫將采用OracleXMLDB作為底層的支撐數(shù)據(jù)庫，并在實體關(guān)系（E-R）模型的基礎(chǔ)上建立各種關(guān)系表和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以及它們之間的約束關(guān)系。另外，還要對其進(jìn)行功能設(shè)計，包括存取功能、知識的檢索和查詢功能及設(shè)計資源庫的維護(hù)管理功能。

2.應(yīng)用實例分析。

飛機(jī)機(jī)翼是飛機(jī)機(jī)體的主要裝配組件，根據(jù)飛機(jī)機(jī)翼結(jié)構(gòu)，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(jī)總裝型架是飛機(jī)機(jī)翼裝配時所需使用的裝配夾具，其作用是對機(jī)翼裝配單元進(jìn)行定位進(jìn)而實現(xiàn)組裝，可運(yùn)用鉚接或焊接等多種方式進(jìn)行飛機(jī)機(jī)翼各個裝配單元的裝配。飛機(jī)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(shè)備。骨架作為飛機(jī)總裝型架最基本的構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)將力傳遞納入考量。以下為骨架模塊化的具體設(shè)計流程：（1）構(gòu)建某飛機(jī)機(jī)翼總裝型架的骨架，對其進(jìn)行模塊分解。（2）某機(jī)翼總裝型架的骨架可以分解為梁、立柱、底座和調(diào)節(jié)支承等模塊。（3）某機(jī)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(jī)翼總裝型架的骨架通常是組合式，通過界面結(jié)構(gòu)相似度的計算，獲取相似骨架實例結(jié)構(gòu)。（4）所有模塊數(shù)據(jù)以Catalog文件存放。Catalog是CATIA自帶的模型庫文件。調(diào)用瀏覽器API，令模塊數(shù)據(jù)在瀏覽器中打開。（5）在CATIA裝配設(shè)計中，選擇需要的參數(shù)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(diào)節(jié)支撐由裝配基準(zhǔn)點(diǎn)確定。（6）根據(jù)設(shè)計任務(wù)，更新機(jī)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(jié)語：基于模塊化設(shè)計可實現(xiàn)快速而高效的飛機(jī)工藝裝備設(shè)計，運(yùn)用模塊化設(shè)計方法研究與分析飛機(jī)工裝設(shè)計技術(shù)，可實現(xiàn)飛機(jī)工裝模塊化設(shè)計系統(tǒng)的有效構(gòu)建。在設(shè)計過程中，可對設(shè)計資源庫進(jìn)行有效查詢，進(jìn)而實現(xiàn)資源的重復(fù)利用，可有效提升設(shè)計速度。模塊化設(shè)計系統(tǒng)運(yùn)用時應(yīng)對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)構(gòu)建予以高度重視，并對資源庫內(nèi)容進(jìn)行豐富，以此實現(xiàn)快速設(shè)計的目標(biāo)。