淺談數(shù)字化對(duì)飛機(jī)模線樣板的影響

楊瑞娟　李毅

摘要：工裝是飛機(jī)制造過程的第一道產(chǎn)品，而模線樣板又是工裝的排頭兵。本文首先介紹了數(shù)字化的概念和特點(diǎn)，接著從構(gòu)建數(shù)字化協(xié)同工作平臺(tái)、開展精益生產(chǎn)研究、建設(shè)多種計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)環(huán)境三個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)分析，最后對(duì)模線樣板發(fā)展方向提出了構(gòu)想和建議。

Abstract： The first production is the craft equipments in the process of the aircraft manufacture， and mould template is the vanguard. In this paper， it is introduced firstly about the conception and characteristic of the digital. Then three ideas are described， and they are been structured the digitalized coordination work platform， developed the lean production research and build the much computer aided design environmental. Finally some visions and advice are advanced for development

關(guān)健詞：數(shù)字化;飛機(jī)制造;模線樣板

Key wards： digital;aircraft manufacture;mould template

中圖分類號(hào)：V262? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0269-02

0? 引言

剖析現(xiàn)代飛機(jī)的生產(chǎn)過程也是對(duì)某種產(chǎn)品生產(chǎn)流程的解讀，首先對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)字化建模和模擬仿真，并形成產(chǎn)品定義，將產(chǎn)品定義數(shù)據(jù)滲透到設(shè)計(jì)的上游并向零件制造部件裝配等下游延伸、傳遞與加工的過程，飛機(jī)產(chǎn)品的形成從某種程度上來說是數(shù)據(jù)上的一種物質(zhì)體現(xiàn)。

1? 數(shù)字化的涵義闡述

數(shù)字化主要指的是通過計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)與硬件技術(shù)，并依托網(wǎng)絡(luò)，將CAD/CAM作為主體的一種計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，其中模線樣板的主要環(huán)節(jié)，如設(shè)計(jì)、管理以及制作等都有數(shù)字化的應(yīng)用。

數(shù)字化制造依托計(jì)算機(jī)各個(gè)相關(guān)平臺(tái)支持下，一般結(jié)合使用單位的需要和要求，以最敏捷的速度將資源信息進(jìn)行收集，并對(duì)有關(guān)產(chǎn)品、工藝及資源的信息做出分析、規(guī)劃以及重組，以此來達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)、功能仿真及原形制造的目的，最終實(shí)現(xiàn)高效生產(chǎn)出能滿足客戶對(duì)產(chǎn)品外觀及性能要求的生產(chǎn)全過程。因此，數(shù)字化制造其實(shí)是在產(chǎn)品制造過程用數(shù)字化形式構(gòu)建數(shù)字空間，并基于此完成整個(gè)產(chǎn)品制造的一種過程。當(dāng)前數(shù)字化環(huán)境廣泛的建構(gòu)在計(jì)算機(jī)技術(shù)、制作技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)持續(xù)發(fā)展與應(yīng)用中，同時(shí)也是當(dāng)前制作系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)全面數(shù)字化覆蓋的必然趨勢。另外，個(gè)人、企業(yè)及車間等作為數(shù)字環(huán)境中的多個(gè)節(jié)點(diǎn)，在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制作及銷售環(huán)節(jié)中所涵蓋的信息是數(shù)字化環(huán)境的不穩(wěn)定因素?？傊覀兊闹饕蝿?wù)和目標(biāo)是基于數(shù)字化環(huán)境下如何更好的發(fā)展模線樣板工裝設(shè)計(jì)。

2? 數(shù)字化制造的主要特點(diǎn)分析

數(shù)字化技術(shù)作為當(dāng)前企業(yè)壯大與發(fā)展的核心競爭力，通過閱讀相關(guān)的文獻(xiàn)，將數(shù)字化環(huán)境的特點(diǎn)總結(jié)為以下幾點(diǎn)：

2.1 產(chǎn)品研制方法的變化

較傳統(tǒng)的飛機(jī)研制過程及方法一般分為三個(gè)階段：概念階段的設(shè)計(jì)、初級(jí)階段的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)階段的設(shè)計(jì)。這三項(xiàng)的設(shè)計(jì)都需要繪制模線并通過制造物理樣機(jī)，以此來協(xié)助技術(shù)人員更精準(zhǔn)的對(duì)飛機(jī)及飛機(jī)的內(nèi)部空間進(jìn)行設(shè)計(jì)，研制過程具有串行的特點(diǎn)，且產(chǎn)品定義信息傳遞具有間斷性。而處于數(shù)字環(huán)境模式下，模線與物理樣機(jī)都可以被產(chǎn)品數(shù)字化定義及數(shù)字樣機(jī)來頂替，同時(shí)研制過程不同于傳統(tǒng)形式，具有并行及多學(xué)科交叉協(xié)同設(shè)計(jì)的優(yōu)勢。另外，依托業(yè)務(wù)過程這個(gè)核心，發(fā)揮跨地域、多企業(yè)、動(dòng)態(tài)的三大研制特征。

2.2 數(shù)字化定義技術(shù)和多種先進(jìn)技術(shù)的融合

數(shù)字技術(shù)在其他先進(jìn)理念和先進(jìn)技術(shù)的影響與作用下，快速與當(dāng)前先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行融合，先進(jìn)技術(shù)的強(qiáng)強(qiáng)結(jié)合，必然促進(jìn)整體效益的快速提高，高效釋放了數(shù)字化技術(shù)在飛機(jī)研制過程中的最大能量。充分體現(xiàn)了三大特性：其一，制造過程中的建模與仿真;其二，網(wǎng)絡(luò)化高效設(shè)計(jì)與制造;其三，積極推動(dòng)虛擬產(chǎn)品的開發(fā)。

波音777飛機(jī)是當(dāng)前世界上首個(gè)利用數(shù)字化定義及無圖紙生產(chǎn)技術(shù)的項(xiàng)目，代表著近幾十年制造業(yè)在信息技術(shù)應(yīng)用方面具有巨大進(jìn)展的標(biāo)志。數(shù)字化技術(shù)與并行工程是波音777飛機(jī)研制、開發(fā)、制造及試飛成功的主要原因，其大體可以分為三方面，數(shù)字化預(yù)裝配、零部件的100%三維數(shù)字化定義以及以精益制造為主構(gòu)建了238個(gè)設(shè)計(jì)建造團(tuán)隊(duì)（DBT）實(shí)施并行工程。在研發(fā)過程中，以數(shù)字化裝配為主要的實(shí)物樣機(jī)，更正了200點(diǎn)設(shè)計(jì)中存在的問題，方便檢測間隙、分析重量、平衡、確定公差與應(yīng)力等，從而使設(shè)計(jì)更正與返工的幾率下降50%以上，同時(shí)組裝配件出現(xiàn)的問題也相應(yīng)下降了50～80%。

3? 數(shù)字化環(huán)境下模線樣板設(shè)計(jì)與制造的相關(guān)暢想

3.1 創(chuàng)建一種以數(shù)字化技術(shù)為基礎(chǔ)的項(xiàng)目組管理模式

創(chuàng)建一種數(shù)字化協(xié)同集成平臺(tái)，同時(shí)創(chuàng)新管理模式。飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造項(xiàng)目初始階段，首先要?jiǎng)?chuàng)建項(xiàng)目辦公室，并組織各參加單位形成一個(gè)團(tuán)體，按部件分工，在數(shù)字檔案平臺(tái)和協(xié)同辦公平臺(tái)下載圖紙或三維數(shù)模，依照零件車間工藝申請單具體要求，進(jìn)行模線樣板工裝設(shè)計(jì)的先行準(zhǔn)備工作。

3.2 模線樣板數(shù)字化構(gòu)想

模線樣板數(shù)字化，要求模線設(shè)計(jì)由傳統(tǒng)加工方式轉(zhuǎn)化為全新模式，對(duì)于已存在的樣板進(jìn)行逆向掃描，在CAD進(jìn)行模擬量修復(fù)、完善，經(jīng)過一系列校對(duì)后按流程上傳、保存，保存在數(shù)據(jù)庫。對(duì)于新制板從數(shù)據(jù)庫提取原始數(shù)模到完成樣板交付，全部采用數(shù)控加工流程，高效、準(zhǔn)確的完成模線工裝設(shè)計(jì)。

當(dāng)今社會(huì)是以數(shù)字化為主導(dǎo)的信息化時(shí)代，伴隨當(dāng)前計(jì)算機(jī)、數(shù)字化測量、數(shù)控加工及成形、復(fù)材構(gòu)件成形與先進(jìn)裝配等技術(shù)的高速發(fā)展，精益生產(chǎn)和并行工程等一系列先進(jìn)理念與技術(shù)的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，促使當(dāng)前飛機(jī)協(xié)同研制快速的發(fā)展與變革中，基于傳統(tǒng)技術(shù)的精進(jìn)，新的材料、結(jié)構(gòu)及技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，整體機(jī)構(gòu)、復(fù)材構(gòu)建及數(shù)字化技術(shù)的集合力量構(gòu)建了新時(shí)期飛機(jī)創(chuàng)新制作技術(shù)的主要輪廓，同時(shí)在工藝技術(shù)的創(chuàng)新方面提供適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)平臺(tái)。原始的飛機(jī)裝配大部分使用實(shí)體模型等方式，數(shù)字化平臺(tái)則是通過虛擬的模式，一定程度上縮短了裝備的時(shí)間，同時(shí)將部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行了精簡。因此，數(shù)字化的廣泛應(yīng)用很大程度上提升了飛機(jī)設(shè)計(jì)及制作技術(shù)的水平，大大提高了現(xiàn)代飛機(jī)研制的各個(gè)流程的工作效率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整體進(jìn)度的加快。

4? 關(guān)于模線樣板數(shù)字化設(shè)計(jì)生產(chǎn)的幾點(diǎn)建議

4.1 對(duì)于零件三維的建模方式可按零件的特征分類

飛機(jī)結(jié)構(gòu)零件特征典型，可對(duì)各類零件建立一套可操作的建模流程規(guī)范。如：按鈑金類和機(jī)加類分。具體鈑金零件又可分為與理論外形有關(guān)的蒙皮，口蓋，連接板等;有彎邊的框，肋板等鈑彎零件;角材類;口框類等，以各類中一個(gè)典型零件為例，規(guī)范建模過程。

零件設(shè)計(jì)過程中，所使用的飛機(jī)坐標(biāo)基準(zhǔn)，肋平面，框平面，理論外形曲面等基準(zhǔn)元素應(yīng)置于規(guī)定的基準(zhǔn)結(jié)構(gòu)樹下。零件實(shí)體上關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征的數(shù)據(jù)所在結(jié)構(gòu)樹應(yīng)有明確命名。這樣，就便于下一環(huán)節(jié)中各工藝及工裝設(shè)計(jì)的引用，不會(huì)造成混亂。

4.2 數(shù)模設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮零件加工的工藝性

如零件型面三維下為曲面狀態(tài)，而實(shí)際分析可近似為平面，這可以由設(shè)計(jì)在三維設(shè)計(jì)中直接按面設(shè)計(jì)。有的Z型鈑彎件，貼合理論外形面的彎邊有斜角值，而另一處邊無配合關(guān)系，一般成形為彎邊90°最為合適。但在三維設(shè)計(jì)時(shí)，如果簡單的按平行于理論外形面作此穹邊面，彎邊會(huì)有斜角值，增加零件加工復(fù)雜性，也沒必要。

4.3 采用附表明確多個(gè)零部件信息

工裝設(shè)計(jì)中，如果一件工裝中負(fù)載了多個(gè)，甚至數(shù)十個(gè)零部件信息時(shí)，尤其是零件不屬于同類（如在一結(jié)構(gòu)件的工裝上包含多個(gè)系統(tǒng)零件的信息）工裝圖應(yīng)附一表將相關(guān)零件及其子工裝的信息明確（包括零件或涉及裝配圖的名稱，當(dāng)前版次），以便跟蹤零件更改信息，及時(shí)完成工裝的更改。

4.4 雙曲度的小彎件加工方式

對(duì)于雙曲度（按胎成型）的小彎件，一般的加工方法是按胎取展開試壓件，再按試壓件制展開樣板。借鑒哈飛公司的加工方式：此類零件模胎全部數(shù)控加工，將零件數(shù)模與模胎數(shù)模重合，得到包合XD孔位置的零件延伸曲面，然后將模型展開，得到展開后的準(zhǔn)確形狀，直接按展開數(shù)據(jù)數(shù)控切割下料，而不必再取制展/試樣板。經(jīng)過哈飛公司裝機(jī)實(shí)際檢驗(yàn)，完全能夠生產(chǎn)出合格零件。

5? 結(jié)束語

總而言之，隨著當(dāng)前數(shù)字化技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的普遍應(yīng)用，其使原始的飛機(jī)產(chǎn)品的研制整體過程已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化，同時(shí)數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用很大程度提升了飛機(jī)制造技術(shù)水平，并更進(jìn)一步推動(dòng)了飛機(jī)研制各個(gè)流程工作效率和整體進(jìn)程的加快。

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