试谈标准化在飞机数字化研制中的作用

田 菊

（中航工业第一飞机设计研究院，陕西 西安 710089）

飞机研制是一个复杂的系统工程，其复杂性要求在管理上具有综合性和严密性，所有技术环节和管理环节都必须通过程序、规范和标准来控制。飞机研制数字化技术的应用也不例外，同样需要完整、协调、配套的标准体系，以支持飞机研制数字化应用的有序规范地开展。在飞机研制中标准化工作一项主要任务是构建型号标准体系，建立型号规范和标准，以有效规范和控制飞机研制正确、有序地开展，因此，标准化不仅是飞机研制中一项重要的技术基础工作，同时也是飞机研制数字化技术应用中的一个重要组成部分。

1 标准化在飞机研制数字化技术应用中的作用历程

早在20世纪50年代，以美国为代表的工业发达国家就将计算机技术应用于航空和汽车等产品的设计过程，并逐渐形成具有影响力的产品数字化设计技术。到了1994年，美国波音公司在波音777的研制中已全面采用数字化技术，成为当时飞机研制无纸化设计的典范。从对波音数字化技术应用的研究中可见标准化的重要作用，即在波音无纸化设计中，波音公司针对产品数字化定义建立了一套完整的基于CATIA软件的数字化建模标准体系，并在无纸化设计中起到了规范化建模的作用。进入21世纪，波音公司在数字化技术领域又跨上一个新台阶。其设计和生产的787梦幻飞机首次采用了准确、直观、经过定义的三维模型作为传递设计思想和生产依据的全数字化表达手段，并建立了基于MBD（Model Based Definition）的标准规范，实现了飞机全三维设计制造一体化的研制。

国内航空制造业应用计算机技术进行产品设计始于20世纪80年代。当时应用的领域主要在计算机辅助设计（CAD）方面，即以计算机、外围设备及系统软件为基础，进行二维绘图设计、三维几何造型设计、有限元分析（FEM）及优化设计等，其目的主要是甩掉图板、减少设计人员的手工劳动。此时飞机研制处于数字化技术应用的初期阶段，标准化工作还未触及到此技术领域。

“九五”期间，航空制造业全面引入波音777无纸设计理念，在行业内各主机厂所率先开展了国防预研项目“异地无纸设计技术的研究”，即进行100%三维产品数字化定义，100%三维数字化预装配以及产品数据管理等技术的研究，并通过各主机厂所在部件级产品上的应用验证，探索出一条型号研制数字化应用的途径和方法，以达到提高设计效率、减少设计更改、缩短研制周期的目的。在三维产品数字化定义研究中，人们从规范化建模、模型的校对和检查方面已开始意识到标准化的必要作用，并有目的地开展了三维建模规范的研究、模型规范化检查程序的开展等。同时根据设计资源信息化的需求，开始研究与开发设计资源库（如三维标准件库），以达到快速设计、提高效率的目的。这一时期，标准化初步进入到数字化技术研究领域，并在各关键技术领先研究的基础上有针对性地开展标准的预先研究。

“十五”期间，随着航空制造业飞机重点型号研制的全面展开，各主机厂所已充分认识到标准化在飞机研制数字化技术应用中的基础性地位及其重要作用，在飞机型号应用数字化技术的方案阶段就开始考虑标准化应开展的工作。如在中航工业第一飞机设计研究院飞豹飞机全面采用三维数字化设计中，标准化就全程参与三维技术攻关，进行三维建模要求、二维CAD制图等标准的制定，以同步满足型号研制的需求。在另一重点型号应用产品数据管理技术进行产品全生命周期管理方案实施中，标准化从方案阶段就开始进行标准体系规划，针对设计手段和管理方式的改变，从顶层产品的定义、产品的组织直到产品的审签、归档与发放等进行策划，确保了标准化工作贯穿飞机研制数字化技术应用全过程，保证了飞机研制的顺利进行。这一阶段的标准化已基本实现了与飞机研制数字化应用同规划和同实施。

2 大飞机数字化研制中的标准化工作

目前，飞机研制进入了一个新的时代，尤其是航空工业的整合，更加强调专业资源的整合，强调行业整体优势的发挥，同时注重国际范围的合作。国内新一代飞机研制不仅要从技术能力上实现跨代的飞跃，而且在研制模式和管理方式上也要求有巨大的提升和改变，即新一代飞机的研制模式和管理方式已从全三维数字化设计向全三维设计制造一体化方向发展，且数据之间的管理也由企业内数据协同向企业间协同以及上下游厂商协同方向拓展。

体现国家意志的大飞机项目已正式启动，该项目是一项技术难度大、协调关系复杂的系统工程，不仅技术难度高、研制周期短，而且涉及的参研单位多，多厂所并行研制，要求必须增强设计制造单位的协同研制能力，以提升设计制造整体水平。因此，建立设计制造一体化的数字化研制体系，全面推进基于MBD设计制造技术，以提升大飞机的研制能力和水平，不仅是型号研制的迫切需求，更是航空工业未来发展的必然方向。

尽管在波音公司787梦幻飞机的设计和生产中已实现MBD技术的应用，但在我国航空行业还属首次。MBD技术是指在产品的数字化定义中，以三维模型为基础，集成了尺寸标注、公差要求、加工制造要求、检验要求等特征信息，实现对产品信息的清晰、完整、唯一的描述，以满足下游数字化制造直接使用的需求。它与原有数字化设计模式最大的区别是以三维模型为唯一数据源，所有加工制造检验信息均在三维模型上体现，下游制造部门需直接以三维模型为依据进行产品加工制造与检验。

大飞机研制数字化技术应用的关键即是基于MBD技术的设计制造一体化体系的建立、应用与实施。作为大飞机研制中的一项关键技术攻关内容，标准化人员全程参与了该项技术攻关及其成果应用与推广。在大飞机研制数字化技术应用过程中标准化工作重点开展了以下3个阶段的工作。

2.1 关键技术攻关

原有型号的全三维设计模型主要表达的是几何信息，部分非几何信息通过产品数据管理的属性定义体现，而大部分非几何信息，如通用附注等工艺要求与技术条件是通过二维图纸补充说明的。在大飞机MBD关键技术攻关中，首要的任务是将原有二维图样的所有信息，包括几何信息和非几何信息均要完整地表达在三维模型上。在以设计人员、计算机人员和标准化人员组成的攻关团队中，大家分工协作，集智攻关，分别从软件功能的使用与开发、到零部件MBD模型的设计与研究、再到MBD模型信息的表达与规范化等进行分步研究，最终研究的成果由标准化人员形成MBD模型标注相关规定，由计算机人员进行软件的客户化定制，形成三维标注模版，由设计人员在某型样机研制中的零部件产品上进行应用验证。通过近半年的共同研究与验证，技术攻关取得了良好的阶段性成果。

2.2 标准体系的建立

关键技术取得的阶段性成果对在大飞机研制中全面推进MBD技术是一个极大的信心和鼓舞。这就要求我们一方面要快速建立起适于MBD技术的数字化协同研制平台，以确保MBD技术的顺利实施；另一方面要建立适于MBD模型设计与管理的一整套标准体系，以保障飞机研制有序规范地开展。以新的角度全面考虑和规划基于MBD技术标准体系，从二维图纸的概念中跳出来，以三维模型为主研究数据的组织、信息的表达及传递方式，按照基于MBD技术的数字化协同研制体系框架构建MBD标准体系。

由于MBD标准是全新技术标准，涉及许多新技术、新概念，因此在标准体系的建立过程中，采取了边攻关、边制定、边试用的方法。在标准编制过程中，总设计师单位不仅严格按标准编制程序进行标准编制，在设计师系统内部进行充分沟通与讨论，而且积极主动与制造师系统进行充分沟通与协调，以保证MBD模型信息的完整、准确与直观的表达，以便下游制造系统方便进行信息的提取与使用。一些新的管理标准，由于涉及计算机管理模式和控制方法，如三维模型的设计更改与版本控制、并行研制中成熟度定义与控制等，更是经过了多轮讨论、反复切磋，甚至几易其稿，最终才完成的标准定稿。MBD标准体系的建立为下一步全面推进MBD技术应用奠定了技术基础。

2.3 MBD标准的推广与应用

新技术应用标准化一项重要的工作是推广与应用，尤其是MBD技术，它不仅是实现设计技术水平的一次提升，更是实现制造水平和能力的一次飞跃。以全三维模型作为唯一制造数据源，要求制造系统不仅要采用数字化制造技术进行产品加工与生产，而且还要采用数字化测量技术进行产品检验，才能保证MBD技术的有效实施。因此，大飞机标准的推广与应用是一项繁重而艰巨的工作。大飞机标准的推广与应用主要经历了3个阶段：从MBD技术的新概念、新思路、新架构的引入，到MBD技术实施方案与标准体系框架的介绍，到最终MBD标准体系与标准的宣贯。每个阶段作用不同，第1阶段的重点是介绍MBD技术的新概念，强调实施MBD技术的必要性，以及所具有的技术基础与能力，使设计师系统与制造师系统对实施MBD技术达成共识；第2阶段着重宣讲MBD技术应用实施方案、标准体系框架及设计制造体系所需具备的软硬件条件，以进行MBD技术实施的准备；第3阶段是标准体系宣讲与标准宣贯，使设计与制造系统了解标准内容，以便正确地应用标准。在大飞机标准的推广与应用过程中，其标准体系也经历了一个由浅入深，由初步到完善过程。目前，大飞机数字化研制所建立的标准体系已基本满足实施MBD技术的需求。

3 标准化在飞机研制数字化应用中的作用

标准化在飞机研制数字化技术应用中的作用是随着数字化技术应用的发展不断深入而越发显现出其不同的角色和作用的。

3.1 标准化的技术积累作用

传统标准化的一项重要作用是对前期技术和经验的积累与总结。在飞机研制数字化技术应用的初期，标准化的作用正如传统标准化的作用一样，起着技术积累的作用，即在数字化技术应用达到一定成熟阶段，取得一定成果，且成果趋于稳定以后，才进行数字化应用标准的制定，其工作模式常常是滞后的。

3.2 标准化的技术创新作用

技术创新是一个新的理论、新的方法或新的研究成果的形成过程，它是技术积累上的一个突破。飞机研制数字化技术的应用其实就是一个技术创新的过程。要使技术创新的成果发挥其应有的作用，只有通过标准化才能快速实现其目标，而且标准的“制定—实施—修订”的过程就是技术的“创新—普及—再创新”的过程。同时只有将技术创新的成果以标准的形式固定下来，才能实现新一轮的技术创新。因此，标准化不仅是技术创新的基础，更是技术创新的平台。

3.3 标准化的技术推广作用

一项新技术的推广应用有多种途径，而标准化则是一种有效的途径。众所周知，标准的宣贯是标准化的一项基本任务，但对新技术而言，标准的宣贯则更是新技术推广应用最直接最快捷的方法。在大飞机研制数字化技术应用中，标准化不仅在关键技术攻关成果的推广应用上发挥了应有的作用，而且在后续全面推进MBD技术的实施进程中更发挥了不可替代的作用。

4 结束语

飞机数字化研制是一项新技术创新工程，其创新进程是随着数字化技术应用的不断深入而逐渐拓展，且应用的速度也在不断加快，这就要求标准化工作要持之以恒地跟踪数字化新技术领域，了解国内外发展方向，并紧密结合型号研制积极开展关键技术标准的攻关与研究。只有不断探索新技领域，始终保持与新技术发展的同步研究，才能真正发挥标准化先导作用，也才能实现由滞后标准化向超前标准化的转变。

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