试验机数字化改装技术研究

王进+田玉艳+吕超

摘 要 本文结合试验机设计改装工作及数字化协同设计制造特点，对数字化改装技术进行探讨研究。从技术角度提出试验机数字化改装技术的关键要求，以及数字化改装技术建设的核心内容，为试验机数字化改装技术建设提供参考。

关键词 数字化改装技术；三维设计；并行设计

中图分类号 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）161-0064-02

数字化技术正以前所未有的速度和深度影响着世界航空产业的发展，国内航空业也在积极响应这一趋势；试验机设计改装专业承担着我国特种试验机设计技术研究、试验机测试改装的设计/施工及机载专用试验系统研制等工作，它是我国航空产业试飞板块中重要一环，因此，数字化在航空领域的发展必将对其产生巨大影响。

试验机设计改装正在从初期的型号测试改装向特种试验机设计改装技术研究、试验机测试改装的设计/施工及机载专用试验系统研制3个方向发展；为了应对未来我国众多的试飞任务，试验机数字化改装技术显得尤为重要，它将为未来特种试验机设计研制和型号试飞任务提供高效、有力支撑。本文从技术角度提出了试验机数字化改装技术的关键要求，以及数字化改装技术建设的核心内容，以期为试验机数字化改装技术发展提供参考。

1 数字化改装技术要求

数字化改装技术的目标就是实现试验机改装数字化协同设计、制造，促进试验机研制、试飞进程，匹配国内外航空企业飞机研制的信息化、数字化新模式，提高试验机改装水平。综合国内外航空业的发展趋势以及试验机改装设计制造的自身发展需求等多方面因素，数字化改装技术应该具备以下几个方面的显著特点：

1）全三维设计。全三维设计是实现数字化协同设计制造的基础条件。全三维设计是以三维实体为最终设计结果和生产依据的设计模式，替代了原二维图样的全部功能。全三维设计技术可保证设计数据的唯一性及一致性，设计结果直观明了并可以有效提高设计、制造效率。

2）研制工作并行展开与传统产品开发过程并不相悖，它同样遵循产品开发的每一个必经阶段，而且是基于连续的信息转化实现的。研制工作并行开展就要求信息的转化伴随活动随时进行传递。

以型号新机试飞研制为例：第一，在项目的总体研制过程中，试验机设计、试验机改装设计、试验机制造等研制过程可以并行交叉进行；第二，在具体的设计阶段，试验机改装设计各系统和原机各系统的设计工作可以并行开展。设计过程中各系统之间的相互关联和相互影响不可避免，通过互相协调适应以及各系统间实时迭代设计，可使得设计工作最大限度的展开；第三，设计人员可以并行开展工作。基于相同的设计技术平台，同一系统的不同设计人员及不同系统的设计人员可以并行工作，使设计资源得到了有效的利用。试验机改装协同设计制造充分融入到试验机研制过程中，提高了试验机的研制效率。

3）跨地域协同设计制造。世界航空产业正在形成研制和市场的全球数字化协同模式，例如，我国部分主机厂就承担了欧洲空客及波音系列飞机相关部件甚至部分重要结构件的生产制造工作。这一案例充分说明了数字化协同技术已成为飞机研制活动中重要的技术手段之一，可以有力推动研制活动高效、精准开展。

外部的这种发展趋势也正在强有力的影响着我国的飞机研制产业，国内飞机研制体系正在突破传统的串行封闭式研发模式。例如，我国某型飞机研制工程项目中首先尝试采用异地协同设计、全国多地协同制造、国内外19家供应商的协同研制模式，实现了国内外不同地域的分包商和配套商的协同工作[ 1 ]。

2 数字化改装技术建设

综合分析国内外协同设计制造现状和发展趋势，结合试验机改装研制的特点及现阶段的具体情况，数字化改装技术建设应该分步进行。

第一步，进行数字化设计基础平台建设，加强数字化设计人才队伍培养，建立数字化改装技术规范。

通过第一步建设，可以实现数字化改装技术的初步目标：1）试飞机构内部实现大型试验机改装、特种试验机研制等大型项目的全三维数字化协同设计；2）具备试飞机构与主机厂所间试验机数模顺利传递的能力；3）培养出一支高素质的数字化设计队伍。

第二步，在国内航空领域条件成熟时实现行业内数字化协同改装设计制造。国内在跨地域数字化协同设计制造方面只是进行了试验性的尝试，目前还不具备行业内跨地域数字化协同设计制造的条件，但是我国航空业正在积极努力地向实现这个目标迈进。

在数字化设计基础平台建设及数字化改装技术规范方面建议如下：

1）数字化设计基础平台。在三维建模软件方面，CATIA作为世界航空领域三维设计的主流软件应该是最佳的选择。CATIA以设计对象的混合建模、变量/参数化混合建模以及几何/智能工程混合建模等先进的混合建模技术，支持从项目调研、构思、详细设计、分析、模拟、装配及维护在内的全部工业设计流程，是全球航空业界普遍使用的一个集成产品开发环境。CATIA在国内航空企业中已得到了广泛的应用。

在产品数据管理方面，ENOVIA VPM以其与CATIA在产品建模之间已紧密集成的优势成为首选数据管理软件系统，能够实现物料管理、任务流管理、事件管理、配置管理、人员组织和权限管理等，它能提供一个上下关联的设计环境，便于多专业同时开展设计工作，便于不同部门之间制定设计的优化方案，便于开展不同配置的并行设计[ 2 ]。

在协同平台方面，可以基于Windchill系统根据试验机设计和改装业务进行配置和二次开发，使之成为试验机协同研制平台。Windchill是PTC 公司的一个大型PLM软件，该软件提供了近10个功能模块，涵盖了企业级产品数据管理和协同工作平台应具备的所有功能。Windchill 还提供了功能强大的工作流引擎，能够方便地对航空企业的各种复杂工作流程进行自动化和规范化的管理和控制[3]。

对于改装数字化设计基础平台可以考虑以三维设计软件CATIA作为基本的设计工具软件，通过ENOVIA VPM系统实现对产品数据管理以及设计过程的管理，依靠基于Windchill系统进行二次开发的协同平台实现研制工作流程自动化和规范化的管理和控制。

数字化改装设计基础平台构架示意图如图1所示。

2）数字化改装技术规范。波音公司根据相关标准和规范制定了BDS-600系列规范，使参研人员在统一的规范下有序进行。我国航空企业正在建立统一的数字化设计制造规范，已经颁布和实施了关于数字化设计制造的初步标准和规范，可以看出我国航空业正在积极推进数字化设计制造规范化建设。因此，作为试验机研制的一个重要环节，数字化改装技术规范化势在必行。数字化改装技术规范应该依据我国航空业现有标准、规范的统一约定，结合试验机改装设计特点及相关要求进行制定，并随着行业标准的完善不断地修订，最后形成与全行业标准规范相统一的完善的数字化改装技术规范。

3 结论

数字化技术、信息化技术对飞机的研制及业务模式产生了深刻的影响，我国在航空领域积极推进数字化、信息化建设，试验机数字化改装技术将是试验机设计改装的发展目标之一，它将有力地推动试验机数字化研制进程。

参考文献

[1]王永栓，王晓丽，向颖，等，航空工业数字化协同现状与发展[J].航空制造技术，2009，（11）：62-65.

[2]黄志文.基于CATIA、VPM的结构三维数字化设计技术[J].直升机技术，2010（4）：20-25.

[3]何梅，冀艳丽，李玲，等.多企业联合飞机研制环境下设计数据的发放接收应用[J].航空制造技术，2010（18）：81-86.