飞机制造业中信息化技术的应用解析

李冠卿

[摘 要]为了满足贸易运输、人们出行以及军事等方面的需要，飞机制造业得到了极大的发展。飞机制造行业是一类技术含量相对较高的产业，涉及到不同学科的很多专业知识，不同型号的飞机具有较大的差异，信息化技术的引入为飞机制造业注入了新的活力。本文就飞机制造业中信息化技术的应用进行了详细的讨论。

[关键词]飞机制造业 信息化技术 应用解析

中图分类号：TM76；TM63 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）25-0357-01

一、波音公司信息化技术在飞机制造中的应用

波音公司早在上世纪九十年代初在研制777飞机的过程中就全面采用并行工程和数字化技术，具体体现在全机零部件百分之百的三维数字化建模，进行产品的数字化预装配和组织设计制造协同团队，即后来在新一代737研制中应用的集成产品设计团队，在此过程中，波音公司花了十年时间和十亿美元构建了基于构型控制的数字化制造信息管理系统，这一系统以SDRC公司的PDM系METAPHESE为核心。管理了波音公司在产的所有商用飞机，支持整个波音公司分布在72个不同场所的45000名员工和40000多台各种工作站上同时进行工作，通过网络还支持着全球供应商的有关产品数据管理工作。波音787是波音767的换代产品，它的性能要求包括更加快速、飞行距离更远、更省油、更环保、更舒适、更可靠、更易于维护等方面开发费用为70到80亿美金。波音787 全球协同环境主要包括以下组成部分：应用基础架构层：包括项目管理、协同设计、供应商管理和采购、生产运作和售后服务等部分；门户服务：包括单一登录入口、内容个性化、身份认证等方面；集成服务：企业内部及企业之间的数据交换和应用集成；协同基础架构服务：包括电子邮件、工作流、及时通讯等内容；平台基础架构：包括网络管理、系统管理、服务器、防火墙等部分。波音公司在全球协同环境中，技术上应用统一软件的同一版本。并对研制的协同过程、软件和数据的管理，有着一整套严格的模式、制度、方法、规范和各种手册，供全体参研人员遵循并使用，通过构建787数字样机，建立了单一产品数据源。

二、空客公司信息化技术在飞机制造中的应用

空客公司的 A380 型号是与各大航空公司、机场和适航当局密切合作而共同研制的超大型客机，其具体的设计和制造工作由Airbus 位于法国、英国、德国和西班牙的四家子公司共同承担，并且还包括10余家共同承担风险的合作伙伴。仅在欧洲的Airbus 直接员工就达到40000名，分布于15个不同地区。 整个A380型号的研制过程面临着十分巨大的桃战。首先，由于研制过程中涉及到的企业是分散在全世界各个地方，Airbus 总部需要对Airbus 各个分支机构及相关企业的构型管理和协同工作进行管理；其次，Airbus在历史发展过程中，各个分支机构建立了各种遗留的工作组级PDM系统，例如Airbus德国实施了VPM系统，Airbus英国实施了Optegra 系统，如何实现异构系统的集成和数据的统一管理成了难题。随着我国大飞机项目的立项建设，飞机制造业经过多年累积开发建设出的“信息孤岛式”的各种应用以及来自不同厂商的异构系统形成的信息孤岛，已越来越不适应一厂一所一型号的研制模式向多厂所异地协同的研制模式的改变。原有的旧的业务流程的梳理以及新的业务流程的快速搭建，面向设计、制造、试验和服务的全价值链的各种 IT资源的整合，未来均需要采用SOA架构来完成。因此认真研究飞机制造体系中的设计、分析、试验、生产、交付、服务、维修以及所有相关管理过程每个环节，将其流程先行固化，并采用当前最新的IT技术实现，再逐步将每个业务流程优化，将是我们今后几年飞机制造业信息化的重点任务。

三、洛克希德·马丁公司研制的第五代战斗机

JSF 从一开时就直面制造成本的急剧增大，生产周期延长，维修成本提高的严重挑战。为了达到真正的商业目标，洛克希德·马丁公司采用了Teamcenter 软件作为基础建立全球协同工作平台。各项功能模块若独立使用无法完成其使命，只有将它们集成到Teamcenter的PLM系统中。保证从用户需求、详细设计、数字样机、生产计划、工艺规程、加工仿真和维修服务等阶段的产品数据存放在一个公共的数据平台上。统一管理设计BOM、制造BOM、建造BOM和维修BOM，从而实现JSF项目降低成本、缩短周期、易于维修的目标。洛克希德·马丁最终按要求，完成了“一机三型”，即空军型、海军型、海军陆战队型，“一条生产线生产三种飞机”，其互换性达到80%，并实现了F-35设计周期缩短35%，为该项目节省了上亿美元资金。经过十年的开发，在首架 F-35战斗机试飞成功后，洛克希德·马丁回顾已经走过的历程认为，数字化技术是 JSF成功实施的核心问题，没有它的强大支撑，不可能完成所承担的任务。

四、飞机制造业信息化发展方向

本世纪以来，波音公司、空客公司等大型飞机制造商应用了信息化技术，发展速度极快，信息化发展方向表现在以下几点。

1.由传统方式向现代化方式转化

研发飞机的环节中，主要包括两个部分，一个纵轴，这个研究阶段是一个涉及多个学科共同工作的环节，即Y轴的协作，共同设计MDO，其中相关的学科包括电学、光学、磁场、流体力学等多个方向。另外一个部分是X轴，涉及到设计、制造以及维护保养方面的协调作用，体现在不同方面的需求中，共同实现完整的数字化技术，需要对产品全程进行合理的管控。

2.模拟全球化协调环境

在向高度方向转化的同时，空客等公司也同时设立了全球同步协调作用的硬件工作环境。通过构造全球化的协调环境，建立不同合作方之间的协调工作模式，在虚拟化的环境中开展工作，协作方跨越不同的时区和地区开展工作，尽管存在时差，但是对于工作的沟通与交流完全没有影响。

3.建立数字化制造系统

全球范围内不同地区的用户对飞机的要求不尽相同，即使是型号相同的飞机，为了满足不同用户的实际需要，彼此之间也可能存在着一定的差异。在飞机的设计中，通常是首先设计一个基本型号，然后根据这个基本设计雏形，开展不同功能、不同方向的改进，进而产生系列化的飞机新产品。在新产品的研发以及试运行阶段，针对不同地区和阶层用户的实际需要，对产品进行不断的改进和创新，由于飞机中所涉及到的零部件种类繁多，数量大，不断的变化，会造成较大的前期资金投入。各个飞机制造商在前期为了减少资金的投入，都采用了模拟程度较高的数字化制造系统，对飞机的内部结构以及外部结构进行模拟仿真，在模拟中不断修改设计，尽可能的符合不同用户的要求，这种系统不仅提高了工作效率，而且节约了大量的资金，提高了经济效益。

4.制造技术

制造技术对主模型的依赖程度较大，包括以下模型：外形模型、功能模型、特性模型、制造模型、产品模型等，这些模型基本都会涉及产品在设计以及制造过程中数字化的内容。可以通过不同环节的设计、制造与数字化技术协调作业来实现。仅仅通过产品的三维模型，无法开展其检验和制造工作。三维模型中不涉及公差、表面粗糙度以及处理办法，根据这一情况，国际标准中采取了一种或者若干种文件集合，通过几种间接方式表达出不同零部件的物理功能和性质。

综上所述，现阶段，我国大型飞机项目的立项数量逐渐增加，不同的制造公司多年来积累得到的技术手段已经不能满足飞机制造的实际需要，传统的流程以及设计、制造工艺需要进一步的更新，信息化技术的应用提高了不同流程的工作效率，细化了制造过程，为飞机制造业注入了新的活力。

参考文献：

[1]李映红，胡林涛，张晶.飞机制造业信息化技术应用[J].科技信息，2010（11）：34，45.

[2]杨文涛，冷晟.飞机制造业MES中基于矩阵的BOM版本有效性研究[J].机械科学与技术，2011（08）.