飞机数字化设计制造一体化应用研究

照那斯图

摘要 随着网络技术、信息技术和自动化技术的飞速发展，飞机研制技术从传统制造模式跨越到数字化设计制造模式已成为必然趋势。目前国内数字化设计制造刚刚起步，实践过程中存在不少问题，迫切期待解决和突破。本文系统阐述数字化装配面临的困境和问题，并针对问题进行研究分析，提出了解决方案。

关键词 数字化；设计制造；一体化；应用研究

中图分类号TP3 文献标识码A 文章编号2095—6363（2017）03—0021—01

1概述

飞机设计和制造是飞机研制的重要2个环节。飞机研制是创造新型的飞机，从设计方案的提出到投入使用，需要经历很长的时间，是一件很复杂的系统工程。一般情况下飞机研制分为拟定技术要求、飞机设计、飞机制造和飞机试飞定型等4个阶段。飞机数字化设计制造技术是数字化数据管理和传递系统为基础，在数字化设计技术的前提下，有效结合数字化工艺技术、装配技术、检测技术、机器人自动钻铆技术及数字化的集成控制技术等多种先进技术的综合应用的结果。

数字化设计制造技术在机械、汽车、医药行业应用比较早。航空领域在20世纪80年代诞生于西方航空发达国家。数字化设计制造技术从根本上改变了飞机制造方法。数字装配方法有效解决了传统制造方式的周期长、返工率高、质量低、精度低、风险大和成本高的问题，给飞机研制开辟了崭新的道路。

面对市场竞争，传统的飞机研制方式无法满足企业发展需求，为了能在竞争中处于有利位置，企业必须采用数字化设计制造一体化技术是势在必行。数字化设计制造一体化技术能够大幅降低制造成本，提高制造精度和质量，缩短制造周期，降低返工率。

2数字化设计制造一体化技术的组成

数字化设计制造一体化技术是多个高新技术高度集成的结果。数字化设计制造一体化技术包含数字化设计系统、数字化工艺系统、数字化工装系统、数字化检测系统、自动钻铆系统等子系统。

1）数字化设计系统。数字化设计系统能够在产品的数字化定义和建模的基础上，利用计算机实现模拟预装配，主要作用是对产品進行干涉检查、位置分析以及人际功效分析等工作。通过虚拟预装配可以进行结构协调设计、系统协调设计、检查零部件的安装和拆卸等工作，有效地减少因设计错误而引起的返工和更改。

2）数字化工艺技术。数字化工艺技术是在数字设计的基础上，对设计数据进行按数字装配要求分析，总结归类和工艺设计的过程。包括工艺路线分工、工艺流程设计、工艺装备选择、工艺控制点选取、容差分配和数字化预装配等等。也就是根据现有技术、设备选择最合适的产品实现的方案或工艺技术的过程。

3）数字化工装系统。飞机装配中广泛应用的数字化工装技术有特征定位技术、柔性定位技术和数字化定位技术等等。

特征定位技术是利用零部件的工艺特征或装配配合关系来确定零部件的位置关系，达到准确定位的目的。常用的方法有凸台定位、装配孔和工艺孔定位等。

柔性定位技术是指通过采用可变的工装支撑和定位要素来满足不同产品或类似产品的不同定位要求。柔性工装常用于壁板类部件、翼梁类部件、对接部件、舵面等部件的装配。

数字化定位技术是数字化测量技术在飞机装配中的应用。指通过同一组数字化测量点的位置来确定组、部件的不同站位不同状态下的准确定位。常用的数字化定位系统有激光跟踪仪、iGPS定位系统、照相测量等。

4）自动钻铆系统。自动钻铆系统，也叫机器人加工系统。通过数字化编程的程序控制机器人，用机器人的动作代替部件装配中的制孔、锪窝、送钉、加胶、铆接等工序。自动钻铆系统加工精度高、效率高、工作一致性好等特点。机器人效率是人工的6～10倍。机器人加工工作已拓宽到铆接、焊接、胶接和喷漆等工作。

3国内飞机数字化设计制造一体化应用情况及存在的问题

我国航空工业主要沿袭前苏联的组织生产模式，飞机设计制造技术发展缓慢。飞机研制技术和组织管理方式落后，虽然在不断完善和该机，但与发达国家比差距较大，自动化水平不是很高，半自动和纯手工制造还在应用。目前在技术和管理方面都存在一定的问题。

数字化设计制造一体化体系建设需完善。数字化设计、工艺设计、工装设计、流程设计、数据管理和传输、数字化装配等方面均缺乏完整的、体系的标准规范。虽然已有了基础的标准，但实践过程中存在诸多问题。

在产品设计阶段缺乏设计制造一体化的考虑，缺乏数字化装配的工艺性考虑。在我们飞机装配中发现很多方面可以改变设计方式方法，应逐步加强面向装配的设计，加强“三化”设计。比如壁板设计、地板设计、翼肋设计完全可以按模块设计，便于柔性制造。

数据管理和数据传递平台需规范和完善。从设计到装配需要多个数据库、多个软件、多个接口的交换，数据管理和传递，硬件软件需进一步规范和完善。

数字化装配过程中补偿技术、检测技术需进一步提高。数字化装配是复杂的系统工程，装配过程受产品设计、工艺设计、工装设计与制造、零件制造、检验检测、工具使用等多个方面的影响，以上某个环节出现任何问题均影响部件制造的进度、节奏和质量。

4加快飞机数字化设计制造一体化应用的方法

数字化设计制造一体化技术是制造业发展的必然选择。面对困境和问题，我们需要采取以下措施，加强研究和应用实践。

1）建立产品全寿命工作模型，优化流程。目前发达国家高新企业几乎全部都采用全寿命周期的设计制造方法，其主要特点是充分考虑制造工艺性、售后维护的方便性，在方案论证阶段销售维护和制造问题先考虑并反复迭代。

国内航空产品研制周期长，质量低、成本高的主要原因是没有按照产品全寿命周期模型管理产品的研发，在设计阶段缺乏全寿命考虑，产品没有面向制造、面向用户、面向维护。

具体表现为：（1）缺乏完整的系统工程的研发理念，重功能性能，轻过程管理；白顶向下的设计分解和自底向上的逐级验证过程不清晰，不完整；设计指标逐级分解不全，设计验证迭代不够，验证不充分。（2）缺乏规范化、操作性强的流程；流程结构化差，粗放、层次不清、不够规范、不细化、操作性不强；没有整体流程，流程是串行的，运行缓慢，问题留到了后面，造成返工和拖延；流程的执行缺乏强制和纪律性。

2）加强面向制造的设计。传统的设计方式和传统的模拟量传递技术很难与数字化装配技术接轨，数字装配技术的前提是面向装配的数字化设计技术。具体为，加大产品的“三化”设计，加大产品的模块化、系列化和通用化，尽量加大通用件和共享零部件。比如壁板类零件、地板零件应采取模块化设计。另外，零件剖面选择取、设计分离面的选取应充分考虑数字化装配工艺，如，Z字形长桁剖面比L形长桁更便于机器人加工。

3）加强数字化装配技术的研究。数字化装配技术在国内刚刚起步，从标准的建立和技术的协调兼容没有明确的参考依据。我们知道需要数字化装配技术，但不是很明白需要什么样的数字化装配技术，因为产品类型不同、工艺分离面不同，所选取的装配方法不同。因此目前没有形成完整的技术树，对核心技术、关键技术识别不够。在产品零件到总装结束哪些分里面或哪些工位选取数字化装配更合适、效率更高等方面需研究和探索。

5结论

数字化设计制造一体化技术是制造技术发展的必经之路。面对问题，我们要坚定信心，从技术和管理等方面研究和创新，大力开展飞机数字化设计制造一体化技术的推广和应用，通过数字化设计制造技术加快产品研发速度，降低成本、提高质量，为企业发展、为国防建设做出更大的贡献。