浅谈数字化对飞机模线样板的影响

杨瑞娟　李毅

摘要：工装是飞机制造过程的第一道产品，而模线样板又是工装的排头兵。本文首先介绍了数字化的概念和特点，接着从构建数字化协同工作平台、开展精益生产研究、建设多种计算机辅助设计环境三个方面进行了详细分析，最后对模线样板发展方向提出了构想和建议。

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

关健词：数字化;飞机制造;模线样板

Key wards： digital;aircraft manufacture;mould template

中图分类号：V262                                       文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）12-0269-02

0  引言

剖析现代飞机的生产过程也是对某种产品生产流程的解读，首先对产品进行数字化建模和模拟仿真，并形成产品定义，将产品定义数据渗透到设计的上游并向零件制造部件装配等下游延伸、传递与加工的过程，飞机产品的形成从某种程度上来说是数据上的一种物质体现。

1  数字化的涵义阐述

数字化主要指的是通过计算机软件技术与硬件技术，并依托网络，将CAD/CAM作为主体的一种计算机技术的广泛应用，其中模线样板的主要环节，如设计、管理以及制作等都有数字化的应用。

数字化制造依托计算机各个相关平台支持下，一般结合使用单位的需要和要求，以最敏捷的速度将资源信息进行收集，并对有关产品、工艺及资源的信息做出分析、规划以及重组，以此来达到产品设计、功能仿真及原形制造的目的，最終实现高效生产出能满足客户对产品外观及性能要求的生产全过程。因此，数字化制造其实是在产品制造过程用数字化形式构建数字空间，并基于此完成整个产品制造的一种过程。当前数字化环境广泛的建构在计算机技术、制作技术及网络信息技术持续发展与应用中，同时也是当前制作系统和生产系统全面数字化覆盖的必然趋势。另外，个人、企业及车间等作为数字环境中的多个节点，在产品的设计、制作及销售环节中所涵盖的信息是数字化环境的不稳定因素。总之，我们的主要任务和目标是基于数字化环境下如何更好的发展模线样板工装设计。

2  数字化制造的主要特点分析

数字化技术作为当前企业壮大与发展的核心竞争力，通过阅读相关的文献，将数字化环境的特点总结为以下几点：

2.1 产品研制方法的变化

较传统的飞机研制过程及方法一般分为三个阶段：概念阶段的设计、初级阶段的设计及生产阶段的设计。这三项的设计都需要绘制模线并通过制造物理样机，以此来协助技术人员更精准的对飞机及飞机的内部空间进行设计，研制过程具有串行的特点，且产品定义信息传递具有间断性。而处于数字环境模式下，模线与物理样机都可以被产品数字化定义及数字样机来顶替，同时研制过程不同于传统形式，具有并行及多学科交叉协同设计的优势。另外，依托业务过程这个核心，发挥跨地域、多企业、动态的三大研制特征。

2.2 数字化定义技术和多种先进技术的融合

数字技术在其他先进理念和先进技术的影响与作用下，快速与当前先进的技术进行融合，先进技术的强强结合，必然促进整体效益的快速提高，高效释放了数字化技术在飞机研制过程中的最大能量。充分体现了三大特性：其一，制造过程中的建模与仿真;其二，网络化高效设计与制造;其三，积极推动虚拟产品的开发。

波音777飞机是当前世界上首个利用数字化定义及无图纸生产技术的项目，代表着近几十年制造业在信息技术应用方面具有巨大进展的标志。数字化技术与并行工程是波音777飞机研制、开发、制造及试飞成功的主要原因，其大体可以分为三方面，数字化预装配、零部件的100%三维数字化定义以及以精益制造为主构建了238个设计建造团队（DBT）实施并行工程。在研发过程中，以数字化装配为主要的实物样机，更正了200点设计中存在的问题，方便检测间隙、分析重量、平衡、确定公差与应力等，从而使设计更正与返工的几率下降50%以上，同时组装配件出现的问题也相应下降了50～80%。

3  数字化环境下模线样板设计与制造的相关畅想

3.1 创建一种以数字化技术为基础的项目组管理模式

创建一种数字化协同集成平台，同时创新管理模式。飞机设计与制造项目初始阶段，首先要创建项目办公室，并组织各参加单位形成一个团体，按部件分工，在数字档案平台和协同办公平台下载图纸或三维数模，依照零件车间工艺申请单具体要求，进行模线样板工装设计的先行准备工作。

3.2 模线样板数字化构想

模线样板数字化，要求模线设计由传统加工方式转化为全新模式，对于已存在的样板进行逆向扫描，在CAD进行模拟量修复、完善，经过一系列校对后按流程上传、保存，保存在数据库。对于新制板从数据库提取原始数模到完成样板交付，全部采用数控加工流程，高效、准确的完成模线工装设计。

当今社会是以数字化为主导的信息化时代，伴随当前计算机、数字化测量、数控加工及成形、复材构件成形与先进装配等技术的高速發展，精益生产和并行工程等一系列先进理念与技术的出现和广泛应用，促使当前飞机协同研制快速的发展与变革中，基于传统技术的精进，新的材料、结构及技术的创新应用，整体机构、复材构建及数字化技术的集合力量构建了新时期飞机创新制作技术的主要轮廓，同时在工艺技术的创新方面提供适当的实验平台。原始的飞机装配大部分使用实体模型等方式，数字化平台则是通过虚拟的模式，一定程度上缩短了装备的时间，同时将部件结构进行了精简。因此，数字化的广泛应用很大程度上提升了飞机设计及制作技术的水平，大大提高了现代飞机研制的各个流程的工作效率，进而实现整体进度的加快。

4  关于模线样板数字化设计生产的几点建议

4.1 对于零件三维的建模方式可按零件的特征分类

飞机结构零件特征典型，可对各类零件建立一套可操作的建模流程规范。如：按钣金类和机加类分。具体钣金零件又可分为与理论外形有关的蒙皮，口盖，连接板等;有弯边的框，肋板等钣弯零件;角材类;口框类等，以各类中一个典型零件为例，规范建模过程。

零件设计过程中，所使用的飞机坐标基准，肋平面，框平面，理论外形曲面等基准元素应置于规定的基准结构树下。零件实体上关键结构特征的数据所在结构树应有明确命名。这样，就便于下一环节中各工艺及工装设计的引用，不会造成混乱。

4.2 数模设计中应考虑零件加工的工艺性

如零件型面三维下为曲面状态，而实际分析可近似为平面，这可以由设计在三维设计中直接按面设计。有的Z型钣弯件，贴合理论外形面的弯边有斜角值，而另一处边无配合关系，一般成形为弯边90°最为合适。但在三维设计时，如果简单的按平行于理论外形面作此穹边面，弯边会有斜角值，增加零件加工复杂性，也没必要。

4.3 采用附表明确多个零部件信息

工装设计中，如果一件工装中负载了多个，甚至数十个零部件信息时，尤其是零件不属于同类（如在一结构件的工装上包含多个系统零件的信息）工装图应附一表将相关零件及其子工装的信息明确（包括零件或涉及装配图的名称，当前版次），以便跟踪零件更改信息，及时完成工装的更改。

4.4 双曲度的小弯件加工方式

对于双曲度（按胎成型）的小弯件，一般的加工方法是按胎取展开试压件，再按试压件制展开样板。借鉴哈飞公司的加工方式：此类零件模胎全部数控加工，将零件数模与模胎数模重合，得到包合XD孔位置的零件延伸曲面，然后将模型展开，得到展开后的准确形状，直接按展开数据数控切割下料，而不必再取制展/试样板。经过哈飞公司装机实际检验，完全能够生产出合格零件。

5  结束语

总而言之，随着当前数字化技术在各个领域的普遍应用，其使原始的飞机产品的研制整体过程已经发生了质的变化，同时数字化技术的应用很大程度提升了飞机制造技术水平，并更进一步推动了飞机研制各个流程工作效率和整体进程的加快。

参考文献：

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[2]昌琳.数字化制造技术在国内外发展研究现状[J].现代零部件，2009，03.

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[5]曾祥录.装备制造业数字化制造应用策略[J].机电工程技术，2009，10.

[6]航空制造工程手册——飞机模线样板.航空工业出版社.