飞行器数字化制造技术

1. 飞行器数字化制造技术

2. 4. 几何结构设计和零件表生成 在飞机的主尺寸表面MDS定义和数字内部轮廓模型DIP构成的飞机数字化产品定义的基础上，进一步对零组件进行结构设计。作为一般规则，此阶段的所有零组件都应构造成精确的三维实体模型。

3. 在此基础上，再由三维实体模型生成二维工程图纸，并标注尺寸和公差等，构成唯一的授权数据集。在此基础上，再由三维实体模型生成二维工程图纸，并标注尺寸和公差等，构成唯一的授权数据集。

4. 在此设计阶段，设计人员在产品协同设计组IPT中与分析、制造工艺、工艺装备设计、材料、客户服务和其他相关人员一起工作。设计人员一方面听取他们的反馈意见，改进产品的设计；另一方面也协助他们的工作，支持他们制定制造计划，一起作出是自制还是外购，共同确定装配的要求等。此阶段还有一项重要的设计工作，即设计人员和制造工艺人员共同商定如何建立和控制产品零件树（产品结构树）。现阶段的工作都是在产品协同设计组IPT中进行的，其工作结果体现在综合工作说明IWS中。此时，产品设计尚未发放。

5. 当结构设计人员进行了详细设计，且每个零组件的几何形状和尺寸正确无误后，把产品的几何定义（三维实体模型和二维图形、数控加工曲面信息，以及机构运动模拟信息等）存到数据库，并由集成数据管理IDM（Integrated Data Management）系统进行管理。同时，对于在综合工作说明IWS中的产品结构树以及其它相关的工艺信息，通过自动零件表生成器APLG（Autmated Part List Generator），将其输入到自动零件表系统中 。

8. 产品 数字化 模型 IDM 几何信息 图号、零件号 APL 非几何信息 由此可知，产品的设计结果体现在两个方面，一方面是产品的几何信息，它存储在IDM系统中的数据集中；另一方面是产品的非几何信息，包括产品结构树和工艺信息，它存储于APL系统中。这两部分信息密切相关、不可分割，其相关性是通过产品图号或零件号来实现的，由统一的系统来管理。

9. 5. 产品数字建模的其他相关工作 飞机的产品数字建模除了上述产品外形和内部结构的三维数字定义之外，还有很多系统数字建模和其它的相关工作： • 绝缘毯设计： • 三维数字化定义 • 计算机辅助排样 • 飞行驾驶舱设计： • 人机工程设计 • 管线设备布置安装 • 标准零件库： • 连接件，紧固件，垫片，轴承，液压系统元件 • 零件

10. 利用成组技术，对飞机上已经用过的零件也建立相应的库，这样，设计人员只需修改所要零件的几个参数就可以生成新的零件(CATALOG)。

11. 4.2.3 基于产品数字模型的制造工程 飞机的制造工程大体上是与飞机的设计工作同时展开的，制造技术人员和设计人员在同一产品协同设计组中并行工作。 1.产品结构分解和关键特性的确定： 产品结构分解：在飞机产品的初步设计阶段，飞机的三维数字模型是单一的整体模型。需要把飞机整体模型分解成部件、组件和零件，以及基于这些零组件的装配件和安装件，直至最后把飞机装配起来。

13. 关键特性Key Characteristics： 对零组件不可能按指定的尺寸正确无误地制造出来，制造出的零件尺寸一般在所标尺寸的允许公差范围内。这些公差就是零组件的关键特性。但不是一个零件上的所有尺寸和形状都是关键特性。在IPT中的每个成员都有权参与确定大多数结构件的关键特性。 在制造过程中，由零件组装成组件，组件再装配成部件。因此可见，关键特性也是一个树形结构。之间相互影响，由上到下逐步定义。因此，对于在零件制造过程中的加工定位，在装配过程中定位基准的选择以及工艺装备的确定等，都应细致考虑其关键特性。

15. 2.三维工艺装备设计与工艺计划： 工艺装备设计与产品设计一样，也首先是进行三维建模，然后工艺装备设计人员利用三维零部件模型进行工艺装备的数字化预装配。进行干涉检查、空间验算。工艺装备设计人员在IPT组中，是同产品设计及工艺计划人员并行工作的。 工艺装备设计人员检查所设计零件的可生产性，协助标识零件的关键特性，将信息及时反馈给产品设计人员和工艺计划人员。 工艺装备部门还负责在整个飞机制造过程中对工艺装备的配套、维护和检修工作。

17. 零件工艺设计人员确定零件因制造过程的需要而留有的余量、导孔和其他要求，零件在制造过程中不同阶段的状态可以放在不同的层Layer中，以方便使用。这些工艺数据与产品设计数据一起组成了单一产品定义包，即制造延拓数据集MED (Manufacturing Enhanced Dataset)。它需要设计、工艺计划、工艺装备设计人员共同签字才有效。

19. 3.数控加工和工厂车间布置： 数控加工：产品设计发放前，即可进行数控加工编程，并进行加工模拟仿真。预先对加工中可能出现的问题（过切、欠切、干涉等）进行分析解决。缩短整个制造周期。

23. 车间布置：在定义产品零组件和工艺装备的同时，构造整个车间的三维模型。在计算机上模拟零部件直至整架飞机的装配过程，甚至整架飞机在车间和整个工厂内的移动情况。车间布置：在定义产品零组件和工艺装备的同时，构造整个车间的三维模型。在计算机上模拟零部件直至整架飞机的装配过程，甚至整架飞机在车间和整个工厂内的移动情况。 • 利用数字化方法进行工厂的车间布置，可以实现下列目标： • 装配过程中的静态和动态干涉检查 • 进行装配工人的视界检查 • 在进行数字化工艺装备设计的同时，可以进行定位和配合检查 • 进行实际的装配过程（包括安装顺序）的可视性检查 • 利用数字化样件绘制生产图解和各种维护手册 • 检验关键特性 • 可以在计算机上进行实际生产中人员和设备的可达性检查

24. 4.客户支持服务 在IPT组中，客户服务部门的人员和设计人员并行工作，利用CAD软件构造地面支持装备（GSE－Ground Support Equipment）的三维实体模型。客户代表可以进行地面支持装备的数字化预装配，检查GSE与飞机零部件之间的配合和使用情况。 还可以进行技术出版物的图形（三维图形、爆炸图）的生成。

28. 5.硬件可变性控制HVC和质量管理 HVC－Hardware Variability Control，是一种用来管理由于零件制造的偏差而引起的更改、出错和返工的方法。它是通过尽量减少零部件间的段面划分和综合考虑控制零部件关键特性的选择方法来实现的，并利用两个有力的质量杠杆－关键特性KC和统计过程控制SPS－Statistical Process Control－来完成。

29. SPC（统计过程控制）： SPC是一种借助数理统计方法的过程控制工具。它对生产过程进行分析评价，根据反馈信息及时发现系统性因素出现的征兆，并采取措施消除其影响，使过程维持在仅受随机性因素影响的受控状态，以达到控制质量的目的。它认为，当过程仅受随机因素影响时，过程处于统计控制状态（简称受控状态）；当过程中存在系统因素的影响时，过程处于统计失控状态（简称失控状态）。由于过程波动具有统计规律性，当过程受控时，过程特性一般服从稳定的随机分布；而失控时，过程分布将发生改变。SPC正是利用过程波动的统计规律性对过程进行分析控制的。因而，它强调过程在受控和有能力的状态下运行，从而使产品和服务稳定地满足顾客的要求。

30. 近年来，SPC方法获得进一步发展，例如波音公司为了贯彻健壮设计思想，推出了一套新的供应商质量保证规范Dl9000，主要的变化是要求建立先进的质量体系(Advanced Quality System，缩写为AQS)。AQS体系提出了一整套与健壮设计相适应的生产制造质量控制要求。

31. 首先确定飞机的段面控制图，把整架飞机按级分解成安装件和装配件，再分解成零组件，并按照飞机的实际建造过程来标识装配界面和零部件的关键特性，利用它来控制硬件的可变性，针对这些要求与供应商进行协商。供应商们则利用统计过程控制SPC方法，来为IPT组提供反馈信息，并验证其一致性。确保飞机的主要部位在飞机总装配和最后安装中的对接质量（即飞机的关键特性）应保证符合产品的设计要求。首先确定飞机的段面控制图，把整架飞机按级分解成安装件和装配件，再分解成零组件，并按照飞机的实际建造过程来标识装配界面和零部件的关键特性，利用它来控制硬件的可变性，针对这些要求与供应商进行协商。供应商们则利用统计过程控制SPC方法，来为IPT组提供反馈信息，并验证其一致性。确保飞机的主要部位在飞机总装配和最后安装中的对接质量（即飞机的关键特性）应保证符合产品的设计要求。

33. 质量管理 在IPT组中，质量控制计划人员与制造工程师一起，根据首件检验要求等制定产品检验计划、校核计划和一致性计划等，并负责检验工程设计各种制造标准情况，评审由工程设计、工艺计划和工艺装备设计人员在CAD系统上产生的数据集，最后还需国家航空管理部门的审查。

34. 工程设计数据的发放和管理 1.数字化产品模型内容： 三维实体模型 提供零件加工、零件对接面、检验的几何数据 二维视图 重量和应力分析数据 飞机外形数据 产品结构树 飞机安装和装配过程模型 各种设计文档 设计、制造、分析数据 分层存放

35. IDMS

36. 工程设计数据的发放和管理 2.工程设计数据的发放： 工程设计数据的发放和控制由专门单位负责，IPT中的设计人员把产品数据（包括CAD系统的数字模型）传输到IDM数据库中，并将这些数据设置为冻结方式，以便数据被各部门共享。这种数字发放包有CAD系统生成的模型，其中包括产品的三维实体数字模型、二维图形数据和其它后续环节所需的数据，如产品零件表数据等。在数据发放前，须办理电子批准手续，列出发放包的内容；同时还需检查内容的完整性、发放授权、相应的数据集特征的入口，以及程序是否与批准的要求相符，带标注的图形是否能被绘出，最后数字化预装配干涉检查时否有问题等。然后通过多种介质进行产品数据的发放。

37. 2.工程设计数据的发放：

38. 工程设计数据的发放和管理 3.工艺装备设计数据的发放： On-Line Planning

39. 4.3 基于数字化产品定义 的制造工程计算机系统 IWS综合工作说明 自动零件表 生成器APLG 自动零件表 系统APL 首架飞机报告 系统FARS APR 自动零件发放系统

40. APL自动零件表系统 飞机 制造 过程 中生 成、 传递 控制 产品 数据 主线 自动零件发放 系统APR 制造计划系统 数据共享 SHARE MAIDS制造装配和 安装数据系统 IP定位计划 CS协调单 制造参考表 系统MRL 生成 制造计划MP 工艺流程图PF 生产图解PI 操作与检验记录O&IR

41. APL自动零件表系统 自动零件发放 系统APR 进度计划系统 数据共享 SHARE 财务 SROA进度需求 和订单分析系统 UPAS 单架生产 装配进度 计划 OLP在线 计划系统 BASS 波音自动进度系统 MSUP 主进度更新程序

42. APL自动零件表系统 自动零件发放 系统APR 订单计划系统 PCOS 采购 控制 联机 系统 数据共享 SHARE 财务 SROA进度需求 和订单分析系统 OLS订单分配系统 SOLS进度 订单列表系统 ADP 自动数据处理

43. APL自动零件表系统 自动零件发放 系统APR 数据共享 SHARE OSCE操作 备用构型环境 OLS订单分配系统 零部件短缺 和跟踪系统 SMART短缺件 管理和记录跟踪 PSOL 零部件短缺订单列表

44. APL自动零件表系统 自动零件发放 系统APR SONIC备件订单 和零库存控制系统 数据共享 SHARE OSCE操作 备用构型环境 PICS库存 控制系统 库存管理系统

45. 第五章 并行工程在飞机制造中的实施 Implementation of Concurrent Engineering in airplane manufacturing

46. 并行工程(CE)定义：并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品在全寿命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。并行工程(CE)定义：并行工程是集成地、并行地设计产品及其相关过程（包括制造过程和支持过程）的系统方法。这种方法要求产品开发人员在设计一开始就考虑产品在全寿命周期中从概念形成到产品报废处理的所有因素，包括质量、成本、进度计划和用户要求。 研究范围：并行工程是一种经营哲理，一种工作模式，其研究范围包括产品全生命周期（从概念形成到产品报废）中的所有因素，如企业文化、管理以及各种用于设计、制造和支持的方法与技术。

47. 并行工程的核心内容： 1．产品开发队伍重构 将传统的部门制或专业组变成以产品(型号)为主线的多功能集成产品开发团队（IPT )。 2、过程重构 从传统的串行产品开发流程转变成集成的、并行的产品开发过程。不仅是活动的并行，更主要的是下游过程在产品开发的早期即参与设计过程；另一方面则是过程的精简，以使信息流动与共享的效率更高。 3、数字化产品定义 包括两方面内容，即：数字化产品模型和PDM；数字化工具和信息集成，如CAD／CAE/CAM 、 DFA、DFM 4．协同工作环境 用于支持IPT协同工作的网络与计算机平台。

48. 传统的产品开发一直采用顺序工程方法，由于该方法在设计过程中不能及早考虑制造过程、质量保证等问题，使所开发的产品难以满足需求，这必然要求修改设计，使产品开发过程变成设计、加工、试验、修改设计的大循环，而且可能多次重复，从而造成设计改动量大、产品开发周期长、开发成本很高等问题。并行工程（CE）方法是解决这些问题的最佳方法.传统的产品开发一直采用顺序工程方法，由于该方法在设计过程中不能及早考虑制造过程、质量保证等问题，使所开发的产品难以满足需求，这必然要求修改设计，使产品开发过程变成设计、加工、试验、修改设计的大循环，而且可能多次重复，从而造成设计改动量大、产品开发周期长、开发成本很高等问题。并行工程（CE）方法是解决这些问题的最佳方法. 并行工程通过集成企业内的一切资源，可使一切产品开发活动尽早开始，在设计的早期阶段就考虑影响产品生命周期的各种因素，并力争一次获得成功。采用并行工程方法，可以缩短设计周期40％~60%。

49. 设计 分析 工艺 工艺装备 制造 检验 装配 分析 检验 设计 工艺装备 装配 制造 检验 装配 工艺 制造

50. 80年代后期，一些大的软件公司着手开发以并行为主要特征的集成化系统，即把支持产品计划、构思、设计、仿真、制造、组装、测试以及文档各个环节的计算机软件集成在统一的框架中，为用户提供一个全面而友好的自动化并行设计环境。80年代末以设计数据库为基础，提出了并行设计环境概念。即：所有软件均可并行工作，存取于统一设计数据库。并行工程支持设计过程，工具集成与开发。有了并行设计环境，设计中各阶段的问题和错误，可及时发现与修正，大大加快了设计迭代过程。其结果必然导致产品进入市场的时间加快，产品质量大大改善，提高了效费比。80年代后期，一些大的软件公司着手开发以并行为主要特征的集成化系统，即把支持产品计划、构思、设计、仿真、制造、组装、测试以及文档各个环节的计算机软件集成在统一的框架中，为用户提供一个全面而友好的自动化并行设计环境。80年代末以设计数据库为基础，提出了并行设计环境概念。即：所有软件均可并行工作，存取于统一设计数据库。并行工程支持设计过程，工具集成与开发。有了并行设计环境，设计中各阶段的问题和错误，可及时发现与修正，大大加快了设计迭代过程。其结果必然导致产品进入市场的时间加快，产品质量大大改善，提高了效费比。