現(xiàn)代飛行器制造工藝學(xué)

1、2022/7/181現(xiàn)代飛行器制造工藝學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院教師： 何景武 辦公地點：新主樓C座C1120室聯(lián)系電話： 82338732電子信箱：上課地點（三）號樓 403 教室上課周次、時間：每周五，第五、六節(jié)課 1第5章飛機數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)5.1數(shù)字化設(shè)計制造技術(shù)的概念、內(nèi)容和過程5.1.1 數(shù)字化設(shè)計與制造的概念2一、數(shù)字化設(shè)計的概念 數(shù)字化設(shè)計就是通過數(shù)字化的手段來改造傳統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計方法，旨在建立一套基于計算機技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，支持產(chǎn)品開發(fā)與生產(chǎn)全過程的設(shè)計方法。數(shù)字化設(shè)計的內(nèi)涵是支持企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)全過程、支持企業(yè)的產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計、支持產(chǎn)品相關(guān)數(shù)據(jù)管理、支持企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)流程的控制和優(yōu)化

2、等，歸納起來就是產(chǎn)品建模是基礎(chǔ)，優(yōu)化設(shè)計是主體，數(shù)控技術(shù)是工具，數(shù)據(jù)管理是核心。 傳統(tǒng)的設(shè)計與數(shù)字化設(shè)計相比從設(shè)計工具、設(shè)計理念、設(shè)計模式等方面都發(fā)生了深刻的變化，從手工繪圖到計算機繪圖、從紙上作業(yè)到無紙作業(yè)、從串行設(shè)計到并行設(shè)計、從單獨設(shè)計到協(xié)同設(shè)計，都體現(xiàn)了數(shù)字化設(shè)計技術(shù)的進步與發(fā)展。下表為傳統(tǒng)設(shè)計與數(shù)字化設(shè)計的比較。3傳統(tǒng)設(shè)計與數(shù)字化設(shè)計的比較傳統(tǒng)設(shè)計數(shù)字化設(shè)計設(shè)計方式手工繪圖計算機繪圖設(shè)計工具繪圖板、丁字尺、圓規(guī)、鉛筆、橡皮等計算機、網(wǎng)絡(luò)、CAD及CAE軟件、繪圖機、打印機等產(chǎn)品表示二維工程圖紙、各種明細(xì)表等三維CAD模型、二維CAD電子圖、BOM等設(shè)計方法經(jīng)驗設(shè)計、手工計算、封閉收斂

3、的設(shè)計思維基于三維的虛擬設(shè)計、智能設(shè)計、可靠性設(shè)計、有限元分析、優(yōu)化設(shè)計、動態(tài)設(shè)計、工程造型設(shè)計等現(xiàn)代設(shè)計方法仿真方式物理樣機數(shù)字樣機、物理樣機工作方式串行設(shè)計、獨立設(shè)計并行設(shè)計、協(xié)同設(shè)計管理方式紙質(zhì)圖檔、技術(shù)文檔管理基于PDM的產(chǎn)品數(shù)字化管理設(shè)計特點過早進入物理樣機階段，從設(shè)計到物理樣機反復(fù)迭代修正由個人經(jīng)驗、手工計算帶來的設(shè)計錯誤，設(shè)計周期長，成本高形象外觀，干涉檢查、強度分析、動態(tài)模擬、優(yōu)化設(shè)計、外觀及色彩設(shè)計等采用數(shù)字樣機實現(xiàn)，設(shè)計錯誤少，設(shè)計周期短，成本低4二、數(shù)字化制造的概念數(shù)字化制造是指對制造過程進行數(shù)字化描述并在數(shù)字空間中完成產(chǎn)品的制造過程，是計算機數(shù)字技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)與制造

4、技術(shù)不斷融合、發(fā)展和應(yīng)用的結(jié)果。 數(shù)字化制造技術(shù)本質(zhì)上是產(chǎn)品設(shè)計制造信息的數(shù)字化，是將產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)特征、材料特征、制造特征和功能特征統(tǒng)一起來，應(yīng)用數(shù)字技術(shù)對設(shè)計制造所涉及的所有對象和活動進行表達、處理和控制，從而在數(shù)字空間中完成產(chǎn)品制造過程，即制造對象、狀態(tài)與過程的數(shù)字化表征、制造信息的可靠獲取及其傳遞，以及不同層面的數(shù)字化模型與仿真。5從控制論的角度來看，數(shù)字制造系統(tǒng)的輸入是用戶需求和產(chǎn)品的反饋信息，根據(jù)原材料、零件圖樣、工藝信息、生產(chǎn)指令、機床、設(shè)備和工具等種種數(shù)字信息，經(jīng)過設(shè)計、計算、優(yōu)化、仿真、原型制造、加工、檢驗、運輸和裝配等多個環(huán)節(jié)，其輸出則是達到用戶性能要求的產(chǎn)品。由此可見，數(shù)字制

5、造系統(tǒng)是一個涉及到多種過程、多種行為和多種對象的復(fù)雜系統(tǒng)。數(shù)字化設(shè)計與制造不僅貫穿企業(yè)產(chǎn)品開發(fā)的全過程，而且涉及企業(yè)的設(shè)備布置、物流、生產(chǎn)計劃、成本分析等多個方面。數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的應(yīng)用可以大大提高企業(yè)的產(chǎn)品開發(fā)能力，縮短產(chǎn)品研制周期，降低開發(fā)成本，實現(xiàn)最佳設(shè)計目標(biāo)和企業(yè)間的協(xié)作，使企業(yè)能在最短時間內(nèi)組織全球范圍的設(shè)計制造資源，開發(fā)、制造新產(chǎn)品。65.1.2 數(shù)字化設(shè)計與制造的內(nèi)容 數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)集成了現(xiàn)代設(shè)計制造過程中的多項先進技術(shù)，包括三維建模、裝配分析、優(yōu)化設(shè)計、虛擬設(shè)計與制造、系統(tǒng)集成、產(chǎn)品信息管理和網(wǎng)絡(luò)通信等，是一項多學(xué)科的綜合技術(shù)。涉及的主要內(nèi)容有：1CAD/CAE/CA

6、PP/CAM/PDM2. 數(shù)字化三維實體建模3模擬仿真和虛擬制造 4. 并行設(shè)計與異地協(xié)同設(shè)計71CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM CAD/CAE/CAPP/CAM分別是計算機輔助設(shè)計、計算機輔助工程分析、計算機輔助工藝過程設(shè)計和計算機輔助制造的英文縮寫，它們是制造業(yè)信息化中數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)的基礎(chǔ)，是實現(xiàn)計算機輔助產(chǎn)品開發(fā)的主要工具。PDM技術(shù)集成并管理與產(chǎn)品有關(guān)的信息、過程及人與組織，實現(xiàn)分布環(huán)境中的數(shù)據(jù)共享，為異構(gòu)計算機環(huán)境提供了集成應(yīng)用平臺，從而支持CAD/CAE/CAPP/CAM系統(tǒng)過程的實現(xiàn)。 8CAPP：計算機輔助工藝過程設(shè)計（computer aided proces

7、s planning）CAPP（Computer Aided Process Planning）是指借助于計算機軟硬件技術(shù)和支撐環(huán)境，利用計算機進行數(shù)值計算、邏輯判斷和推理等的功能來制定零件機械加工工藝過程。借助于CAPP系統(tǒng)，可以解決手工工藝設(shè)計效率低、一致性差、質(zhì)量不穩(wěn)定、不易達到優(yōu)化等問題。 CAPP是將產(chǎn)品設(shè)計信息轉(zhuǎn)換為各種加工制造、管理信息的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是企業(yè)信息化建設(shè)中聯(lián)系設(shè)計和生產(chǎn)的紐帶，同時也為企業(yè)的管理部門提供相關(guān)的數(shù)據(jù)，是企業(yè)信息交換的中間環(huán)節(jié)。縮寫說明：CAPP-計算機輔助工藝過程設(shè)計 9PDM是 Product Data Management(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)的縮寫，是指某

8、一類軟件的總稱。PDM是以軟件為基礎(chǔ)的技術(shù)，它將所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和所有與產(chǎn)品有關(guān)的過程集成到一起。PDM是一門用來管理所有與產(chǎn)品相關(guān)信息(包括零件信息、配置、文檔、CAD文件、結(jié)構(gòu)、權(quán)限信息等)和所有與產(chǎn)品相關(guān)過程(包括過程定義和管理)的技術(shù)。 縮寫說明：PDM-產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理10縮寫說明：PDM-產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 PDM是以軟件為基礎(chǔ)的技術(shù)，它將所有與產(chǎn)品相關(guān)的信息和所有與產(chǎn)品有關(guān)的過程集成到一起。產(chǎn)品有關(guān)的信息包括任何屬于產(chǎn)品的數(shù)據(jù)，如CAD/CAM/CAE的文件、材料清單(BOM)，產(chǎn)品配置、事務(wù)文件、產(chǎn)品定單、電子表格、生產(chǎn)成本、供應(yīng)商狀態(tài)等等。產(chǎn)品有關(guān)的過程包括任何有關(guān)的加工工序、加工

9、指南和有關(guān)于批準(zhǔn)、使用權(quán)、安全、工作標(biāo)準(zhǔn)和方法、工作流程、機構(gòu)關(guān)系等所有過程處理的程序。包括了產(chǎn)品生命周期的各個方面，PDM使最新的數(shù)據(jù)能為全部有關(guān)用戶，包括從工程師、NC 操作人員到財會人員和銷售人員均能按要求方便地存取。與PDM常常相關(guān)的術(shù)語有：電子數(shù)據(jù)庫、過程或過程控制、結(jié)構(gòu)、配置管理/改變控制、接口和集成等。NC (Numerical Control,數(shù)字控制,簡稱數(shù)控)指用離散的數(shù)字信息控制機械等裝置的運行，只能由操作者自己編程 112. 數(shù)字化三維實體建模在以往的產(chǎn)品設(shè)計和制造過程中，用以表示產(chǎn)品幾何形狀和加工要求的是二維工程圖。計算機繪圖只是對傳統(tǒng)的手工繪制工程圖的簡單模仿，物體

10、的三維形體仍是用各個視圖和切面圖的二維圖形來描述，設(shè)計、工藝人員仍要用形象思維方式將幾個視圖、剖視圖、局部視圖等聯(lián)系起來，才能形成產(chǎn)品的三維真實概念。隨著計算機處理能力的不斷提高，直接建立物體的三維幾何模型已成為產(chǎn)品設(shè)計、制造的發(fā)展方向。三維幾何模型有線框模型、表面模型和實體模型三種型式，如圖5-1所示，設(shè)計時可以根據(jù)不同的使用情況選用。12線框模型、表面模型和實體模型的比較 三維幾何模型線框模型表面模型實體模型13從圖中可以看出，若用CAD系統(tǒng)的二維繪圖功能，在計算機中僅能存儲一些點和線段的相關(guān)信息。若用實體造型軟件在計算機中建立該軸的實體模型，則在計算機中可存儲有關(guān)該模型的體、面、線段（邊

11、）和點的幾何和拓?fù)湫畔?。在計算機集成制造的環(huán)境下，需要將產(chǎn)品的有關(guān)設(shè)計、制造、管理信息盡量完整地包含在產(chǎn)品的數(shù)字化定義中，以便提高生產(chǎn)過程中各個環(huán)節(jié)的自動化和智能化處理水平。實體模型可提供三維形體的最完整的幾何、拓?fù)湫畔⒑吞卣餍畔ⅲ诖嘶A(chǔ)上，可以實現(xiàn)有限元分析中的網(wǎng)格自動劃分、加工和裝配工藝過程的自動設(shè)計，數(shù)控加工刀具軌跡的自動生成和校驗、加工過程和機器人操作的動態(tài)仿真、空間布置和運動機構(gòu)的干涉檢查，視景識別的幾何模型建立，人機工程的環(huán)境模擬等過程。因此，三維實體模型將成為產(chǎn)品智能化、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化CAD/CAM系統(tǒng)的幾何描述核心。143模擬仿真和虛擬制造 綜合利用建模、分析、仿真以及虛擬現(xiàn)

12、實等技術(shù)和工具，在網(wǎng)絡(luò)支持下，采用群組協(xié)同工作，通過模型來模擬和預(yù)估產(chǎn)品功能、性能、可裝配性、可加工性等各方面可能存在的問題，實現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計、制造的本質(zhì)過程，包括產(chǎn)品的設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工制造、性能分析、質(zhì)量檢驗，并進行過程管理與控制等。 飛機部件裝配過程不僅涉及數(shù)量巨大的零部件，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)又十分緊湊，裝配工裝極其復(fù)雜，而且裝配的工藝過程和人機工程緊密相關(guān)，特別是對大型飛機而言，重則數(shù)噸的部件在實際裝配過程中無論運輸、定位、調(diào)整和移動都很困難，若此時發(fā)現(xiàn)任何裝配問題或錯誤，返工修改所要付出的代價之大、成本之高、周期之長是任何公司難以接受的。為此，飛機制造公司普遍采用數(shù)字化仿真技術(shù)，在數(shù)字化環(huán)境中

13、模擬實際的飛機裝配過程，借以發(fā)現(xiàn)問題，并在飛機產(chǎn)品并行設(shè)計過程中一一解決。154. 并行設(shè)計與異地協(xié)同設(shè)計并行設(shè)計以并行工程模式替代傳統(tǒng)的串行式產(chǎn)品開發(fā)模式，使得在產(chǎn)品開發(fā)的早期階段就能很好地考慮后續(xù)活動的需求，以提高產(chǎn)品開發(fā)的一次成功率。在因特網(wǎng)/企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)的環(huán)境中，進行產(chǎn)品定義與建模、產(chǎn)品分析與設(shè)計、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理及產(chǎn)品數(shù)據(jù)交換等，異地、協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計環(huán)境下為多人、異地實施產(chǎn)品協(xié)同開發(fā)提供了支持工具。 數(shù)字設(shè)計制造技術(shù)在國外起步早，發(fā)展也比較完善，所產(chǎn)生的效益相當(dāng)明顯。如波音公司在B777機型的研制中采用數(shù)字化制造技術(shù)，使制造成本降低了3 0 %4 0 % 、產(chǎn)品開發(fā)周期縮短了40%

14、60%，縮短了研制和交貨的周期。歐洲空中客車公司也采用類似技術(shù)，使空中客車新機的研制周期從4 年縮短為2.5 年。波音與空客的成功向人們展示了數(shù)字化設(shè)計制造的巨大潛力和優(yōu)越性。數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)中各組成部分作為獨立的系統(tǒng)，已在生產(chǎn)中得到了廣泛的應(yīng)用，不僅提高了產(chǎn)品設(shè)計的效率，更新了傳統(tǒng)的設(shè)計思想，降低了產(chǎn)品的成本，增強了企業(yè)及其產(chǎn)品在市場上的競爭力，還在企業(yè)新的設(shè)計和生產(chǎn)技術(shù)管理體制建設(shè)中起到了很大作用。165.1.3飛機數(shù)字化設(shè)計與制造過程在飛機的設(shè)計和制造過程中，數(shù)字化技術(shù)全面應(yīng)用的具體體現(xiàn)即為“無圖紙”設(shè)計制造技術(shù)?！盁o圖紙”并不是說不再需要圖紙，而是通過在計算機上進行產(chǎn)品的三維數(shù)字建

15、模、數(shù)字化預(yù)裝配，再由三維模型生成工程圖紙，從而替代以前在圖板上進行的產(chǎn)品設(shè)計工作，并相應(yīng)地形成一整套數(shù)字化產(chǎn)品信息的發(fā)放、更改、跟蹤和控制系統(tǒng)。 17工程設(shè)計部門隨著設(shè)計工作的進展，可隨時更新綜合工作說明。設(shè)計工作人員在工作過程中首先建立所有零件的三維數(shù)字化模型，然后進行數(shù)學(xué)化預(yù)裝配。 數(shù)字化預(yù)裝配過程中需要確定對接面、檢查設(shè)計集成、確定有無干涉現(xiàn)象、安排管線系統(tǒng)并支持所有設(shè)計開發(fā)工作。 整個產(chǎn)品的開發(fā)以協(xié)同設(shè)計組的方式進行，在這一設(shè)計過程中允許制造計劃、工裝設(shè)計、生產(chǎn)車間、NC編程、用戶服務(wù)、協(xié)作對象、供應(yīng)商及有關(guān)人員一起參加。在此過程中產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計組可以從制造部門和其它產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計組那里

16、獲得工藝性和維護性的反饋信息；制造計劃部門可利用三維數(shù)字模型生成圖解計劃表；工裝設(shè)計利用數(shù)字化預(yù)裝配檢查界面配合情況以及零件和工裝、工裝和工裝之間有無干涉等。在產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計組處理完一系列的反饋信息后，零件設(shè)計才算完成，才可把零件模型以數(shù)據(jù)集的形式發(fā)放到制造部門。 零件制造出來后，進行裝配和總裝工作，如圖5-3的右下角部分。若還有少數(shù)零件有問題，工程設(shè)計組或產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計組負(fù)責(zé)對零件重新評審設(shè)計，作適當(dāng)修改，重新進行數(shù)字化預(yù)裝配來檢查干涉和配合情況并發(fā)放設(shè)計。飛機制造完成后，進行飛行試驗，鑒定合格后再交付給航空公司，用戶服務(wù)部門支持飛機在它生命周期里的整個工作。185.2 飛機數(shù)字化設(shè)計過程 建立

17、飛機內(nèi)部輪廓數(shù)字模型 DIP （Digital Inboard Profile） 飛機產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計從銷售和市場部門獲取的用戶需求開始，由總體設(shè)計組根據(jù)對飛機航程、燃油、載客量、總體性能及制造成本等的分析，建立飛機總體定義，如飛機的描述文檔、三面圖、氣動外形布局和飛機內(nèi)部輪廓數(shù)字模型（DIP）等。DIP代表了飛機初始的一級數(shù)字樣機，其中包括系統(tǒng)安排、空間分配和飛機外形線等，如下圖所示。 DIP的模型數(shù)據(jù)由各工程部門提拱，所有結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)都分別構(gòu)造成三維實體模型，并由總體設(shè)計組把這些三維模型綜合起來，進行初步的數(shù)字預(yù)裝配，同時氣動組利用CATIA軟件的曲面造型功能最終建立飛機的氣動外形。19飛機內(nèi)

18、部輪廓數(shù)字模型 202. 建立數(shù)字樣機與數(shù)字化預(yù)裝配DPA（Digital Preassembly）工程設(shè)計部門對每個零件進行三維數(shù)字建模后，就要進行數(shù)字化預(yù)裝配，即建立數(shù)字樣機（或稱電子樣機）。在傳統(tǒng)設(shè)計中的一級和二級實物樣機將被數(shù)字化模擬預(yù)裝配所替代。所謂一級、二級和三級樣機是按通常標(biāo)準(zhǔn)劃分的設(shè)計過程中不同的階段。21數(shù)字化預(yù)裝配DPA的過程如下： （1）第一階段數(shù)字化預(yù)裝配 一級數(shù)字樣機 一級數(shù)字樣機建立了零部件的基本形狀、包容空間，并協(xié)調(diào)各工程設(shè)計組之間的空間位置安排。 （2）第二階段數(shù)字化預(yù)裝配 二級數(shù)字樣機 二級數(shù)字樣機已經(jīng)進行了飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計和不同設(shè)計組之間界面的協(xié)調(diào)，零部件外形已

19、確定下來，但還未進行詳細(xì)設(shè)計。這階段DPA工作進展主要體現(xiàn)在盡可能地為飛機的可達性、可維護性、可服務(wù)性、可靠性、人機工程以及支持裝備的兼容性等進行詳細(xì)設(shè)計，但尚未進行詳細(xì)的裝配和安裝設(shè)計。 （3）第三階段數(shù)字化預(yù)裝配 三級數(shù)字樣機 三級數(shù)字樣機是對詳細(xì)設(shè)計的零部件進行完整的數(shù)字化預(yù)裝配，如飛機上的管道系統(tǒng)、空氣管路、燃油管線、液壓管路、角片支架、緊固件和連接孔等的制造和安裝等都在三級數(shù)字樣機上完成，它是數(shù)字化預(yù)裝配的最后階段。 數(shù)字化預(yù)裝配是一個過程，設(shè)計人員、系統(tǒng)分析人員、工藝計劃人員以及工裝設(shè)計人員需要時可以把零部件、裝配件等組裝起來，在虛擬環(huán)境中完成飛機的裝配模擬工作。 所有零部件都構(gòu)造

20、成三維實體模型，用來檢查設(shè)計集成的各種狀態(tài)、干涉和界面對接情況。整架飛機的所有干涉情況都可以標(biāo)識出來，并在預(yù)裝配過程中加以解決。 223. 三維外形數(shù)字模型和三維數(shù)字化產(chǎn)品定義 飛機氣動部門對氣動布局、氣動性能、穩(wěn)定性和操縱性進行研究后，確定出飛機最終的氣動外形，包括翼型形狀，整個機翼和發(fā)動機短艙的外形等。 然后模線設(shè)計組利用前述的氣動設(shè)計結(jié)果、飛機內(nèi)部輪廓模型和結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，通過曲面造型建立飛機的三維外形數(shù)字模型。 此時飛機的三維外形數(shù)字模型和內(nèi)部輪廓數(shù)字模型共同構(gòu)成了三維數(shù)字化產(chǎn)品定義。 三維數(shù)字化產(chǎn)品定義可以直接起到三維飛機模線的作用和用于三維飛機零組件的定義構(gòu)形，也可用于后續(xù)的制造、工裝設(shè)

21、計、產(chǎn)品檢驗和數(shù)控加工編程等環(huán)節(jié)。234. 零件結(jié)構(gòu)設(shè)計和零件表生成 在飛機產(chǎn)品數(shù)字化定義的基礎(chǔ)上，進一步對零組件進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，如圖所示。一般來說，此階段的所有零組件都應(yīng)具有精確的三維實體模型。在此階段，還要對這些零組件進行進一步的數(shù)字化預(yù)裝配，檢查所有零組件的配合情況，進行重量分析、維護的可達性檢查，有無異常情況和是否滿足功能需要等。同時，結(jié)構(gòu)設(shè)計人員還應(yīng)考慮到所有系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)中的貫穿情況，有無干涉和保留必要的間隙等。 24設(shè)計人員要和協(xié)同設(shè)計組的其他人員一起工作，廣泛聽取他們的反饋意見，并和制造工藝人員共同建立產(chǎn)品零部件樹當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員進行詳細(xì)設(shè)計，每個零組件的幾何形狀和尺寸正確無誤后，把產(chǎn)

22、品的幾何定義（三維實體模型和二維圖形、數(shù)控加工表面信息），以及機構(gòu)運動模擬信息存入到數(shù)據(jù)庫，由集成數(shù)據(jù)管理IDM（Integrated Data Management）系統(tǒng)進行管理 在綜合工作說明IWS中的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹以及其它相關(guān)的工藝信息，通過自動零件表生成器APLG（Automated Part List Generator），輸入到自動零件表系統(tǒng)中進行存儲 至此，數(shù)字化產(chǎn)品設(shè)計的完整信息已經(jīng)基本建立，由此可見，產(chǎn)品設(shè)計結(jié)果體現(xiàn)在兩個方面：一個是產(chǎn)品幾何信息，存儲在IDM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集中，另一部分是產(chǎn)品的非幾何信息，包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹和工藝信息存儲于APL系統(tǒng)中。這兩部分信息是密切相關(guān)，不可分割

23、的，否則產(chǎn)品信息就不完整。這兩部分信息相關(guān)性是通過產(chǎn)品圖號或零件號來實現(xiàn)的。 255. 產(chǎn)品數(shù)字建模的其它相關(guān)工作 飛機的產(chǎn)品數(shù)字建模工作除了上述的產(chǎn)品的外形三維數(shù)字定義；內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維數(shù)字定義外，還有很多系統(tǒng)數(shù)字建模和其它的相關(guān)工作。 如為了加速設(shè)計進度、提高工作效率，還應(yīng)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)零件庫。典型的標(biāo)準(zhǔn)件有：連接件、緊固件、墊片、墊圈、軸承、液壓系統(tǒng)管接頭和夾緊件。設(shè)計人員在設(shè)計過程中在計算機系統(tǒng)上可以直接提取它們，并且利用成組技術(shù)對飛機上已用過的零件也建立一個庫。這樣可以省掉重新進行工藝計劃、工裝設(shè)計和制造、數(shù)控編程以及其它有關(guān)發(fā)放一個新零件的耗時費工的工作，大大節(jié)省了設(shè)計時間，提高了工作效率

24、。265.3 飛機數(shù)字化制造過程 飛機的數(shù)字化制造過程大體上是與飛機的設(shè)計工作同時展開的，制造技術(shù)人員和設(shè)計員在同一協(xié)同設(shè)計組中并行工作。飛機數(shù)字化制造過程主要包括以下內(nèi)容： 1. 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解 在飛機產(chǎn)品的初步設(shè)計階段，飛機的三維數(shù)字模型還是單一的整體模型，此時制造技術(shù)人員和設(shè)計人員（包括用戶）一起，把飛機整體模型分解成部件、組件和零件，以及基于這些零組件上的裝配件和安裝件，直到最后把飛機裝配出來。 設(shè)計人員、工藝計劃人員和工裝設(shè)計人員共同進行詳細(xì)的設(shè)計改進、車間工作中心的工作分解以及其它有關(guān)制造工藝的研究和準(zhǔn)備工作。27水平安定面結(jié)構(gòu)分解圖 282. 關(guān)鍵特征的確定 飛機結(jié)構(gòu)分解以后，工藝

25、人員和設(shè)計人員還需共同確定零組件或裝配件的關(guān)鍵特征 KC（Key Characteristics），如零件的允許公差范圍、垂直度、平行度等，這些都是零組件的關(guān)鍵特性。 關(guān)鍵特性的數(shù)量和范圍對以后減少零組件的制造問題有著十分重要的意義，對產(chǎn)品的性能和疲勞強度也有很大影響。因此，確定關(guān)鍵特性的工作極其重要，要慎重進行。 產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計組的每個成員（設(shè)計、制造、工裝、材料等部門）都有權(quán)參與確定大多數(shù)結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵特性。在制造過程中從零件組裝成組件，再由組件裝配成部件，關(guān)鍵特性也是一個樹形結(jié)構(gòu)，它們之間是由上到下逐步定義和相互影響的。所以，在零件制造過程中的加工定位、裝配過程中的定位基準(zhǔn)選擇，工裝夾具的確

26、定等都應(yīng)細(xì)致考慮到關(guān)鍵特性。29關(guān)鍵特征的傳遞過程 機身段蒙皮外形（包括機身的外徑和蒙皮形狀）是關(guān)鍵特征之一，它是影響飛機飛行性能的主要因素。機身蒙皮外形的關(guān)鍵特征將傳遞到壁板的裝配件和隔框的裝配件上，而機身蒙皮的形狀又受到剪應(yīng)變角材與蒙皮之間配合是否光滑的影響。因此，角材的角度以及隔框和壁板的外形都是關(guān)鍵特征。一般來說，裝配件的關(guān)鍵特征將傳遞到組成它的零件上。303. 三維工裝設(shè)計與工藝計劃 工裝是在飛機零部件制造和裝配過程起支持作用的機械裝置，包括各種模具、機加卡具、裝配型架、測試設(shè)備、專用鉆鉚設(shè)備等。 工裝設(shè)計和產(chǎn)品設(shè)計一樣，首先也要進行三維實體建模，然后工裝設(shè)計人員利用三維零部件模型進

27、行工裝的數(shù)字化預(yù)裝配，檢查零部件對工裝以及工裝對工裝有無干涉和留有足夠的空間，這樣大大改進了裝配的可行性和裝配過程的可視性，如圖所示。31工裝的三維建模 324. 數(shù)控加工 產(chǎn)品的數(shù)字化定義過程使數(shù)控加工程編人員在產(chǎn)品設(shè)計發(fā)放以前就可以在產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計組中構(gòu)造數(shù)控加工表面，定義零件數(shù)控加工所需的線框和表面模型，并且可以在計算機上進行數(shù)控加工過程的模擬，驗證所設(shè)計的走刀路線是否正確。 數(shù)控程編人員和產(chǎn)品設(shè)計及制造工藝人員協(xié)同工作的數(shù)字化定義模式，考慮到了數(shù)控加工過程的各種問題，包括零件的表面定義是否有利于數(shù)控加工、加工過程的工藝問題、有否刀具干涉和過切等情況 335. 工廠車間布置和地面支持裝備

28、制造工程部門定義產(chǎn)品零組件和工裝的三維數(shù)字化模型的同時，還可以構(gòu)造整個車間的三維模型和地面支持裝備的三維實體模型。 在計算機上可以模擬零部件裝配和地面支持裝備的數(shù)字化預(yù)裝配，直至整架飛機的裝配過程。目的：驗證、分析零組件對工裝和工裝對工裝的界面，工裝的機構(gòu)運動情況，運輸設(shè)備在車間內(nèi)的移動，甚至整架飛機在工廠內(nèi)移動情況，如圖所示。346. 基于產(chǎn)品數(shù)字化定義的制造工程計算機系統(tǒng) 基于產(chǎn)品數(shù)字化定義的制造工程計算機系統(tǒng)大體上包括： 制造裝配工藝系統(tǒng)、 進度計劃系統(tǒng)、 訂單系統(tǒng)、 庫存管理系統(tǒng) 零件短缺處理 跟蹤系統(tǒng) 在對產(chǎn)品進行了全數(shù)字化定義后，這些子系統(tǒng)才能被有機地集成在一起，而這些系統(tǒng)的初始數(shù)

29、據(jù)都來自產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計組的綜合工作說明系統(tǒng)IWS。IWS中包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、制造工藝、工裝設(shè)計等方面的信息，由它進一步生成自動零件表APL，在APL表中有詳細(xì)的零部件結(jié)構(gòu)、制造方法、工藝規(guī)范以及有關(guān)材料參數(shù)等多項信息。經(jīng)自動零件發(fā)放系統(tǒng)后，產(chǎn)品信息即可實現(xiàn)對公司各職能部門的共享。355.4 飛機數(shù)字化裝配系統(tǒng) 數(shù)字化裝配系統(tǒng)(Digital Assembly System，DAS)以數(shù)字化裝配技術(shù)為支撐，體現(xiàn)了數(shù)字化裝配工藝技術(shù)、數(shù)字化柔性裝配工裝技術(shù)、光學(xué)檢測與補償系統(tǒng)、數(shù)字化鉆鉚技術(shù)及數(shù)字化集成控制技術(shù)等多種先進技術(shù)的綜合應(yīng)用。 數(shù)字化裝配技術(shù)在飛機裝配過程中實現(xiàn)裝配的數(shù)字化、柔性化、信息化、模

30、塊化和自動化，將傳統(tǒng)的依靠手工或?qū)Ｓ眯图堋A具的裝配方式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化的裝配方式，將傳統(tǒng)裝配模式下的模擬量傳遞模式改為數(shù)字量傳遞模式，使裝配質(zhì)量和裝配效率大幅度提高。365.4.1飛機數(shù)字化裝配系統(tǒng)的工作原理飛機數(shù)字化裝配系統(tǒng)部件(段)數(shù)字化裝配系統(tǒng)部件數(shù)字化對接總裝配系統(tǒng)飛機數(shù)字化裝配系統(tǒng)涉及到的技術(shù)應(yīng)用產(chǎn)品數(shù)字化定義，基于數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝的協(xié)調(diào)技術(shù)數(shù)字化模擬仿真技術(shù)軟件技術(shù)自動化控制和機械隨動定位技術(shù)數(shù)字化測量技術(shù) 飛機數(shù)字化裝配系統(tǒng)針對飛機機體結(jié)構(gòu)特點，綜合應(yīng)用這些技術(shù)形成飛機無型架定位數(shù)字化裝配集成系統(tǒng)，實現(xiàn)機體主要結(jié)構(gòu)的無型架定位數(shù)字化裝配及部件數(shù)字化對接總裝配工作；實現(xiàn)裝配過程中定位、

31、調(diào)整、夾緊等工作的數(shù)字化控制。 從而實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)字化定義、數(shù)字化測量和數(shù)字化裝配的有效集成。 37 以下機翼外翼與中央翼盒段數(shù)字化對接為例說明飛機數(shù)字化裝配系統(tǒng)的工作原理 將外翼和中央翼盒段組件準(zhǔn)備好把中央翼盒段定位固定到準(zhǔn)確位置上把外翼放置到定位器上數(shù)字化測量裝置測量外翼的基準(zhǔn)點，測得的數(shù)據(jù)送到計算機中，經(jīng)測量軟件分析后，分析結(jié)果再輸入到定位件控制器，然后在驅(qū)動定位器上調(diào)整外翼的位置,直到外翼調(diào)整到所需位置后。進行鉆孔連接裝配38 機身段數(shù)字化裝配原理與上述原理相近，所不同之處在于機身段是由蒙皮壁板組件裝配而成的。機身段部件的調(diào)整是由幾個機械隨動定位器根據(jù)激光跟蹤儀測得的數(shù)據(jù)，隨時調(diào)整機身段在

32、X、Y和Z方向上的位置而實現(xiàn)定位。39 例如，B747 飛機機身部件的數(shù)字化對接總裝配中共有13 套自動化工裝，用了200 個以上的機械隨動定位裝置（數(shù)字化定位器），配有大約700 個軸的伺服馬達。圖5-14為 B747飛機機身數(shù)字化裝配工作站。40什么是CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM，并簡述它們之間的關(guān)系課堂練習(xí)412022/7/1842現(xiàn)代飛行器制造工藝學(xué)航空科學(xué)與工程學(xué)院教師： 何景武 辦公地點：新主樓C座C1120室聯(lián)系電話： 82338732電子信箱：上課地點（三）號樓 403 教室上課周次、時間：每周五，第五、六節(jié)課 425.4.2 數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝 數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝DMT（

33、Digital Master Tooling）是包含產(chǎn)品協(xié)調(diào)部位幾何形狀和尺寸的數(shù)學(xué)模型，它利用產(chǎn)品3D 數(shù)字化模型和統(tǒng)一的坐標(biāo)基準(zhǔn)系統(tǒng)（包括坐標(biāo)系統(tǒng)、各種基準(zhǔn)、主幾何模型、裝配尺寸及公差等裝配元素）作為設(shè)計、制造、檢驗和協(xié)調(diào)所有零件加工工裝、部段內(nèi)部裝配工裝、部段間裝配工裝和檢驗工裝的數(shù)字量標(biāo)準(zhǔn)，是保證生產(chǎn)用工藝裝備之間、生產(chǎn)工藝裝備與產(chǎn)品之間、產(chǎn)品部件和組件之間的尺寸和形狀協(xié)調(diào)互換的重要依據(jù)。43 數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝協(xié)調(diào)方法（也稱數(shù)字化協(xié)調(diào)方法），是一種先進的基于數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝定義的協(xié)調(diào)互換技術(shù)，它能保證生產(chǎn)用工藝裝備之間、生產(chǎn)工藝裝備與產(chǎn)品之間、產(chǎn)品部件和組件之間的尺寸和形狀的協(xié)調(diào)互換。 數(shù)

34、字化標(biāo)準(zhǔn)工裝協(xié)調(diào)法需通過數(shù)字化工裝設(shè)計、數(shù)字化制造和測量系統(tǒng)來實現(xiàn)。利用數(shù)控加工、成型制造出零件外形和所有的定位元素。在工裝制造時，通過數(shù)字測量系統(tǒng)（如激光跟蹤儀、電子經(jīng)緯儀、數(shù)字照相測量和室內(nèi)GPS 等設(shè)備）實時監(jiān)控、測量工裝或產(chǎn)品上相關(guān)控制點（關(guān)鍵特性點）的位置，建立起產(chǎn)品零部件基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)，并在此坐標(biāo)系統(tǒng)中將工裝或產(chǎn)品上關(guān)鍵特征點的測量數(shù)據(jù)和3D 模型定義數(shù)據(jù)直接進行比較，分析出空間測量數(shù)值與理論數(shù)據(jù)的偏差情況，作為檢驗產(chǎn)品是否合格及進一步調(diào)整的依據(jù)。445.4.3 飛機柔性裝配系統(tǒng) 飛機柔性裝配技術(shù)是考慮裝配對象變化較快的航空產(chǎn)品本身特征，基于飛機產(chǎn)品數(shù)字化定義，通過對飛機柔性裝配流程

35、、數(shù)字化裝配技術(shù)、裝配工裝設(shè)計、裝配工藝優(yōu)化、自動定位與控制技術(shù)、測量、精密鉆孔、伺服控制、夾持等的綜合，以實現(xiàn)飛機零部件快速精確的定位和裝配，減少裝配工裝種類和數(shù)量的裝配技術(shù)。 飛機柔性裝配技術(shù)的優(yōu)點： 1、提高裝配效率和裝配準(zhǔn)確度； 2、提高裝配工作的快速響應(yīng)能力，縮短飛機裝配周期； 3、提高飛機裝配質(zhì)量、提高裝配速度； 4、降低飛機裝配成本； 5、適應(yīng)多品種產(chǎn)品（飛機）生產(chǎn)裝配要求。45柔性裝配技術(shù)的組成 46一、柔性裝配的工裝 柔性工裝的特點：1、柔性裝配的工裝是針對某類結(jié)構(gòu)相近的產(chǎn)品所使用的工裝；2、柔性工裝的結(jié)構(gòu)是針對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)在一定范圍內(nèi)的變化進行零、組件工裝的調(diào)節(jié)或局部重組；3、

36、可以適應(yīng)相近的不同機型的產(chǎn)品零件加工或裝配工裝的需要，使其變?yōu)榫哂幸欢ǖ摹叭嵝浴?，以達到一套工裝經(jīng)過少量變化便可適應(yīng)多種機型零件加工或裝配的需要；4、可以大量減少工裝設(shè)計制造周期、降低工裝研制成本；5、最終目的：一工裝“多用途”。47柔性裝配工藝（按功能劃分） 數(shù)字化裝配工裝實現(xiàn)柔性的方式主要是調(diào)整動態(tài)模塊或者更換動態(tài)模塊，對于不同的壁板部件裝配，按照具體部件裝配的要求增加或減少柔性夾持模塊，通過調(diào)整轉(zhuǎn)接器自由度、調(diào)整卡板的形狀或者更換卡板，使之適應(yīng)具體特征的要求 靜態(tài)框架動態(tài)模塊靜態(tài)框架由模塊化框架、標(biāo)準(zhǔn)零件和連接件組合而成。依據(jù)飛機產(chǎn)品的不同需要而設(shè)計，具有多個自由度，通過可調(diào)轉(zhuǎn)接器依附于

37、靜態(tài)框架上，根據(jù)不同的產(chǎn)品特征而配置不同的動態(tài)模塊。48 以飛機壁板類零件為例，數(shù)字化柔性裝配工裝的功能模塊分解如圖 壁板類裝配零件49二、數(shù)字化柔性裝配工裝的定位在數(shù)字化環(huán)境下，柔性工裝的定位不再依靠工裝上的固定定位器，而采用獨立的一套定位系統(tǒng)。 控制系統(tǒng)把定位數(shù)據(jù)傳遞給裝配定位執(zhí)行機構(gòu)機械隨動定位裝置（機構(gòu)） 即該裝置中的伺服驅(qū)動機構(gòu)帶動自動化定位機構(gòu)對裝配件進行調(diào)整和支撐，實現(xiàn)裝配件的定位。 自動化定位機構(gòu)依靠控制系統(tǒng)的控制來同時協(xié)調(diào)多個機械隨動裝置的運動，保證以確定方式、可預(yù)見地移動飛機零件，一級操作用戶可以通過圖形用戶界面顯示零件的位置坐標(biāo)，然后設(shè)定控制參數(shù)，控制機械隨動定位裝置的運

38、動 。如圖5-17所示 50圖5-17數(shù)字化柔性裝配工裝的控制策略數(shù)字化集成控制系統(tǒng)機構(gòu)隨動定位裝置51柔性裝配技術(shù)特點柔性裝配技術(shù)與使用大量專用型架的傳統(tǒng)裝配技術(shù)相比不僅能夠適應(yīng)不同的部件對象，還能大幅度提高裝配精度。模塊化工裝夾具技術(shù)和可重構(gòu)工裝夾具技術(shù)決定了適合不同部件對象的夾緊方式和夾緊結(jié)構(gòu)，因此，直接關(guān)系到柔性裝配技術(shù)的實現(xiàn)。柔性裝配之所以能夠適應(yīng)不同的部件對象，數(shù)字化精確測量與定位技術(shù)也是關(guān)鍵。 飛機柔性裝配技術(shù)的應(yīng)用是當(dāng)前國內(nèi)外飛機制造業(yè)數(shù)字化制造的大趨勢 。采用柔性制造技術(shù)的企業(yè)，平時能滿足品種多變而批量很小的生產(chǎn)需求，戰(zhàn)時能迅速擴大生產(chǎn)能力，而且產(chǎn)品質(zhì)優(yōu)價廉 。52從產(chǎn)品設(shè)計

39、到工裝設(shè)計直至裝配過程實施，需要一整套裝配質(zhì)量精確控制技術(shù)，以確保最終裝配時的精確定位，提高裝配精度。 圖5-18為裝配工作站的定位機構(gòu)的工作狀態(tài)，此裝配工作站除了其主體結(jié)構(gòu)外，其余多數(shù)是機身蒙皮壁板組件的定位機構(gòu)。圖5-19所示為具有柔性夾具的壁板數(shù)控鉆孔單元，也是大型壁板精確加工技術(shù)所需的必要設(shè)備。535.4.4 數(shù)字化測量與定位技術(shù)現(xiàn)代先進的數(shù)字化測量技術(shù)不僅用在產(chǎn)品的最后檢驗中，更重要的是應(yīng)用到工藝裝備和產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中，它在很大程度上改變了飛機零件的制造和裝配方法。在飛機制造中常使用的數(shù)字化測量系統(tǒng)有以下幾種： 數(shù)控坐標(biāo)測量機(N/C Coordinate Measuring Mac

40、hine) 電子經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)(Multi Theodolite System) 光學(xué)準(zhǔn)則儀系統(tǒng)(Alignment of optical systems) 激光自動跟蹤儀系統(tǒng)(Laser Tracker System) 激光雷達掃描儀(Laser Scanners) 數(shù)字照相測量系統(tǒng)(Digital Camera Systems) 室內(nèi)GPS系統(tǒng)(Indoor GPS Systems)54以下是幾種典型的數(shù)字測量系統(tǒng)的工作應(yīng)用情況。 這些數(shù)字化測量系統(tǒng)在飛機裝配線中主要用來測量和定位各種工藝裝備，或直接用來定位飛機的被裝配構(gòu)件，它們是飛機數(shù)字化裝配系統(tǒng)的重要組成部分，也是飛機數(shù)字化裝配的關(guān)鍵

41、技術(shù)之一。55一、電子經(jīng)緯儀測量系統(tǒng)計算機輔助電子經(jīng)緯儀CAT（Computer Aided Theodolite）系統(tǒng)是國外八十年代發(fā)展起來的一種先進的測量系統(tǒng)，它集光學(xué)、電子和計算機技術(shù)為一體，廣泛用于工業(yè)的精密測量，特別是在飛機部件裝配型架的安裝工作中十分有效。在我國與美國合作生產(chǎn)的MD90和B737700飛機部件中都采用了這一先進的CAT工業(yè)測量系統(tǒng)，收到了良好的效果。CAT系統(tǒng)由電子經(jīng)緯儀、計算機、標(biāo)尺、觀測目標(biāo)、腳架、目標(biāo)適配器等組成。CAT系統(tǒng)是利用電子經(jīng)緯儀的光學(xué)視線在空間的前方進行交匯形成測量角來完成測量的，現(xiàn)以兩臺經(jīng)緯儀為例來說明光學(xué)視線在空間的交匯原理。56兩臺經(jīng)緯儀分別

42、設(shè)站于A、B兩處，它們的高度不同，其高度差為h，A、B兩點間水平距離為b，其坐標(biāo)系統(tǒng)以A點為原點，AB連線在水平方向的投影為x軸，過A點沿鉛垂方向為z軸，以右手法則確定y軸，由此構(gòu)成的測量坐標(biāo)系如圖。通過A、B兩處的經(jīng)緯儀互瞄及分別觀測目標(biāo)P，得到的觀測值（角度值）通過三角運算，就可以計算出被觀測點P的坐標(biāo)值。57二、激光跟蹤定位測量系統(tǒng)激光跟蹤定位測量系統(tǒng)的測量原理如圖5-21所示。激光跟蹤定位儀測量裝夾后的裝配部件的基準(zhǔn)點，獲得的測量數(shù)據(jù)經(jīng)過處理單元處理后，直接反饋到裝配系統(tǒng)的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)通過對實際裝配位置與精確數(shù)學(xué)模型的裝配位置進行比較后，獲得部件裝配位置的修正值，自主地對定位元件

43、的空間位置進行快速調(diào)整，實現(xiàn)飛機零部件、裝配工裝和鉆鉚系統(tǒng)定位的閉環(huán)控制，逐步對定位進行補償，將精確數(shù)學(xué)模型的裝配位置與實際裝配位置統(tǒng)一起來，從而完成快速準(zhǔn)確定位及安裝與調(diào)整。圖5-2158圖5-22為機身部件柔性裝配系統(tǒng)對接工作過程示意圖，系統(tǒng)工作時，由柔性定位工裝來支撐和夾持飛機部件，多個柔性定位工裝組成定位工作站。機身各部件按圖5-21的原理實現(xiàn)精確對接定位后，最后再進行裝配連接。圖5-23所示為空中客車公司利用激光跟蹤儀直接定位飛機的部件并進行裝配的過程。圖5-22圖5-2359在數(shù)字化裝配過程中，光學(xué)測量與補償技術(shù)不僅能夠準(zhǔn)確地獲取裝配零件的尺寸參數(shù)和位置信息，而且還可將數(shù)據(jù)傳送到控

44、制系統(tǒng)，進行零件空間坐標(biāo)的反饋，以保證精確數(shù)學(xué)模型的裝配位置和實際裝配位置具有共同的加工基準(zhǔn)點。激光測量與補償定位系統(tǒng)的工作原理如圖所示。飛機光學(xué)測量的內(nèi)容有：飛機部件外形檢測；鉚接邊距檢測；機械隨動定位機構(gòu)的調(diào)整、控制。60三、室內(nèi)GPS（ IGPS）測量系統(tǒng)波音飛機制造公司從1998年開始研究室內(nèi)GPS（ IGPS）測量技術(shù)，建立了室內(nèi)GPS系統(tǒng)，并應(yīng)用于從 B747 到 F/A18 飛機整機的裝配線中，以解決對大尺寸構(gòu)件的測量問題。IGPS測量系統(tǒng)特別適合于在大尺寸工件的裝配、檢查和準(zhǔn)直方面的應(yīng)用。在這種測量系統(tǒng)中，四個發(fā)射器安裝在光學(xué)座上，或者固定在測量區(qū)域的各個角上，發(fā)射器的有效范圍

45、為49m，接收器是用光電檢測器構(gòu)成的38mm的球體。IGPS測量系統(tǒng)的發(fā)射器包含兩個轉(zhuǎn)動的激光器，每個接收器可計算出相對發(fā)射器的垂直和水平角，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)來確定它們的位置，通過幾個不同發(fā)射器的組合，就可以計算測量點的X、Y、Z坐標(biāo)點。測量一個點所需要的最少發(fā)射器數(shù)量是2個，發(fā)射器越多，測量越精確。為了提高測量精度，建議一個測量點至少能接收到4個發(fā)射器的信號。61對傳統(tǒng)的經(jīng)緯儀和激光跟蹤儀而言，用戶在某一時刻只能測量一個目標(biāo)，而IGPS測量系統(tǒng)能夠同時測量25個目標(biāo)。操作人員可以根據(jù)測得的數(shù)據(jù)對工件的位置進行調(diào)整，并得到工件實際位置和目標(biāo)位置的距離這種模式不需要復(fù)雜的工裝，而且還可以減少人為的

46、干預(yù)，因此可減少測量誤差，從而極大地改善裝配質(zhì)量。其工作示意如圖5-25所示。圖5-25 利用室內(nèi)GPS測量技術(shù)進行定位 62 總之，飛機的數(shù)字化裝配是飛行器數(shù)字化研制技術(shù)從產(chǎn)品設(shè)計到零部件制造，進一步向部件裝配和飛機總裝配的延伸和發(fā)展，它使數(shù)字化研制技術(shù)真正完全地集成起來，使數(shù)字化產(chǎn)品的數(shù)據(jù)能從研制工作的上游暢通地向下游傳遞，充分了發(fā)揮了數(shù)字化研制技術(shù)的優(yōu)點，這樣將大幅度地減少飛機裝配所需的標(biāo)準(zhǔn)工裝和生產(chǎn)工裝。 據(jù)統(tǒng)計，B737新一代飛機標(biāo)準(zhǔn)工裝減少了80%，F(xiàn)-35的研制過程中標(biāo)準(zhǔn)工裝減少了90%，法國達索公司最新研制的小型公務(wù)機Falcon傳統(tǒng)的工裝減到零，可見飛機數(shù)字化裝配系統(tǒng)對飛機研

47、制的重要意義。5.4飛機數(shù)字化裝配系統(tǒng)-完畢635.5并行協(xié)同模式在飛行器制造中的應(yīng)用5.5.1并行工程的概念一、并行工程的概念 并行工程（Concurrent Engineering，簡稱CE）亦稱同步工程（Simultaneous Engineering），是一種思想和系統(tǒng)方法，它以集成的、并行的方式設(shè)計產(chǎn)品及其相關(guān)過程，包括對制造過程、支持過程的設(shè)計。并行工程要求由市場、工程、制造和財務(wù)等方面的人員組成的多職能產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計組研究產(chǎn)品設(shè)計、制造工藝和使用性能的各種備選方案，然后在計算機上對這些備選方案進行建模仿真。仿真可以對每個備選方案進行分析，然后優(yōu)選出一個方案，并可在詳細(xì)圖紙發(fā)放前把各

48、種改進建議納入設(shè)計過程。這種方法的目的是使產(chǎn)品開發(fā)人員從一開始的概念形成到投放市場的整個產(chǎn)品生命周期中，就要考慮到質(zhì)量、成本、開發(fā)時間和用戶需求等所有組成因素。64長期以來，產(chǎn)品開發(fā)過程一直采用串行工作模式，其工作流程如圖5-26所示。串行的步驟：由設(shè)計部門設(shè)計產(chǎn)品、產(chǎn)生工程文件（如工程圖紙）；然后由生產(chǎn)部門讀懂這些文件，根據(jù)這些文件進行生產(chǎn)準(zhǔn)備工作和擬訂工藝規(guī)劃（如加工工藝、裝配工藝等），并組織設(shè)備和人力，安排生產(chǎn)，有時還需設(shè)計和制造專用夾具；質(zhì)檢部門依據(jù)有關(guān)技術(shù)要求制定檢驗計劃；最后編寫有關(guān)產(chǎn)品使用和維護技術(shù)文件，交付產(chǎn)品。這種串行工作模式的缺陷在于：在設(shè)計過程中不能及早考慮制造過程及質(zhì)量

49、保證等問題，造成設(shè)計制造和使用嚴(yán)重脫節(jié)，使產(chǎn)品開發(fā)過程成為設(shè)計、加工、測試、修改設(shè)計大循環(huán)，產(chǎn)品設(shè)計通過重復(fù)這一過程趨于完善，最終滿足用戶要求。這種方法不僅造成設(shè)計改動量大、產(chǎn)品開發(fā)周期長，而且使產(chǎn)品成本高。在目前這種競爭激烈、產(chǎn)品更新?lián)Q代快的市場條件下，這種方法的缺陷已經(jīng)嚴(yán)重威脅著企業(yè)的發(fā)展。需求分析圖5-26 串行工作模式65 為解決上述問題，僅通過改進產(chǎn)品的生產(chǎn)過程所取得的效果甚微，只有改進產(chǎn)品的開發(fā)過程才是最佳方案。據(jù)調(diào)查分析，企業(yè)組織結(jié)構(gòu)的改進是企業(yè)從應(yīng)用技術(shù)中獲得更大潛在效益的重要因素；改進產(chǎn)品的開發(fā)過程比改進產(chǎn)品的生產(chǎn)過程獲得的效益更為顯著。因此，在計算機技術(shù)、數(shù)字化建模技術(shù)及互

50、聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐下，企業(yè)開始進行并行工程的設(shè)計制造模式，并取得了顯著的效益。66并行工程通過集成企業(yè)內(nèi)的一切資源，使生產(chǎn)的整個過程在設(shè)計階段就全面展開，以確保設(shè)計和制造的一次成功率。并行工程的關(guān)鍵是產(chǎn)品及其相關(guān)過程設(shè)計工作的集成，相關(guān)過程包括市場分析、原材料采購、產(chǎn)品成本估算、加工、裝配、檢驗、銷售及售后服務(wù)以及報廢處理等。產(chǎn)品開發(fā)過程中的各階段工作交叉、并行進行。這種工作方式依賴于產(chǎn)品開發(fā)中各學(xué)科、各職能部門的人員的相互合作、相互信任和信息共享，通過彼此間有效地通信和交流，盡早考慮產(chǎn)品整個生命周期中的所有因素，盡快發(fā)現(xiàn)并解決問題，以達到各項工作的協(xié)調(diào)一致。并行工程的工作流程如圖5-27所示。6

51、7需求分析產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理（PDM）方案設(shè)計初步設(shè)計詳細(xì)設(shè)計制造裝配售后服務(wù)設(shè)計反饋制造反饋市場反饋需求分析需求分析需求分析需求分析需求分析需求分析需求分析設(shè)計步驟出 廠圖5-27并行工作模式圖5-27:并行工程的工作流程68并行工程在設(shè)計階段集中有關(guān)產(chǎn)品研制周期的各部門的工程技術(shù)人員進行產(chǎn)品和有關(guān)過程的設(shè)計，并對產(chǎn)品性能和有關(guān)過程進行計算機仿真、分析和評估，提出改進意見，以取得最優(yōu)的結(jié)果。通過這一策略，不僅實現(xiàn)了產(chǎn)品的設(shè)計優(yōu)化，而且使整個產(chǎn)品開發(fā)過程得到優(yōu)化。 圖5-28（見下頁）為串行工作模式與并行工作模式的比較，從圖中可以看出，現(xiàn)在的數(shù)字化設(shè)計通過采用并行設(shè)計，比以往串行設(shè)計大大節(jié)省了時間，

52、縮短了設(shè)計周期，從而使成本大為降低，這對制造企業(yè)在市場競爭中獲取優(yōu)勢至關(guān)重要 。69需求分析產(chǎn)品設(shè)計工藝設(shè)計制造裝配服務(wù)串行設(shè)計時間需求分析產(chǎn)品設(shè)計工藝設(shè)計制造裝配服務(wù)并行設(shè)計時間節(jié)省的時間圖5-28 串行工作模式與并行工作模式的比較70二、并行工程的最終目標(biāo)并行工程是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，通過這種全新的設(shè)計與研發(fā)模式，并行工程最終要實現(xiàn)的目標(biāo)如下： （1）提高產(chǎn)品及其開發(fā)全過程（設(shè)計工藝制造服務(wù)）的質(zhì)量 并行工程強調(diào)產(chǎn)品質(zhì)量不應(yīng)靠檢驗來保證，而是要將質(zhì)量融于其設(shè)計與制造的全過程。亦即以優(yōu)化的產(chǎn)品設(shè)計和制造過程保證產(chǎn)品質(zhì)量。設(shè)計與制造過程的不斷完善和提高，是產(chǎn)品質(zhì)量的有力保證。 （2）降低產(chǎn)品整

53、個生命周期的成本 并行工程追求的降低成本是指降低產(chǎn)品整個生命周期的成本，它不僅包括設(shè)計、制造、裝配、檢驗等的成本，而且還包括產(chǎn)品使用過程中能源、維修等的消耗。雖然并行工程強調(diào)的“一次成功”使設(shè)計過程的成本有所增加，但由于產(chǎn)品生產(chǎn)成本的70%和產(chǎn)品生命周期總成本的8090%是由設(shè)計階段決定的，因此，設(shè)計階段所獲得的最優(yōu)設(shè)計方案對于降低產(chǎn)品生命周期總的成本意義顯著。此外，并行工程采用計算機仿真技術(shù)，對“軟樣品”和生產(chǎn)過程進行仿真，省去了以往設(shè)計制造樣品的反復(fù)過程，從而也可以使成本大大降低。 （3）縮短產(chǎn)品開發(fā)周期 并行工程通過提高產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，減少了再設(shè)計工作量和反復(fù)過程；同時通過并行開發(fā)優(yōu)化的生

54、產(chǎn)過程，不僅可以縮短設(shè)計周期，而且有利于提高生產(chǎn)效率。此外，由于與產(chǎn)品有關(guān)的生產(chǎn)過程在設(shè)計階段就已確定，一系列的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作可大大提前進行，可以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，從而縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期。 71采用并行工程后，產(chǎn)品的主要效益據(jù)綜合統(tǒng)計，采用并行工程后，產(chǎn)品的效益主要體現(xiàn)在以下幾個方面:(1)改善了產(chǎn)品質(zhì)量：制造缺陷下降了87%,外場故障率下降了83%。(2)縮短了研制和生產(chǎn)準(zhǔn)備時間：產(chǎn)品研制時間縮短了60%,生產(chǎn)準(zhǔn)備時間減少了10%。(3)優(yōu)化了產(chǎn)品研制過程：產(chǎn)品設(shè)計及其制造過程的一體化設(shè)計，使工程更改與圖紙更改減少,早期的生產(chǎn)工程更改量減少了50%,備件貯存減少了60%,工程原型機的制造工作量

55、減少了3倍,廢品和返工減少了87%，制造成本降低了3040%。72圖5-29為采用與未采用并行工程的工程更改量的比較，從圖中可以看出，與傳統(tǒng)工程方法相比,并行工程的更改量明顯減少,且大部分更改在產(chǎn)品交付以前完成。圖5-29 采用與未采用并行工程的工程更改量比較73三、并行工程應(yīng)注意的問題并行工程是在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量追求低成本、短周期、高效益，因此，并行工程在實施過程中應(yīng)注意以下幾個方面的問題：（1）并行工程不能隨意取消一個完整的工程過程中現(xiàn)存的、順序的、向前傳遞信息的任一必要環(huán)節(jié)，所有的下游過程都是為了完成費效比最優(yōu)的聯(lián)合設(shè)計。（2）并行工程不是同時或交叉地進行設(shè)計和生產(chǎn)。并行工程要

56、求同時進行產(chǎn)品及其下游過程設(shè)計，而不是設(shè)計產(chǎn)品的同時執(zhí)行生產(chǎn)過程。相反，并行工程強調(diào)所有設(shè)計工作要在生產(chǎn)開始前完成。（3）并行工程不僅是可加工性設(shè)計，也不僅僅是可靠性和可維護性設(shè)計，并行工程包括產(chǎn)品的美觀性、可裝配性、耐用性甚至產(chǎn)品報廢后的可處理性等更多需求能力的設(shè)計，其目的是優(yōu)化設(shè)計。（4）并行工程不同于保守設(shè)計，保守設(shè)計通過使用減少零件、冗余技術(shù)、緊公差等方法尋求魯棒性。而在并行工程中，魯棒性的實現(xiàn)是通過對大量過程優(yōu)化和確定怎樣用低成本零件達到預(yù)期的目標(biāo)值。745.5.2 并行工程的關(guān)鍵技術(shù)要實現(xiàn)并行工程的最終目標(biāo)，需要從兩個方面來保證：一是從管理方面；二是從技術(shù)方面，兩者相輔相成，缺一不

57、可，前者是基本前提，后者是技術(shù)支持。管理方面主要是建立跨部門多專業(yè)的新產(chǎn)品開發(fā)團隊，此團隊?wèi)?yīng)包括市場、設(shè)計、工藝、制造、采購、銷售、維修服務(wù)等各部門的人員以及客戶、供應(yīng)商和社會某些職能部門或單位（如環(huán)保部門，法律咨詢）的代表。這樣組成交叉團隊可以將解決問題的階段轉(zhuǎn)移到概念設(shè)計階段，并能消除來自不同部門對設(shè)計變更的對抗，更有效地應(yīng)對產(chǎn)品需求的意外變化。技術(shù)支持方面應(yīng)包括：CAX技術(shù)（CAD/CAB/CAPP/CAE等）、DFX技術(shù)（DFA/DFM/DFC等）、PDM（Products Data Management）產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、綜合協(xié)調(diào)技術(shù)等，其中 DFX 和 PDM 是其核心技術(shù)。751

58、. CAX技術(shù)CAX是CAD、CAM、CAPP、CAE等的簡稱。CAX用以輔助開發(fā)和評估各種有關(guān)復(fù)雜產(chǎn)品及其工藝設(shè)計方案。在并行工程中，CAX工具之間的交互是動態(tài)的、隨機的，如在產(chǎn)品設(shè)計過程中的任一時刻，CAD都可以要求后續(xù)系統(tǒng)對當(dāng)前的設(shè)計做出評價，以改進當(dāng)前設(shè)計，并繼續(xù)下一步的設(shè)計。CAX之間的這種交互性比傳統(tǒng)的CAX系統(tǒng)要頻繁、復(fù)雜得多。而且，其中信息的流向是雙向的。此外，在產(chǎn)品設(shè)計階段，不可能包括全部的詳細(xì)信息。因此，并行工程中CAX系統(tǒng)還要能從這些不完整的信息來確定設(shè)計的可行性。換句話說，系統(tǒng)必須具有較高的智能化程度，具有一定的思維能力，能進行模糊的邏輯推理。762. DFX技術(shù) DF

59、X技術(shù)思想貫穿企業(yè)開發(fā)過程的始終，涉及產(chǎn)品開發(fā)制造、裝配、檢測、維護、報廢處理等各個階段。包括： DFM（Design for Manufacture）面向制造的設(shè)計、 DFA（Design for Assemble）面向裝配的設(shè)計、 DFC（Design for Cost）面向成本的設(shè)計、 DFT（Design for Test）面向測試的設(shè)計、 DFS（Design for Several）面向維護的設(shè)計、 DFE（Design for Environment）面向環(huán)境的設(shè)計等。 而DFM和DFA又是DFX的關(guān)鍵技術(shù)。DFM是指在產(chǎn)品設(shè)計階段盡早地考慮與制造有關(guān)的約束（如可制造性），全面評

60、價產(chǎn)品設(shè)計和工藝設(shè)計，并提出改進的反饋信息，及時改進設(shè)計。在DFM中包含著設(shè)計與制造兩個方面，傳統(tǒng)上制造都是考慮設(shè)計要求的，但是設(shè)計考慮制造上的要求不夠充分，在DFM中必須充分考慮制造要求，一般通過可制造性評價來實現(xiàn)。DFA與DFM類似，它是將可裝配性在設(shè)計時加以考慮，設(shè)計與裝配在計算機的支持下統(tǒng)一于一個通用的產(chǎn)品模型，來達到易于裝配、節(jié)省裝配時間、降低裝配成本的目的。773. PDM技術(shù)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)（PDM）應(yīng)用先進的計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)來解決設(shè)計信息管理，是并行工程在企業(yè)實施所必備的一項先進技術(shù)，是協(xié)助工程技術(shù)人員管理產(chǎn)品數(shù)據(jù)及開發(fā)過程的工具。產(chǎn)品數(shù)據(jù)共享是企業(yè)生產(chǎn)過程自動化的基