先進制造技術在航空領域中的應用課件

先進制造技術

在航空領域中的應用授課：路冬航空制造工程學院1.先進制造技術

在航空領域中的應用授課：路冬航空制造工程學院1課程介紹及進度安排課程特點：

描述先進制造技術在航空領域中的應用課程性質：

專業(yè)任選課、建立航空科學的基本概念、拓寬知識面課程課時：20學時課程考查方式：平時考核30％＋期末考核70％2.課程介紹及進度安排課程特點：描述先進制造技術在航空領域中的

前言3.前言3.背景為了適應國防建設和國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，航空科技工業(yè)的主要產(chǎn)品-現(xiàn)代飛機和發(fā)動機正朝著高性能、高減重、長壽命、高可靠、舒適性以及低制造成本的方向不斷發(fā)展更新。4.背景為了適應國防建設和國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，航空科技工業(yè)的背景

要求飛機和發(fā)動機結構進一步整體化、零件大型化，以達到大幅度減少零件數(shù)量，減少零件之間連接所增加的重量，避免由于連接帶來的應力集中，提高結構壽命和結構可靠性;通過減少零件數(shù)量，還可以大量減少工裝的數(shù)量和加工工裝的工時，從而大幅度降低制造成本。5.背景要求飛機和發(fā)動機結構進一步整體化、零件大型化，以達第一章21世紀的航空先進制造技術6.第一章21世紀的航空先進制造技術6.1.1先進制造技術含義先進制造技術是一個相對概念。首先要看是否應用新結構、新材料、新原理帶來制造技術上的新突破。信息化和數(shù)字化則是融入其中的重要手段。7.1.1先進制造技術含義先進制造技術是一個相對概念。7.1.1先進制造技術含義隨著信息技術的迅速發(fā)展，數(shù)字化協(xié)同設計／制造和基于網(wǎng)絡的系統(tǒng)集成技術發(fā)展迅速，新一代CAD／CAPP／CAM系統(tǒng)發(fā)展迅速，參數(shù)化、變量化設計技術進入實用階段，設計／制造數(shù)字化和智能化程度不斷提高。8.1.1先進制造技術含義隨著信息技術的迅速發(fā)展，數(shù)字化協(xié)同設推動先進航空制造技術的發(fā)展一是要從技術發(fā)展的規(guī)律來考慮，二是要考慮要素，從結構、材料和原理等要素來考慮。因為制造業(yè)是改變形態(tài)和性能的行業(yè)，工作對象是物質、是材料、是資源。在這些要素的基礎上，21世紀先進制造技術應該包括以下三個方面。9.推動先進航空制造技術的發(fā)展一是要從技術發(fā)展的一、新結構的制造技術隨著新機型、新發(fā)動機、新機載設備的出現(xiàn)，一些具有新結構的產(chǎn)品和需應用新原理加工的技術必然隨之出現(xiàn)。微機電產(chǎn)品。一種微型飛機，其發(fā)動機由利用光刻蝕在電路板上的轉子、定子組成。對于一個整體僅有蜜蜂大小的微型飛行器，驅動裝置制造技術就屬于超精加工。10.一、新結構的制造技術10.二、新材料的制造技術新世紀的新材料將層出不窮，需要有創(chuàng)新的制造技術去加工，所以這是先進制造技術必需解決的問題。例如，發(fā)動機的葉片納米隔熱涂層問題，凡是原子排列整齊的涂層，其隔熱效果就比較好，原子排列不好的，效果就差。。11.二、新材料的制造技術11.二、新材料的制造技術人們需要在真空容器中，通過隧道顯微鏡觀察分子和原子的排列，用原子夾移動原子。作為納米材料——碳管本身的制造，以及怎樣在碳管上構造零件等，也都是新材料帶來的先進制造技術問題。12.二、新材料的制造技術12.三、新原理基礎上產(chǎn)生的先進制造技術

例如，激光加工技術等。新的成形技術發(fā)展非常快，不光有激光切割，還有激光粉末成形，用一把噴槍就能制成一個零件。13.三、新原理基礎上產(chǎn)生的先進制造技術13.1.2航空制造技術的作用航空制造技術是為產(chǎn)品服務的。人們常說，設計是根本，材料是基礎，制造是手段，試驗是保障。而這個手段即航空先進制造技術，對航空武器裝備和民用航空器以及國民經(jīng)濟的發(fā)展具有影響全局，有時甚至是決定全局的重要作用。

航空先進制造技術的作用與地位集中體現(xiàn)在以下幾個方面:14.1.2航空制造技術的作用航空制造技術是為產(chǎn)(1)加速飛機發(fā)展的重要技術基礎從飛機發(fā)展的歷程來看，飛機的更新?lián)Q代總是伴隨著新材料、新結構、新工藝、新技術的重大突破；飛機的發(fā)展不斷促進材料和制造技術的發(fā)展，而材料和制造技術的發(fā)展又為飛機的發(fā)展提供了基礎和保障，從而推動了飛機的發(fā)展。15.(1)加速飛機發(fā)展的重要技術基礎15.(2)提高航空器的性能先進制造技術可以提高航空器的性能，確保航空器的高精度、高質量、高可靠性和安全性。隨著飛機性能的提高，其結構愈來愈復雜，精度要求愈來愈高。航空發(fā)動機每更新一代，關鍵零部件的尺寸精度、形位精度和裝配精度就需要提高1～2級；16.(2)提高航空器的性能16.(2)提高航空器的性能第三代航空發(fā)動機的關鍵零部件精度已從毫米級提高到微米級；飛機機載設備關鍵零部件精度正從微米級向納米級發(fā)展。這樣高的精度僅靠普通制造設備、工人的技藝和經(jīng)驗是制造不出來的。17.(2)提高航空器的性能17.(3)縮短飛機研制周期20世紀70年代以來，計算機數(shù)控加工技術和計算機輔助設計／制造一體化(CAD／CAM)技術的發(fā)展及其在設計和制造中的應用，使飛機的生產(chǎn)面貌發(fā)生了質的變化，大大縮短了研制周期，加速了飛機的更新?lián)Q代。18.(3)縮短飛機研制周期18.例如，20世紀90年代，美國空軍要求新一代飛機研制周期縮短1／3～l／2；成本降低25％～30％，并要求在較短的時間內(nèi)研制出經(jīng)濟可承受、買得起也用得起的高性能航空武器裝備。19.例如，20世紀90年代，美國空軍要求新一代飛機研

美國F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機是實現(xiàn)“短周期，低成本”這一要求的高性能經(jīng)濟型第四代戰(zhàn)斗機。它采用了先進數(shù)字化異地協(xié)同設計制造技術，將研制周期縮短了50％；制造時間縮短了66％(從15個月縮短到5個月)。20.美國F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機是實現(xiàn)“短周期，低成本采用了先進數(shù)字化異地協(xié)同設計制造技術的美國F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機21.采用了先進數(shù)字化異地協(xié)同設計制造技術的美國F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)(4)降低成本的重要手段隨著飛機性能的提高，飛機的造價持續(xù)上漲。在激烈的市場競爭中，飛機制造者只有不斷降低飛機價格，才能贏得市場優(yōu)勢。22.(4)降低成本的重要手段22.(4)降低成本的重要手段據(jù)統(tǒng)計，在飛機總成本中制造成本約占50％。工業(yè)發(fā)達國家的飛機生產(chǎn)經(jīng)驗表明，采用先進制造技術是降低飛機成本的最有效的途徑。

23.(4)降低成本的重要手段23.

為此，美國空軍為下一代戰(zhàn)斗機制定了“低成本先進結構制造”計劃，此項計劃實施后可使兩倍聲速的戰(zhàn)斗機結構重量減輕30%，成本降低50%。24.為此，美國空軍為下一代戰(zhàn)斗機制定了“低成本1.3航空先進制造技術的發(fā)展方向未來二三十年，無論是軍機還是民機，首先還是要降低機體結構重量，提高性能，提高結構效率。幾乎每一代飛機的相對結構效率的提高都在10％左右，制造技術首先要滿足結構效率的需要。25.1.3航空先進制造技術的發(fā)展方向未來二三十年第二，飛機的發(fā)展在很大程度上取決于動力，要提高單位推力，即提高推重比，而這又取決于渦輪前溫度，溫度的升高帶來了一系列的制造技術問題。26.第二，飛機的發(fā)展在很大程度上取決于動力，要提高單位推力，即提第三，可靠性。軍機的總壽命可能會達到6000～8000h，民機將達到60000h。因此，一系列有關提高飛機可靠性的研究開展起來。27.第三，可靠性。27.第四，降低成本。例如，美國的兩種第四代戰(zhàn)斗機F一22和F一35，一架F一22的售價為上億美元，而F-35只有3000－4000萬美元。28.第四，降低成本。28.

為適應飛機發(fā)展的新趨勢，航空制造技術要致力于降低成本，縮短研制周期，能很快的拿出樣機及成品。21世紀先進航空制造技術將在以下幾個方面得到迅速的發(fā)展：(1)快速響應技術(2)與減重有關的制造技術(3)提高可靠性的制造技術(4)高精度的制造技術(5)難加工材料的加工技術29.為適應飛機發(fā)展的新趨勢，航空制造技術要致力于降第二章數(shù)字化制造技術成為航空科技工業(yè)關鍵制造技術30.第二章數(shù)字化制造技術成為航空科技工業(yè)30.2.1數(shù)字化制造技術的內(nèi)涵與特點與傳統(tǒng)研制技術體系相比，數(shù)字化設計/制造/管理體系的內(nèi)涵發(fā)生了根本性的變化。1.產(chǎn)品數(shù)字化：產(chǎn)品數(shù)字建模和預裝配以及并行產(chǎn)品定義；2.設計數(shù)字化：飛機構型定義和控制，多變共用模塊設計，采用整體件，減少分立零件；31.2.1數(shù)字化制造技術的內(nèi)涵與特點與傳統(tǒng)研制技術體系相比，數(shù)3.試驗數(shù)字化：設計功能樣機和性能樣機，減少或簡化實物試驗；4.制造數(shù)字化：采用數(shù)字化生產(chǎn)線，大幅度減少工裝模具，全面推行數(shù)字化制造方式；5.飛行數(shù)字化：構建虛擬飛行環(huán)境；6.管理數(shù)字化：以項目為龍頭建立全球虛擬企業(yè)。32.3.試驗數(shù)字化：設計功能樣機和性能樣機，減少或簡化實物試驗；2.1.1數(shù)字化制造技術的內(nèi)容：（1）定義數(shù)字化生產(chǎn)線和數(shù)字化車間；（2）擴大數(shù)控機加范圍，增加大件、高效數(shù)控加工；（3）對鈑金件、復合材料構件、焊接、檢測等采用數(shù)字化技術手段和工藝；（4）減少零部件工裝，發(fā)展柔性工裝和數(shù)字化裝配定位技術，取消原用裝配精加工臺。（5）要求制造時間縮短66%，工裝減少90%，制造成本降低50%。33.2.1.1數(shù)字化制造技術的內(nèi)容：（1）定義數(shù)字化生產(chǎn)線和數(shù)2.1.2現(xiàn)代數(shù)字化設計制造技術特點：在現(xiàn)代新機研制中，雖然其產(chǎn)品的研制階段沒有多大變化，但是，它的模線和物理樣機全都由產(chǎn)品的數(shù)字化定義或數(shù)字樣機所替代，而且其研制過程是并行的，便于實現(xiàn)多學科的協(xié)同設計。具體數(shù)字化技術有如下幾大特點：34.2.1.2現(xiàn)代數(shù)字化設計制造技術特點：在現(xiàn)代新機研制中（1）數(shù)字化制造技術是先進技術的集合。數(shù)字化制造涵蓋了企業(yè)管理、產(chǎn)品設計、工藝設計、零部件制造、裝配、客戶服務與保障等技術領域，以提供這些領域的先進信息技術的應用為主要特征，包括CAX/MES/PDM/ERP/各類仿真軟件/各種共享資源庫等支撐系統(tǒng)、平臺和數(shù)據(jù)庫，與單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源、工作流、系統(tǒng)集成、仿真等技術緊密相關。35.（1）數(shù)字化制造技術是先進技術的集合。35.

（2）數(shù)字化制造是一種先進制造模式。數(shù)字化制造以并行工程為基本特征，強調(diào)并支持產(chǎn)品全生命周期的并行與協(xié)同，并為這種并行與協(xié)同提供技術手段；數(shù)字化制造同時吸收了敏捷制造的基本思想，對變化的市場和客戶化的產(chǎn)品做出快速和準確響應，強調(diào)并支持生產(chǎn)過程組建靈活多變的動態(tài)組織機構；數(shù)字制造把先進的生產(chǎn)技術、先進的管理技術和高素質的人員有效集成。36.（2）數(shù)字化制造是一種先進制造模式。36.

（3）數(shù)字化制造是一種現(xiàn)代企業(yè)特征。數(shù)字化制造不僅為企業(yè)目標實現(xiàn)提供一系列的技術手段和解決方案，而且提供一種先進的運行組織體系，給傳統(tǒng)航空制造業(yè)的研制模式、企業(yè)運作方式、組織結構、經(jīng)營理念等帶來新的變化，從而推動企業(yè)向著數(shù)字化生產(chǎn)方式的方向發(fā)展。37.（3）數(shù)字化制造是一種現(xiàn)代企業(yè)特征。37.2.3國際現(xiàn)狀2.3.1國際大型飛機數(shù)字化設計制造技術

波音777-全球第一個全機數(shù)字樣機，是實現(xiàn)數(shù)字化制造的里程碑；在近幾年來的大型民用運輸機的研制中，無論是空客A380客機，還是波音787客機的研制，都充分體現(xiàn)了數(shù)字化技術是企業(yè)的核心競爭力，是產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展的最有力工具。38.2.3國際現(xiàn)狀2.3.1國際大型飛機數(shù)字化設計制造技術38波音公司在研發(fā)波音787客機中，不僅協(xié)同方式有了重大發(fā)展，而且其研制工作的重心也發(fā)生了重大轉變，波音原來是把飛機產(chǎn)品的各零部件設計信息分發(fā)給供應商去制造，波音監(jiān)管著所有產(chǎn)品的研制進度和質量，最后負責飛機的對接總裝和試飛交付，即波音負責著全部飛機的設計工作。39.波音公司在研發(fā)波音787客機中，不僅協(xié)同方式有了重一、原有的傳統(tǒng)飛機研制過程和方法大體分3個階段：（1）概念設計階段（2）初步設計階段（3）生產(chǎn)設計階段在這3個設計階段中，都需繪制模線和制作物理樣機來幫助技術人員準確地設計飛機和配置飛機的內(nèi)部空間，研制過程是串行的，產(chǎn)品定義信息的傳遞是不連續(xù)的，其缺點眾所周知。40.一、原有的傳統(tǒng)飛機研制過程和方法大體分3個階段：40.二、而數(shù)字化技術貫穿了現(xiàn)代整個產(chǎn)品的研制過程在現(xiàn)代新機研制中，雖然其產(chǎn)品的研制階段沒有多大變化，但是，它的模線和物理樣機全都由產(chǎn)品的數(shù)字化定義或數(shù)字樣機所替代，而且其研制過程是并行的，便于實現(xiàn)多學科的協(xié)同設計。41.41.產(chǎn)品數(shù)字化定義的研制過程為對象，將處于孤立和離散狀態(tài)的參與研制的不同企業(yè)/部門/人員/信息整合起來協(xié)同工作，并得到完成任務所需的完整的數(shù)字化產(chǎn)品信息描述，保證了研制過程中不同階段、不同部門和不同團隊之間工作的并行及信息的連續(xù)和有效，充分體現(xiàn)了數(shù)字化技術貫穿了整個產(chǎn)品研制全過程，是數(shù)字化條件下的飛機結構設計的多學科優(yōu)化研制模式。42.產(chǎn)品數(shù)字化定義的研制過程為對象，將處于孤立和離散2.3.2國外航空發(fā)動機行業(yè)數(shù)字化

制造技術的應用情況

Inchinnan工廠是羅·羅公司的專業(yè)化航空發(fā)動機壓氣機葉片制造廠。所有產(chǎn)品工藝在投放生產(chǎn)之前，均采用生產(chǎn)線仿真手段進行仿真模擬，確保生產(chǎn)線穩(wěn)態(tài)安全運行；標準的數(shù)控加工制造單元中包括了機器人手臂、標準化工裝、測具及刀具、待加工零件與工序的柔性自適應制造工藝與數(shù)控加工程序，零件的裝夾、找正、周轉、測量、數(shù)控加工以及零件在不同制造工區(qū)的周轉均自動完成；通過系統(tǒng)集成、規(guī)范數(shù)據(jù)結構，能夠與羅·羅公司總部產(chǎn)品設計部門實時保持溝通并參與設計決策過程。43.2.3.2國外航空發(fā)動機行業(yè)數(shù)字化

制造技術的應用情一、航空發(fā)動機行業(yè)數(shù)字化制造技術

應用基本內(nèi)容下圖所示為在多廠所聯(lián)合研制新一代發(fā)動機中應用數(shù)字化制造技術的總體發(fā)展設想，重點突出了協(xié)同工作平臺構建、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)字化設計/試驗/工藝/裝配等技術的研究和推廣應用。44.一、航空發(fā)動機行業(yè)數(shù)字化制造技術

應用基本內(nèi)容44.45.45.（1）協(xié)同工作平臺協(xié)同工作平臺提供多廠所聯(lián)合設計制造管理的協(xié)同工作流程控制管理、數(shù)據(jù)服務功能，實現(xiàn)各應用系統(tǒng)的信息集成，主要建設內(nèi)容包括：(a)協(xié)同工作平臺為多廠所發(fā)動機協(xié)同研制提供基本的協(xié)同工具，包括設計/制造/試驗/管理多層次BOM管理、分布式產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、設計/制造數(shù)據(jù)中心管理與維護、可視化工具、并行工程團隊IPT定義與管理等功能。46.（1）協(xié)同工作平臺協(xié)同工作平臺提供多廠所聯(lián)合設計制造(b)協(xié)同工作平臺為多廠所發(fā)動機聯(lián)合研制提供流程控制工具，包括廠所內(nèi)部設計/制造/試驗/管理流程與外部協(xié)同流程的定制、控制和管理，跨廠所異地協(xié)同流程的定制、控制和管理等多個層次的流程。(c)協(xié)同工作平臺與各廠所PLM/PDM系統(tǒng)實現(xiàn)緊密集成，并將進一步和各廠所ERP系統(tǒng)實現(xiàn)集成，不僅為系統(tǒng)項目成員之間的信息共享與集成提供平臺，同時為企業(yè)級集成系統(tǒng)建設提供基礎平臺。47.(b)協(xié)同工作平臺為多廠所發(fā)動機聯(lián)合研制提供流程控制工具，（2）航空發(fā)動機數(shù)字化制造技術的應用領域

(a)數(shù)字化設計：

建立支持氣動、結構、強度、熱力、傳熱、燃燒、自動控制等學科的專業(yè)支撐工具，開展多學科綜合優(yōu)化設計技術及其應用系統(tǒng)開發(fā)，實現(xiàn)設計過程中主要專業(yè)的協(xié)同與并行，建立包括發(fā)動機設計規(guī)范、標準化體系、發(fā)動機工程數(shù)據(jù)庫在內(nèi)的知識管理系統(tǒng)。48.（2）航空發(fā)動機數(shù)字化制造技術的應用領域(a)數(shù)字化設計(b)數(shù)字化制造：包括工藝與工裝設計、數(shù)字化生產(chǎn)線建設、制造過程集成應用、制造工藝/制造資源數(shù)據(jù)源、工藝仿真、制造過程仿真等內(nèi)容。工藝與工裝設計重點解決快速工藝與工裝設計、工藝工裝設計并行等設計環(huán)境與工具的開發(fā)。建立發(fā)動機關重件生產(chǎn)線支撐系統(tǒng)，完成幾條重點生產(chǎn)線的數(shù)字化改造。推進仿真技術在發(fā)動機制造過程的應用，由專業(yè)應用仿真向制造過程仿真過渡。49.(b)數(shù)字化制造：49.(c)數(shù)字化試驗：開展試驗信息實時傳送技術的研究，支持異地設計試驗協(xié)同；建立整機、部件及系統(tǒng)試驗數(shù)據(jù)庫，滿足發(fā)動機設計對試驗數(shù)據(jù)的需求；開展壓氣機、燃燒室、渦輪、控制及發(fā)動機各系統(tǒng)的試驗仿真研究，提高試驗效率，降低試驗成本及風險。50.(c)數(shù)字化試驗：50.(d)數(shù)字化管理：包括企業(yè)管理、項目管理、產(chǎn)品支持與服務等內(nèi)容。通過ERP系統(tǒng)實施，實現(xiàn)生產(chǎn)、財務、人力資源等的一體化管理。構建跨地域的項目管理平臺，具有多項目按層次管理和任務關聯(lián)的能力、項目信息共享和協(xié)同的能力。建立完整的發(fā)動機外場服務系統(tǒng)，與PDM等系統(tǒng)有效集成，實現(xiàn)發(fā)動機售后服務的信息化。51.(d)數(shù)字化管理：51.二、進一步分析國外發(fā)動機數(shù)字化制造的應用案例，呈現(xiàn)以下應用特點：(1)規(guī)范完善的數(shù)字化制造技術應用支撐體系，包括各類標準規(guī)范、共享資源數(shù)據(jù)庫等。(2)以數(shù)字樣機為代表的數(shù)字化設計制造技術，實現(xiàn)了發(fā)動機研制過程基于統(tǒng)一虛擬產(chǎn)品樣機的信息共享；52.二、進一步分析國外發(fā)動機數(shù)字化制造的應用案例，呈現(xiàn)以下應用(3)大規(guī)模的仿真技術的應用，在專業(yè)應用仿真的基礎之上，實現(xiàn)了面向制造過程的仿真技術應用，局部取消了物理樣機；(4)大規(guī)模并行工程及其技術的應用，在企業(yè)內(nèi)部不同部門、企業(yè)核心成員體、供應鏈各個環(huán)節(jié)之間建立了協(xié)同工作機制與環(huán)境；53.(3)大規(guī)模的仿真技術的應用，在專業(yè)應用仿真的基礎之上，實

二、航空發(fā)動機行業(yè)數(shù)字化技術應用存在問題

從總體上來說，我國航空發(fā)動機行業(yè)的數(shù)字化制造技術水平較低，與國際先進水平相比有很大差距，尚未形成一種強大的生產(chǎn)力，無法充分滿足大規(guī)模數(shù)字化技術在型號工程中的應用，主要表現(xiàn)在：54.

二、航空發(fā)動機行業(yè)數(shù)字化技術應用存在問題

54.（1）數(shù)字化制造技術應用的范圍和深度有限。目前各廠所數(shù)字化制造技術的發(fā)展是分散、獨立進行的，只是在部分環(huán)節(jié)上輔以數(shù)字化技術手段。數(shù)字化技術在航空發(fā)動機行業(yè)的應用還沒有經(jīng)歷一個完整的型號研制過程的全面應用驗證，無法形成有效的數(shù)字化制造技術體系，數(shù)字化制造技術應用的效益、效果尚不能充分發(fā)揮。55.（1）數(shù)字化制造技術應用的范圍和深度有限。55.（2）設計所、制造廠分離造成并行工程不宜實施。目前航空發(fā)動機設計所、制造廠分離的組織體系，使得不同部門間的信息交流存在障礙，生產(chǎn)準備周期長，更改反復頻繁，由此造成實施航空發(fā)動機研制的設計制造并行工程的困難。56.（2）設計所、制造廠分離造成并行工程不宜實施。56.（3）目前的數(shù)字化技術應用仍以單項應用為主，“信息孤島”問題依然嚴峻。各單位、甚至同一單位的不同部門之間，數(shù)字化制造技術應用自成體系、相互隔離、低水平重復建設比較普遍，沒有通過數(shù)字化手段將異構、分散和孤立的各種資源有效的集成和共享。各廠所之間尚未建立有效的數(shù)據(jù)共享與傳遞平臺，紙介質圖紙仍是設計表達的唯一“合法”手段。57.（3）目前的數(shù)字化技術應用仍以單項應用為主，“信息孤島”問題（4）數(shù)字化制造技術基礎薄弱，行業(yè)發(fā)展不平衡。

基礎薄弱表現(xiàn)在技術基礎滯后，缺乏有效的數(shù)字化信息資源，各廠所的數(shù)字化應用與開發(fā)能力不強，基礎設施不配套，數(shù)字化技術應用標準規(guī)范建設滯后于數(shù)字技術的推廣應用。58.（4）數(shù)字化制造技術基礎薄弱，行業(yè)發(fā)展不平衡。58.三、對我國飛機發(fā)動機制造技術的展望近30年來，特別是“十五”期間，我國發(fā)動機主要制造廠不斷深入開展數(shù)字化制造技術的研究與應用，在發(fā)動機關鍵零件工藝設計、工裝設計、數(shù)控加工中取得了明顯的效果，推動了傳統(tǒng)的發(fā)動機研制和生產(chǎn)模式的變化。59.三、對我國飛機發(fā)動機制造技術的展望近30年來，數(shù)字化制造技術的應用是新一代航空發(fā)動機研制的必需手段和必由之路，需要各單位在投資方向、政策措施、人才引進等方面予以保障，重視理念的轉變。60.數(shù)字化制造技術的應用是新一代航空發(fā)動機研制的必需手段2.4.1飛機數(shù)字化裝配技術一、數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術

數(shù)字化協(xié)調(diào)方法也可稱數(shù)字化標準工裝協(xié)調(diào)方法，是一種先進的基于數(shù)字化標準工裝定義的協(xié)調(diào)互換技術，將保證生產(chǎn)用工藝裝備之間、生產(chǎn)工藝裝備與產(chǎn)品之間、產(chǎn)品部件與組件之間的尺寸和形狀協(xié)調(diào)互換。數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)路線如下：61.2.4.1飛機數(shù)字化裝配技術一、數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術61.(1)飛機大型結構件（與飛機外形及定位相關）如框、梁、桁、肋、接頭等用NC方式加工；(2)在飛機坐標系下，工裝設計人員以產(chǎn)品工程數(shù)模為原始依據(jù)，進行工裝的數(shù)字化設計，并且在工裝與產(chǎn)品定位相關的零件上用NC方式加工出所有的定位元素；62.(1)飛機大型結構件（與飛機外形及定位相關）如框、梁、桁、(3)工裝在裝配時利用數(shù)字標工（數(shù)據(jù)）協(xié)調(diào)，采用激光自動跟蹤測量系統(tǒng)測量，通過坐標系擬合，定位出零件的安裝位置，滿足安裝基準的空間坐標及精度要求；(4)飛機鈑金件模具數(shù)字化設計以及用NC方式加工，鈑金零件數(shù)控加工。63.(3)工裝在裝配時利用數(shù)字標工（數(shù)據(jù)）協(xié)調(diào)，采用激光自動跟二、數(shù)字化裝配容差分配技術

容差數(shù)值直接影響產(chǎn)品的質量與成本，因而根據(jù)產(chǎn)品技術要求，進行零、組件的容差分析和設置，可以經(jīng)濟合理地決定零部件的尺寸容差，保證加工精度，提高產(chǎn)品質量，在滿足最終設計要求的同時使產(chǎn)品獲得最佳的技術水平和經(jīng)濟效益。64.二、數(shù)字化裝配容差分配技術64.可通過數(shù)理統(tǒng)計的方法來模擬裝配過程和次數(shù)，可看到最終形成產(chǎn)品的公差與零件的公差、零件的裝配順序等因素有關。在零件數(shù)模的基礎上，對于我們關注的關鍵的質量特征，設定公差和裝配順序，通過數(shù)理統(tǒng)計的方法仿真，分析各種因素對質量特性的影響程度，為查找質量問題的原因和改進容差分配提供了依據(jù)，不斷仿真找出最優(yōu)的公差分配方案。65.可通過數(shù)理統(tǒng)計的方法來模擬裝配過程和次數(shù)，可看到最終三、自定位與無型架定位數(shù)字化裝配技術現(xiàn)代的飛機設計遵循面向制造的原則，在零件設計的時候就必須考慮以后零件的加工和裝配。在工藝人員的建議下，飛機設計時對主要結構件(梁、框、肋和接頭等)建立裝配的自定位特征，如小的突耳、裝配導孔、槽口和形成定位表面等，或者在產(chǎn)品結構設計的同時，把用來安放光學目標的工藝定位件設計到結構件上。66.三、自定位與無型架定位數(shù)字化裝配技術66.但這些零件的自定位特征需要用數(shù)控方式精確加工，在實際裝配過程中這些零件自己就能利用自定位特征定位，或應用激光跟蹤儀和光學目標定位?；陲w機產(chǎn)品數(shù)模和數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)，無型架定位數(shù)字化裝配技術采用模塊化、自動化的可重新配置的工裝系統(tǒng)，大大簡化了或減少了傳統(tǒng)的復雜型架，縮短了工裝設計與制造的時間，降低了工裝成本，并提高了裝配質量。67.但這些零件的自定位特征需要用數(shù)控方式精確加工，在實際四、數(shù)字化裝配工藝設計技術數(shù)字化裝配工藝設計技術是根據(jù)企業(yè)結構和制造流程在軟件環(huán)境中構建企業(yè)的制造體系結構，包括產(chǎn)品、工藝和資源3個主要部分，完全可描述什么人、在什么地方、用什么工具、用什么方法、制造什么產(chǎn)品，當然也包含成本和時間。68.四、數(shù)字化裝配工藝設計技術68.數(shù)字化裝配工藝設計69.數(shù)字化裝配工藝設計69.2.5數(shù)字化制造技術的發(fā)展趨勢2.5.1發(fā)展趨勢及其應用

目前所開展的數(shù)字化工作，只是把數(shù)字化技術應用到現(xiàn)有工作和環(huán)節(jié)中，簡單地達到縮短周期和提高效率的目的，還沒有體現(xiàn)出它是一場新技術革命，沒有深入到系統(tǒng)內(nèi)部去改變傳統(tǒng)的設計、制造、試驗和管理的模式、方法、手段、流程和生產(chǎn)組織，尚未形成數(shù)字化生產(chǎn)方式。

70.2.5數(shù)字化制造技術的發(fā)展趨勢2.5.1發(fā)展趨勢及其應用要提高飛機的研制和制造水平，必須在更廣的范圍和更深的層次上應用數(shù)字化技術，從整體上增強企業(yè)的發(fā)展能力和核心競爭力。數(shù)字化制造一些技術發(fā)展及其應用趨勢：（1）建立支持數(shù)字化制造的流程體系與組織模式。71.要提高飛機的研制和制造水平，必須在更廣的范圍和更深的在制造生產(chǎn)全球一體化的形勢下，制造系統(tǒng)面對的是異地分布的制造資源，所以未來的制造系統(tǒng)將采用并行化的先進制造理念和集成化的網(wǎng)絡制造環(huán)境組織業(yè)務流程，并更加強調(diào)資源的合理重組和企業(yè)間及其企業(yè)內(nèi)部的優(yōu)化協(xié)作，以快速響應市場需求。72.72.（2）實現(xiàn)各種資源的整合與協(xié)同

實現(xiàn)人力資源、知識與技術資源、制造資源、客戶資源等企業(yè)資源的有效組織與協(xié)調(diào)，基于虛擬企業(yè)的組織體系使得企業(yè)各層次人員能夠利用現(xiàn)有條件、方法與工具有效的協(xié)同工作，進一步提升各種資源的利用效率。73.（2）實現(xiàn)各種資源的整合與協(xié)同73.（3）建立貫穿產(chǎn)品全生命周期快速響應制造工程的模型和建模方法。建立快速產(chǎn)品設計、快速工藝設計與工裝設計、快速加工與裝配等模型，使它們的數(shù)據(jù)能夠實現(xiàn)共享和繼承、并可重用，基于單一數(shù)據(jù)源實現(xiàn)各階段模型數(shù)據(jù)關聯(lián)和無縫連接，為產(chǎn)品的優(yōu)化設計、性能分析、生產(chǎn)制造、質量檢驗及企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)規(guī)劃、調(diào)度、各級過程管理與控制提供一體化模型支持。74.（3）建立貫穿產(chǎn)品全生命周期快速響應制造工程的模型和建模方法（4）建立支持產(chǎn)品全生命周期的虛擬企業(yè)協(xié)同工作平臺。結合具體行業(yè)應用，基于供應鏈的虛擬企業(yè)運行模式，建立從產(chǎn)品概念設計，詳細設計，生產(chǎn)準備，零部件制造、裝配到客戶服務與維修保障的快速響應協(xié)同工作平臺及其支撐系統(tǒng)，并實現(xiàn)這些應用系統(tǒng)之間的集成，建立支持各個應用系統(tǒng)及集成系統(tǒng)的知識庫體系，建立基于協(xié)同工作平臺的標準規(guī)范體系。75.（4）建立支持產(chǎn)品全生命周期的虛擬企業(yè)協(xié)同工作平臺。75.（5）由專業(yè)仿真和局部仿真向快速響應制造過程仿真發(fā)展。仿真技術在快速響應制造中的范圍進一步擴展，仿真的精度進一步提高，在“產(chǎn)品、過程、資源及制造”的一體化集成平臺和產(chǎn)品知識庫支持下，由面向具體專業(yè)應用的局部仿真向基于產(chǎn)品數(shù)字樣機的研制過程仿真的方向發(fā)展，實現(xiàn)虛擬環(huán)境下的產(chǎn)品創(chuàng)新設計、精益制造與基于人機工程的產(chǎn)品應用驗證。76.（5）由專業(yè)仿真和局部仿真向快速響應制造過程仿真發(fā)展。76.先進制造技術

在航空領域中的應用授課：路冬航空制造工程學院77.先進制造技術

在航空領域中的應用授課：路冬航空制造工程學院1課程介紹及進度安排課程特點：

描述先進制造技術在航空領域中的應用課程性質：

專業(yè)任選課、建立航空科學的基本概念、拓寬知識面課程課時：20學時課程考查方式：平時考核30％＋期末考核70％78.課程介紹及進度安排課程特點：描述先進制造技術在航空領域中的

前言79.前言3.背景為了適應國防建設和國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，航空科技工業(yè)的主要產(chǎn)品-現(xiàn)代飛機和發(fā)動機正朝著高性能、高減重、長壽命、高可靠、舒適性以及低制造成本的方向不斷發(fā)展更新。80.背景為了適應國防建設和國民經(jīng)濟發(fā)展的需要，航空科技工業(yè)的背景

要求飛機和發(fā)動機結構進一步整體化、零件大型化，以達到大幅度減少零件數(shù)量，減少零件之間連接所增加的重量，避免由于連接帶來的應力集中，提高結構壽命和結構可靠性;通過減少零件數(shù)量，還可以大量減少工裝的數(shù)量和加工工裝的工時，從而大幅度降低制造成本。81.背景要求飛機和發(fā)動機結構進一步整體化、零件大型化，以達第一章21世紀的航空先進制造技術82.第一章21世紀的航空先進制造技術6.1.1先進制造技術含義先進制造技術是一個相對概念。首先要看是否應用新結構、新材料、新原理帶來制造技術上的新突破。信息化和數(shù)字化則是融入其中的重要手段。83.1.1先進制造技術含義先進制造技術是一個相對概念。7.1.1先進制造技術含義隨著信息技術的迅速發(fā)展，數(shù)字化協(xié)同設計／制造和基于網(wǎng)絡的系統(tǒng)集成技術發(fā)展迅速，新一代CAD／CAPP／CAM系統(tǒng)發(fā)展迅速，參數(shù)化、變量化設計技術進入實用階段，設計／制造數(shù)字化和智能化程度不斷提高。84.1.1先進制造技術含義隨著信息技術的迅速發(fā)展，數(shù)字化協(xié)同設推動先進航空制造技術的發(fā)展一是要從技術發(fā)展的規(guī)律來考慮，二是要考慮要素，從結構、材料和原理等要素來考慮。因為制造業(yè)是改變形態(tài)和性能的行業(yè)，工作對象是物質、是材料、是資源。在這些要素的基礎上，21世紀先進制造技術應該包括以下三個方面。85.推動先進航空制造技術的發(fā)展一是要從技術發(fā)展的一、新結構的制造技術隨著新機型、新發(fā)動機、新機載設備的出現(xiàn)，一些具有新結構的產(chǎn)品和需應用新原理加工的技術必然隨之出現(xiàn)。微機電產(chǎn)品。一種微型飛機，其發(fā)動機由利用光刻蝕在電路板上的轉子、定子組成。對于一個整體僅有蜜蜂大小的微型飛行器，驅動裝置制造技術就屬于超精加工。86.一、新結構的制造技術10.二、新材料的制造技術新世紀的新材料將層出不窮，需要有創(chuàng)新的制造技術去加工，所以這是先進制造技術必需解決的問題。例如，發(fā)動機的葉片納米隔熱涂層問題，凡是原子排列整齊的涂層，其隔熱效果就比較好，原子排列不好的，效果就差。。87.二、新材料的制造技術11.二、新材料的制造技術人們需要在真空容器中，通過隧道顯微鏡觀察分子和原子的排列，用原子夾移動原子。作為納米材料——碳管本身的制造，以及怎樣在碳管上構造零件等，也都是新材料帶來的先進制造技術問題。88.二、新材料的制造技術12.三、新原理基礎上產(chǎn)生的先進制造技術

例如，激光加工技術等。新的成形技術發(fā)展非?？?，不光有激光切割，還有激光粉末成形，用一把噴槍就能制成一個零件。89.三、新原理基礎上產(chǎn)生的先進制造技術13.1.2航空制造技術的作用航空制造技術是為產(chǎn)品服務的。人們常說，設計是根本，材料是基礎，制造是手段，試驗是保障。而這個手段即航空先進制造技術，對航空武器裝備和民用航空器以及國民經(jīng)濟的發(fā)展具有影響全局，有時甚至是決定全局的重要作用。

航空先進制造技術的作用與地位集中體現(xiàn)在以下幾個方面:90.1.2航空制造技術的作用航空制造技術是為產(chǎn)(1)加速飛機發(fā)展的重要技術基礎從飛機發(fā)展的歷程來看，飛機的更新?lián)Q代總是伴隨著新材料、新結構、新工藝、新技術的重大突破；飛機的發(fā)展不斷促進材料和制造技術的發(fā)展，而材料和制造技術的發(fā)展又為飛機的發(fā)展提供了基礎和保障，從而推動了飛機的發(fā)展。91.(1)加速飛機發(fā)展的重要技術基礎15.(2)提高航空器的性能先進制造技術可以提高航空器的性能，確保航空器的高精度、高質量、高可靠性和安全性。隨著飛機性能的提高，其結構愈來愈復雜，精度要求愈來愈高。航空發(fā)動機每更新一代，關鍵零部件的尺寸精度、形位精度和裝配精度就需要提高1～2級；92.(2)提高航空器的性能16.(2)提高航空器的性能第三代航空發(fā)動機的關鍵零部件精度已從毫米級提高到微米級；飛機機載設備關鍵零部件精度正從微米級向納米級發(fā)展。這樣高的精度僅靠普通制造設備、工人的技藝和經(jīng)驗是制造不出來的。93.(2)提高航空器的性能17.(3)縮短飛機研制周期20世紀70年代以來，計算機數(shù)控加工技術和計算機輔助設計／制造一體化(CAD／CAM)技術的發(fā)展及其在設計和制造中的應用，使飛機的生產(chǎn)面貌發(fā)生了質的變化，大大縮短了研制周期，加速了飛機的更新?lián)Q代。94.(3)縮短飛機研制周期18.例如，20世紀90年代，美國空軍要求新一代飛機研制周期縮短1／3～l／2；成本降低25％～30％，并要求在較短的時間內(nèi)研制出經(jīng)濟可承受、買得起也用得起的高性能航空武器裝備。95.例如，20世紀90年代，美國空軍要求新一代飛機研

美國F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機是實現(xiàn)“短周期，低成本”這一要求的高性能經(jīng)濟型第四代戰(zhàn)斗機。它采用了先進數(shù)字化異地協(xié)同設計制造技術，將研制周期縮短了50％；制造時間縮短了66％(從15個月縮短到5個月)。96.美國F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機是實現(xiàn)“短周期，低成本采用了先進數(shù)字化異地協(xié)同設計制造技術的美國F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機97.采用了先進數(shù)字化異地協(xié)同設計制造技術的美國F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)(4)降低成本的重要手段隨著飛機性能的提高，飛機的造價持續(xù)上漲。在激烈的市場競爭中，飛機制造者只有不斷降低飛機價格，才能贏得市場優(yōu)勢。98.(4)降低成本的重要手段22.(4)降低成本的重要手段據(jù)統(tǒng)計，在飛機總成本中制造成本約占50％。工業(yè)發(fā)達國家的飛機生產(chǎn)經(jīng)驗表明，采用先進制造技術是降低飛機成本的最有效的途徑。

99.(4)降低成本的重要手段23.

為此，美國空軍為下一代戰(zhàn)斗機制定了“低成本先進結構制造”計劃，此項計劃實施后可使兩倍聲速的戰(zhàn)斗機結構重量減輕30%，成本降低50%。100.為此，美國空軍為下一代戰(zhàn)斗機制定了“低成本1.3航空先進制造技術的發(fā)展方向未來二三十年，無論是軍機還是民機，首先還是要降低機體結構重量，提高性能，提高結構效率。幾乎每一代飛機的相對結構效率的提高都在10％左右，制造技術首先要滿足結構效率的需要。101.1.3航空先進制造技術的發(fā)展方向未來二三十年第二，飛機的發(fā)展在很大程度上取決于動力，要提高單位推力，即提高推重比，而這又取決于渦輪前溫度，溫度的升高帶來了一系列的制造技術問題。102.第二，飛機的發(fā)展在很大程度上取決于動力，要提高單位推力，即提第三，可靠性。軍機的總壽命可能會達到6000～8000h，民機將達到60000h。因此，一系列有關提高飛機可靠性的研究開展起來。103.第三，可靠性。27.第四，降低成本。例如，美國的兩種第四代戰(zhàn)斗機F一22和F一35，一架F一22的售價為上億美元，而F-35只有3000－4000萬美元。104.第四，降低成本。28.

為適應飛機發(fā)展的新趨勢，航空制造技術要致力于降低成本，縮短研制周期，能很快的拿出樣機及成品。21世紀先進航空制造技術將在以下幾個方面得到迅速的發(fā)展：(1)快速響應技術(2)與減重有關的制造技術(3)提高可靠性的制造技術(4)高精度的制造技術(5)難加工材料的加工技術105.為適應飛機發(fā)展的新趨勢，航空制造技術要致力于降第二章數(shù)字化制造技術成為航空科技工業(yè)關鍵制造技術106.第二章數(shù)字化制造技術成為航空科技工業(yè)30.2.1數(shù)字化制造技術的內(nèi)涵與特點與傳統(tǒng)研制技術體系相比，數(shù)字化設計/制造/管理體系的內(nèi)涵發(fā)生了根本性的變化。1.產(chǎn)品數(shù)字化：產(chǎn)品數(shù)字建模和預裝配以及并行產(chǎn)品定義；2.設計數(shù)字化：飛機構型定義和控制，多變共用模塊設計，采用整體件，減少分立零件；107.2.1數(shù)字化制造技術的內(nèi)涵與特點與傳統(tǒng)研制技術體系相比，數(shù)3.試驗數(shù)字化：設計功能樣機和性能樣機，減少或簡化實物試驗；4.制造數(shù)字化：采用數(shù)字化生產(chǎn)線，大幅度減少工裝模具，全面推行數(shù)字化制造方式；5.飛行數(shù)字化：構建虛擬飛行環(huán)境；6.管理數(shù)字化：以項目為龍頭建立全球虛擬企業(yè)。108.3.試驗數(shù)字化：設計功能樣機和性能樣機，減少或簡化實物試驗；2.1.1數(shù)字化制造技術的內(nèi)容：（1）定義數(shù)字化生產(chǎn)線和數(shù)字化車間；（2）擴大數(shù)控機加范圍，增加大件、高效數(shù)控加工；（3）對鈑金件、復合材料構件、焊接、檢測等采用數(shù)字化技術手段和工藝；（4）減少零部件工裝，發(fā)展柔性工裝和數(shù)字化裝配定位技術，取消原用裝配精加工臺。（5）要求制造時間縮短66%，工裝減少90%，制造成本降低50%。109.2.1.1數(shù)字化制造技術的內(nèi)容：（1）定義數(shù)字化生產(chǎn)線和數(shù)2.1.2現(xiàn)代數(shù)字化設計制造技術特點：在現(xiàn)代新機研制中，雖然其產(chǎn)品的研制階段沒有多大變化，但是，它的模線和物理樣機全都由產(chǎn)品的數(shù)字化定義或數(shù)字樣機所替代，而且其研制過程是并行的，便于實現(xiàn)多學科的協(xié)同設計。具體數(shù)字化技術有如下幾大特點：110.2.1.2現(xiàn)代數(shù)字化設計制造技術特點：在現(xiàn)代新機研制中（1）數(shù)字化制造技術是先進技術的集合。數(shù)字化制造涵蓋了企業(yè)管理、產(chǎn)品設計、工藝設計、零部件制造、裝配、客戶服務與保障等技術領域，以提供這些領域的先進信息技術的應用為主要特征，包括CAX/MES/PDM/ERP/各類仿真軟件/各種共享資源庫等支撐系統(tǒng)、平臺和數(shù)據(jù)庫，與單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源、工作流、系統(tǒng)集成、仿真等技術緊密相關。111.（1）數(shù)字化制造技術是先進技術的集合。35.

（2）數(shù)字化制造是一種先進制造模式。數(shù)字化制造以并行工程為基本特征，強調(diào)并支持產(chǎn)品全生命周期的并行與協(xié)同，并為這種并行與協(xié)同提供技術手段；數(shù)字化制造同時吸收了敏捷制造的基本思想，對變化的市場和客戶化的產(chǎn)品做出快速和準確響應，強調(diào)并支持生產(chǎn)過程組建靈活多變的動態(tài)組織機構；數(shù)字制造把先進的生產(chǎn)技術、先進的管理技術和高素質的人員有效集成。112.（2）數(shù)字化制造是一種先進制造模式。36.

（3）數(shù)字化制造是一種現(xiàn)代企業(yè)特征。數(shù)字化制造不僅為企業(yè)目標實現(xiàn)提供一系列的技術手段和解決方案，而且提供一種先進的運行組織體系，給傳統(tǒng)航空制造業(yè)的研制模式、企業(yè)運作方式、組織結構、經(jīng)營理念等帶來新的變化，從而推動企業(yè)向著數(shù)字化生產(chǎn)方式的方向發(fā)展。113.（3）數(shù)字化制造是一種現(xiàn)代企業(yè)特征。37.2.3國際現(xiàn)狀2.3.1國際大型飛機數(shù)字化設計制造技術

波音777-全球第一個全機數(shù)字樣機，是實現(xiàn)數(shù)字化制造的里程碑；在近幾年來的大型民用運輸機的研制中，無論是空客A380客機，還是波音787客機的研制，都充分體現(xiàn)了數(shù)字化技術是企業(yè)的核心競爭力，是產(chǎn)品創(chuàng)新發(fā)展的最有力工具。114.2.3國際現(xiàn)狀2.3.1國際大型飛機數(shù)字化設計制造技術38波音公司在研發(fā)波音787客機中，不僅協(xié)同方式有了重大發(fā)展，而且其研制工作的重心也發(fā)生了重大轉變，波音原來是把飛機產(chǎn)品的各零部件設計信息分發(fā)給供應商去制造，波音監(jiān)管著所有產(chǎn)品的研制進度和質量，最后負責飛機的對接總裝和試飛交付，即波音負責著全部飛機的設計工作。115.波音公司在研發(fā)波音787客機中，不僅協(xié)同方式有了重一、原有的傳統(tǒng)飛機研制過程和方法大體分3個階段：（1）概念設計階段（2）初步設計階段（3）生產(chǎn)設計階段在這3個設計階段中，都需繪制模線和制作物理樣機來幫助技術人員準確地設計飛機和配置飛機的內(nèi)部空間，研制過程是串行的，產(chǎn)品定義信息的傳遞是不連續(xù)的，其缺點眾所周知。116.一、原有的傳統(tǒng)飛機研制過程和方法大體分3個階段：40.二、而數(shù)字化技術貫穿了現(xiàn)代整個產(chǎn)品的研制過程在現(xiàn)代新機研制中，雖然其產(chǎn)品的研制階段沒有多大變化，但是，它的模線和物理樣機全都由產(chǎn)品的數(shù)字化定義或數(shù)字樣機所替代，而且其研制過程是并行的，便于實現(xiàn)多學科的協(xié)同設計。117.41.產(chǎn)品數(shù)字化定義的研制過程為對象，將處于孤立和離散狀態(tài)的參與研制的不同企業(yè)/部門/人員/信息整合起來協(xié)同工作，并得到完成任務所需的完整的數(shù)字化產(chǎn)品信息描述，保證了研制過程中不同階段、不同部門和不同團隊之間工作的并行及信息的連續(xù)和有效，充分體現(xiàn)了數(shù)字化技術貫穿了整個產(chǎn)品研制全過程，是數(shù)字化條件下的飛機結構設計的多學科優(yōu)化研制模式。118.產(chǎn)品數(shù)字化定義的研制過程為對象，將處于孤立和離散2.3.2國外航空發(fā)動機行業(yè)數(shù)字化

制造技術的應用情況

Inchinnan工廠是羅·羅公司的專業(yè)化航空發(fā)動機壓氣機葉片制造廠。所有產(chǎn)品工藝在投放生產(chǎn)之前，均采用生產(chǎn)線仿真手段進行仿真模擬，確保生產(chǎn)線穩(wěn)態(tài)安全運行；標準的數(shù)控加工制造單元中包括了機器人手臂、標準化工裝、測具及刀具、待加工零件與工序的柔性自適應制造工藝與數(shù)控加工程序，零件的裝夾、找正、周轉、測量、數(shù)控加工以及零件在不同制造工區(qū)的周轉均自動完成；通過系統(tǒng)集成、規(guī)范數(shù)據(jù)結構，能夠與羅·羅公司總部產(chǎn)品設計部門實時保持溝通并參與設計決策過程。119.2.3.2國外航空發(fā)動機行業(yè)數(shù)字化

制造技術的應用情一、航空發(fā)動機行業(yè)數(shù)字化制造技術

應用基本內(nèi)容下圖所示為在多廠所聯(lián)合研制新一代發(fā)動機中應用數(shù)字化制造技術的總體發(fā)展設想，重點突出了協(xié)同工作平臺構建、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)字化設計/試驗/工藝/裝配等技術的研究和推廣應用。120.一、航空發(fā)動機行業(yè)數(shù)字化制造技術

應用基本內(nèi)容44.121.45.（1）協(xié)同工作平臺協(xié)同工作平臺提供多廠所聯(lián)合設計制造管理的協(xié)同工作流程控制管理、數(shù)據(jù)服務功能，實現(xiàn)各應用系統(tǒng)的信息集成，主要建設內(nèi)容包括：(a)協(xié)同工作平臺為多廠所發(fā)動機協(xié)同研制提供基本的協(xié)同工具，包括設計/制造/試驗/管理多層次BOM管理、分布式產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、設計/制造數(shù)據(jù)中心管理與維護、可視化工具、并行工程團隊IPT定義與管理等功能。122.（1）協(xié)同工作平臺協(xié)同工作平臺提供多廠所聯(lián)合設計制造(b)協(xié)同工作平臺為多廠所發(fā)動機聯(lián)合研制提供流程控制工具，包括廠所內(nèi)部設計/制造/試驗/管理流程與外部協(xié)同流程的定制、控制和管理，跨廠所異地協(xié)同流程的定制、控制和管理等多個層次的流程。(c)協(xié)同工作平臺與各廠所PLM/PDM系統(tǒng)實現(xiàn)緊密集成，并將進一步和各廠所ERP系統(tǒng)實現(xiàn)集成，不僅為系統(tǒng)項目成員之間的信息共享與集成提供平臺，同時為企業(yè)級集成系統(tǒng)建設提供基礎平臺。123.(b)協(xié)同工作平臺為多廠所發(fā)動機聯(lián)合研制提供流程控制工具，（2）航空發(fā)動機數(shù)字化制造技術的應用領域

(a)數(shù)字化設計：

建立支持氣動、結構、強度、熱力、傳熱、燃燒、自動控制等學科的專業(yè)支撐工具，開展多學科綜合優(yōu)化設計技術及其應用系統(tǒng)開發(fā)，實現(xiàn)設計過程中主要專業(yè)的協(xié)同與并行，建立包括發(fā)動機設計規(guī)范、標準化體系、發(fā)動機工程數(shù)據(jù)庫在內(nèi)的知識管理系統(tǒng)。124.（2）航空發(fā)動機數(shù)字化制造技術的應用領域(a)數(shù)字化設計(b)數(shù)字化制造：包括工藝與工裝設計、數(shù)字化生產(chǎn)線建設、制造過程集成應用、制造工藝/制造資源數(shù)據(jù)源、工藝仿真、制造過程仿真等內(nèi)容。工藝與工裝設計重點解決快速工藝與工裝設計、工藝工裝設計并行等設計環(huán)境與工具的開發(fā)。建立發(fā)動機關重件生產(chǎn)線支撐系統(tǒng)，完成幾條重點生產(chǎn)線的數(shù)字化改造。推進仿真技術在發(fā)動機制造過程的應用，由專業(yè)應用仿真向制造過程仿真過渡。125.(b)數(shù)字化制造：49.(c)數(shù)字化試驗：開展試驗信息實時傳送技術的研究，支持異地設計試驗協(xié)同；建立整機、部件及系統(tǒng)試驗數(shù)據(jù)庫，滿足發(fā)動機設計對試驗數(shù)據(jù)的需求；開展壓氣機、燃燒室、渦輪、控制及發(fā)動機各系統(tǒng)的試驗仿真研究，提高試驗效率，降低試驗成本及風險。126.(c)數(shù)字化試驗：50.(d)數(shù)字化管理：包括企業(yè)管理、項目管理、產(chǎn)品支持與服務等內(nèi)容。通過ERP系統(tǒng)實施，實現(xiàn)生產(chǎn)、財務、人力資源等的一體化管理。構建跨地域的項目管理平臺，具有多項目按層次管理和任務關聯(lián)的能力、項目信息共享和協(xié)同的能力。建立完整的發(fā)動機外場服務系統(tǒng)，與PDM等系統(tǒng)有效集成，實現(xiàn)發(fā)動機售后服務的信息化。127.(d)數(shù)字化管理：51.二、進一步分析國外發(fā)動機數(shù)字化制造的應用案例，呈現(xiàn)以下應用特點：(1)規(guī)范完善的數(shù)字化制造技術應用支撐體系，包括各類標準規(guī)范、共享資源數(shù)據(jù)庫等。(2)以數(shù)字樣機為代表的數(shù)字化設計制造技術，實現(xiàn)了發(fā)動機研制過程基于統(tǒng)一虛擬產(chǎn)品樣機的信息共享；128.二、進一步分析國外發(fā)動機數(shù)字化制造的應用案例，呈現(xiàn)以下應用(3)大規(guī)模的仿真技術的應用，在專業(yè)應用仿真的基礎之上，實現(xiàn)了面向制造過程的仿真技術應用，局部取消了物理樣機；(4)大規(guī)模并行工程及其技術的應用，在企業(yè)內(nèi)部不同部門、企業(yè)核心成員體、供應鏈各個環(huán)節(jié)之間建立了協(xié)同工作機制與環(huán)境；129.(3)大規(guī)模的仿真技術的應用，在專業(yè)應用仿真的基礎之上，實

二、航空發(fā)動機行業(yè)數(shù)字化技術應用存在問題

從總體上來說，我國航空發(fā)動機行業(yè)的數(shù)字化制造技術水平較低，與國際先進水平相比有很大差距，尚未形成一種強大的生產(chǎn)力，無法充分滿足大規(guī)模數(shù)字化技術在型號工程中的應用，主要表現(xiàn)在：130.

二、航空發(fā)動機行業(yè)數(shù)字化技術應用存在問題

54.（1）數(shù)字化制造技術應用的范圍和深度有限。目前各廠所數(shù)字化制造技術的發(fā)展是分散、獨立進行的，只是在部分環(huán)節(jié)上輔以數(shù)字化技術手段。數(shù)字化技術在航空發(fā)動機行業(yè)的應用還沒有經(jīng)歷一個完整的型號研制過程的全面應用驗證，無法形成有效的數(shù)字化制造技術體系，數(shù)字化制造技術應用的效益、效果尚不能充分發(fā)揮。131.（1）數(shù)字化制造技術應用的范圍和深度有限。55.（2）設計所、制造廠分離造成并行工程不宜實施。目前航空發(fā)動機設計所、制造廠分離的組織體系，使得不同部門間的信息交流存在障礙，生產(chǎn)準備周期長，更改反復頻繁，由此造成實施航空發(fā)動機研制的設計制造并行工程的困難。132.（2）設計所、制造廠分離造成并行工程不宜實施。56.（3）目前的數(shù)字化技術應用仍以單項應用為主，“信息孤島”問題依然嚴峻。各單位、甚至同一單位的不同部門之間，數(shù)字化制造技術應用自成體系、相互隔離、低水平重復建設比較普遍，沒有通過數(shù)字化手段將異構、分散和孤立的各種資源有效的集成和共享。各廠所之間尚未建立有效的數(shù)據(jù)共享與傳遞平臺，紙介質圖紙仍是設計表達的唯一“合法”手段。133.（3）目前的數(shù)字化技術應用仍以單項應用為主，“信息孤島”問題（4）數(shù)字化制造技術基礎薄弱，行業(yè)發(fā)展不平衡。

基礎薄弱表現(xiàn)在技術基礎滯后，缺乏有效的數(shù)字化信息資源，各廠所的數(shù)字化應用與開發(fā)能力不強，基礎設施不配套，數(shù)字化技術應用標準規(guī)范建設滯后于數(shù)字技術的推廣應用。134.（4）數(shù)字化制造技術基礎薄弱，行業(yè)發(fā)展不平衡。58.三、對我國飛機發(fā)動機制造技術的展望近30年來，特別是“十五”期間，我國發(fā)動機主要制造廠不斷深入開展數(shù)字化制造技術的研究與應用，在發(fā)動機關鍵零件工藝設計、工裝設計、數(shù)控加工中取得了明顯的效果，推動了傳統(tǒng)的發(fā)動機研制和生產(chǎn)模式的變化。135.三、對我國飛機發(fā)動機制造技術的展望近30年來，數(shù)字化制造技術的應用是新一代航空發(fā)動機研制的必需手段和必由之路，需要各單位在投資方向、政策措施、人才引進等方面予以保障，重視理念的轉變。136.數(shù)字化制造技術的應用是新一代航空發(fā)動機研制的必需手段2.4.1飛機數(shù)字化裝配技術一、數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術

數(shù)字化協(xié)調(diào)方法也可稱數(shù)字化標準工裝協(xié)調(diào)方法，是一種先進的基于數(shù)字化標準工裝定義的協(xié)調(diào)互換技術，將保證生產(chǎn)用工藝裝備之間、生產(chǎn)工藝裝備與產(chǎn)品之間、產(chǎn)品部件與組件之間的尺寸和形狀協(xié)調(diào)互換。數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)路線如下：137.2.4.1飛機數(shù)字化裝配技術一、數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術61.(1)飛機大型結構件（與飛機外形及定位相關）如框、梁、桁、肋、接頭等用NC方式加工；(2)在飛機坐標系下，工裝設計人員以產(chǎn)品工程數(shù)模為原始依據(jù)，進行工裝的數(shù)字化設計，并且在工裝與產(chǎn)品定位相關的零件上用NC方式加工出所有的定位元素；138.(1)飛機大型結構件（與飛機外形及定位相關）如框、梁、桁、(3