飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)構(gòu)想

飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)構(gòu)想蔡安西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司摘要：針對(duì)CAD、CAE及PDM在設(shè)計(jì)部門應(yīng)用現(xiàn)狀，提出了與新一代飛機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程相符合的數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)構(gòu)想，供有關(guān)方面參考。關(guān)鍵詞：數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)1引言20世紀(jì)90年代中期，數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)在國(guó)內(nèi)飛機(jī)制造業(yè)已開始研究，并在產(chǎn)品數(shù)字化定義、虛擬裝配、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)字樣機(jī)、設(shè)計(jì)與制造信息集成、并行工程等技術(shù)應(yīng)用上取得了重大進(jìn)步。這些技術(shù)的應(yīng)用，在縮短研制周期、降低成本、提高質(zhì)量方面發(fā)揮了一定的作用。但這些成績(jī)都是建立在早期的產(chǎn)品研發(fā)流程之上的，其產(chǎn)生的影響僅反應(yīng)在產(chǎn)品研發(fā)的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段至產(chǎn)品交付過(guò)程中，而對(duì)于詳細(xì)設(shè)計(jì)階段之前的應(yīng)用研究并沒有長(zhǎng)足的進(jìn)步，致使產(chǎn)品更新迭代的進(jìn)程較慢，開發(fā)手段落后，不能形成自主研發(fā)新品的設(shè)計(jì)能力。在總結(jié)信息化應(yīng)用的同時(shí)，借鑒設(shè)計(jì)與制造信息集成的方法，提出了飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)建設(shè)的構(gòu)想，以解決設(shè)計(jì)階段CAD/CAE/CAO數(shù)據(jù)、過(guò)程和工具的管理問題，有效整合企業(yè)內(nèi)軟、硬件資源，提高設(shè)計(jì)效率，增強(qiáng)對(duì)市場(chǎng)快速反應(yīng)能力。2飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)現(xiàn)狀及存在的問題2.1飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)現(xiàn)狀飛機(jī)的研制過(guò)程既是一種工程技術(shù)，又是一種管理技術(shù)。傳統(tǒng)的飛機(jī)的研制過(guò)程主要經(jīng)過(guò)方案設(shè)計(jì)階段、初步設(shè)計(jì)階段、工程發(fā)展階段、生產(chǎn)階段及使用階段，即從產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品報(bào)廢的全生命周期。隨著CAD/CAM技術(shù)、計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字化加工設(shè)備的發(fā)展和在飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造中的應(yīng)用，從根本上改變了傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)和制造方式。在飛機(jī)研制過(guò)程中全面采用數(shù)字化的三維設(shè)計(jì)、虛擬裝配、并行工程，對(duì)產(chǎn)品實(shí)施全生命周期管理。并且，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用CAE對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行分析、計(jì)算及仿真，大幅度提高設(shè)計(jì)水平，以期望最大限度地減少設(shè)計(jì)返工，縮短研制周期，降低研制成本。從國(guó)內(nèi)各大飛機(jī)公司的情況來(lái)看，在型號(hào)研制過(guò)程中雖然嚴(yán)格按照GJB3206技術(shù)狀態(tài)管理對(duì)型號(hào)進(jìn)行管理，實(shí)施自上而下的設(shè)計(jì)方式，采用CAD進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)字化定義，但數(shù)字化應(yīng)用僅僅體現(xiàn)在將原有的二維圖紙應(yīng)用CAD軟件設(shè)計(jì)為三維模型，CAE分析停留在強(qiáng)度校核，對(duì)產(chǎn)品研制全過(guò)程并沒有大幅度的提高。從國(guó)外各大飛機(jī)公司的情況看，面對(duì)激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，它們已將飛機(jī)研制這個(gè)龐大的系統(tǒng)工程劃分為總體設(shè)計(jì)階段、工程研制階段和產(chǎn)品服役階段。并將在最體現(xiàn)設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)能力的總體設(shè)計(jì)階段著重進(jìn)行發(fā)展，總體集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)的發(fā)展上已進(jìn)入第三代系統(tǒng)。作為國(guó)內(nèi)飛機(jī)設(shè)計(jì)制造主要基地之一的西飛公司，在工程研制階段數(shù)字化應(yīng)用達(dá)到了國(guó)內(nèi)的領(lǐng)先水平；隨著MA60飛機(jī)外援外銷工作的拓展，對(duì)產(chǎn)品服役階段的數(shù)字化工作現(xiàn)已展開；但對(duì)型號(hào)自主設(shè)計(jì)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)階段，至今為止還沒有一套可用的飛機(jī)集成設(shè)計(jì)環(huán)境，因此非常有必要借鑒國(guó)外第三代飛機(jī)總體集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)的思想和經(jīng)驗(yàn)，建立一套在產(chǎn)品全生命周期內(nèi)，在單一數(shù)據(jù)源管理構(gòu)架下的全新的飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)西飛公司自主設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)能力的跨越式發(fā)展。2.2存在的問題由于飛機(jī)設(shè)計(jì)在產(chǎn)品研制過(guò)程中的特殊性，除了借鑒國(guó)外最新一代總體集成設(shè)計(jì)系統(tǒng)的思想和技術(shù)外，還應(yīng)該結(jié)合西飛公司的實(shí)際情況，分析現(xiàn)有設(shè)計(jì)體系的根本問題，以便有針對(duì)性地建設(shè)適合西飛公司設(shè)計(jì)情況的飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)。西飛公司目前的實(shí)際情況是，商業(yè)軟件在設(shè)計(jì)過(guò)程已有應(yīng)用，但軟件種類和數(shù)量繁多，并且很多軟件來(lái)自不同的公司，存在的突出問題如下：由于某些原因，各種分析仿真軟件分散在相關(guān)專業(yè)由少數(shù)設(shè)計(jì)人員手中，軟件無(wú)法充分共享，無(wú)法充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用，而且由于軟件使用知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)掌握在個(gè)人手中，難以積累和重復(fù)利用，造成資源浪費(fèi)。各種軟件沒有按設(shè)計(jì)流程進(jìn)行集成并形成專用設(shè)計(jì)系統(tǒng)，大部分?jǐn)?shù)據(jù)流銜接需要依賴人工完成，這種設(shè)計(jì)工具的孤島狀態(tài)造成過(guò)程效率低、可靠性差。各學(xué)科獨(dú)立設(shè)計(jì)、難以協(xié)調(diào)，各級(jí)模型相互關(guān)系松散，難以實(shí)現(xiàn)飛機(jī)綜合性能的提高和優(yōu)化，難以通過(guò)先進(jìn)軟件的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)總體設(shè)計(jì)能力的提升。設(shè)計(jì)方案的評(píng)估主要依靠工程算法或簡(jiǎn)單的線性方法，改進(jìn)和優(yōu)化主要依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于越來(lái)越高的設(shè)計(jì)要求和越來(lái)越復(fù)雜的產(chǎn)品，這種設(shè)計(jì)模式存在先天的局限性。設(shè)計(jì)流程不夠清晰和規(guī)范，單次設(shè)計(jì)循環(huán)的代價(jià)過(guò)高，設(shè)計(jì)過(guò)程和結(jié)果難以重現(xiàn)；項(xiàng)目的執(zhí)行和監(jiān)控仍主要依賴大量協(xié)調(diào)會(huì)議和碰頭會(huì)，項(xiàng)目的狀態(tài)和進(jìn)度難以有效控制；由聯(lián)，以及進(jìn)行各專業(yè)學(xué)科之間的協(xié)調(diào)和權(quán)衡。由于越往前期信息量越少，以及專業(yè)學(xué)科之間高度復(fù)雜和非線性的關(guān)聯(lián)關(guān)系，飛機(jī)總體設(shè)計(jì)本質(zhì)上要求設(shè)計(jì)過(guò)程進(jìn)行大量循環(huán)和迭代，這一特點(diǎn)要求設(shè)計(jì)系統(tǒng)一是盡可能便于進(jìn)行設(shè)計(jì)更改，二是盡可能便于高效率地進(jìn)行大量設(shè)計(jì)循環(huán)和迭代。飛機(jī)研制過(guò)程的三個(gè)階段的數(shù)據(jù)必須保證單一數(shù)據(jù)源，數(shù)字化設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)將企業(yè)的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行固化的管理過(guò)程。4.2建設(shè)方案飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)的建設(shè)方案如下圖2所示。圖2飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)框圖飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)由基于知識(shí)的數(shù)字化設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)、飛機(jī)集成設(shè)計(jì)環(huán)境、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、產(chǎn)品使用保障系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)層及底層資源組成。主要建設(shè)內(nèi)容：底層資源：底層資源是飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)，包括模板庫(kù)、MDM、以及各類工具管理系統(tǒng)和所有建模、氣動(dòng)、有限元、動(dòng)力學(xué)、多學(xué)科軟件和優(yōu)化工具軟件、用戶使用的管理工具、客戶服務(wù)軟件、信息處理系統(tǒng)等。資源的集中管理和共享在該層實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)層：網(wǎng)絡(luò)層是底層資源與專業(yè)設(shè)計(jì)系統(tǒng)、產(chǎn)品服務(wù)、用戶之間的紐帶，負(fù)責(zé)連接系統(tǒng)的各個(gè)組成部分并提供數(shù)據(jù)服務(wù)、計(jì)算服務(wù)和通信服務(wù)，是系統(tǒng)的中間件和軟件總線，是保證單一設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)源的通道。飛機(jī)集成設(shè)計(jì)環(huán)境：飛機(jī)集成設(shè)計(jì)環(huán)境是設(shè)計(jì)人員直接操作的界面，它們根據(jù)各自需求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層向底層資源提出數(shù)據(jù)和計(jì)算請(qǐng)求，并對(duì)底層資源返回的信息進(jìn)行分析處理，其特征是直接面向工程問題，符合設(shè)計(jì)人員使用習(xí)慣。集成設(shè)計(jì)環(huán)境主要面向總體、氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度、氣彈與飛行載荷、系統(tǒng)各專業(yè)。集成設(shè)計(jì)環(huán)境通過(guò)網(wǎng)絡(luò)層連接實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)。產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)：飛機(jī)研制全生命周期內(nèi)的數(shù)據(jù)由產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實(shí)施管理，保證單一數(shù)據(jù)?；谥R(shí)的數(shù)字化設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)：基于知識(shí)的數(shù)字化設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)是保證自上而下的設(shè)計(jì)、制造和產(chǎn)品服務(wù)過(guò)程，同時(shí)確保整個(gè)產(chǎn)品研制過(guò)程處于受控狀態(tài)，減少狀態(tài)會(huì)議和報(bào)告。產(chǎn)品使用保障系統(tǒng)：提供對(duì)用戶的培訓(xùn)、技術(shù)支持和產(chǎn)品使用信息的處理。同時(shí)，收集用戶使用過(guò)程中的信息，整理歸并后，反饋至設(shè)計(jì)，以對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行改進(jìn)、改型。這種平臺(tái)架構(gòu)，可有效地為PLM管理產(chǎn)品研制全生命期的工程數(shù)據(jù)，使設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)技術(shù)靈活地適應(yīng)產(chǎn)品研制的不同變化，并為管理者提供高效的技術(shù)管理窗口，為設(shè)計(jì)人員提供更方便的設(shè)計(jì)工具和知識(shí)庫(kù)，從而加快新產(chǎn)品的研發(fā)速度，提高產(chǎn)品品質(zhì)，獲取產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。5結(jié)束語(yǔ)產(chǎn)品研發(fā)需要大量與產(chǎn)品創(chuàng)新相關(guān)的信息技術(shù)作為支撐。搭建一個(gè)涉及多學(xué)科設(shè)計(jì)優(yōu)化、設(shè)計(jì)分析自動(dòng)化、可靠和穩(wěn)健于一體的數(shù)字化集成平臺(tái)，改變以往的設(shè)計(jì)流程，才能實(shí)現(xiàn)企業(yè)提高自主設(shè)計(jì)、產(chǎn)品創(chuàng)新的設(shè)計(jì)能力。參考文獻(xiàn)1飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)第5冊(cè):民用飛機(jī)總體設(shè)計(jì)/《飛機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》總編編委會(huì)；程不時(shí)分冊(cè)主編