航空产品数字化结构体系的构建

航空产品数字化结构体系的构建航空产品数字化结构体系的构建数字化设计制造技术基础作业航空产品数字化结构体系的构建学号：12032205学生姓名：廖旋任课教师：叶海潮2015年5月目录摘要 (1)引言 (1)1 我国航空数字化现状 (1)2 航空制造业数字化总体框架研究 (2)2.1 总体框架设计要求 (2)2.2 数字化框架组成 (3)2.3 基础环境 (4)2.4 总体框架工作机制 (4)3 数字化制造关键技术 (6)3.1 工艺设计及仿真 (6)3.2 工艺管理 (10)3.3 数字化制造的价值 (13)4 飞机数字化装配技术 (15)5 结束语 (16)参考文献 (16)航空产品数字化结构体系的构建摘要：本文从我国航空数字化现状讲起，首先介绍了数字化总体框架研究的概念，设计要求，系统组成，基础环境，工作机制等内容，然后详细分析了数字化制造中的关键技术以及制造企业应用数字化制造技术能够产生的价值并简单介绍了飞机数字化装配技术。

关键词：数字化总体框架智能化网络化信息化数字化装配引言：制造技术已从物质形式的制造向信息制造转变，产品中知识信息的价值占据越来越高的比例，这不但反映在产品本身，而且体现在产品的整个生命周期，特别是生产制造环节，随着信息技术的发展，不断出现了新的制造理念和制造系统，如FMS、CIMS、敏捷制造和网络化制造等。

这些技术从制造的现实出发，对制造过程中产生的数据进行数字化，并对它们进行加工处理，产生相关信息，在制造系统中进行存储和交换，并直接应用于对生产过程的管理和控制，进一步可对信息进行分析加工产生相关知识，使制造系统的“智能”得到提高，通常把这种生产方式称为数字化制造。

另一方面，随着仿真技术的发展和虚拟现实技术的产生，另一种概念的数字化工厂随之产生，这个工厂生存于数字信息世界，在真实工厂或生产过程还没有开始前，这个工厂在虚拟空间中运作，对真实工厂进行虚拟现实的仿真，提供优化的结果，这是现在数字化工厂主要研究和应用的内容。

中国制造业企业正处于调整和转型的关键时期。

由‘中国制造’转向‘中国创造’已上升为国家战略，航空制造业也是如此。

换。

该系统包括：（1）数字化设计系统：针对航空制造业业务需求，集成所需的专业业务软件，包含产品设计的各种专业软件和工具，专业仿真软件工具，设计评估工具等。

（2）数字化试验系统：针对航空制造业业务需求，集成所需的专业试验系统包括：数字化强度试验、飞控试验、系统试验、电气试验、航电武器试验、地面联合试验等试验业务系统。

（3）数字化制造系统：针对航空制造业业务需求，集成所需的专业制造系统，包括：数控加工系统、数字化复合材料生产线、数字化钣金生产线、数字化切削生产线、数字化工装生产线、数字化焊接生产线、数字化电缆管线生产线等制造业务系统。

（4）数据转换接口：业务系统之间的数据格式转换接口。

2.2.4工程过程控制系统工程过程控制系统包括基于数字样机的并行过程控制系统和项目管理系统。

并行过程控制系统实现了设计、试验、制造等业务系统的过程集成。

并行过程控制系统确定了一个任务应涉及哪些业务系统，并通过控制数字样机的成熟度，确定业务系统是否启用，是否能够访问数字样机，同时并行过程控制系统也监视业务系统的状态，从而使之围绕特定任务协调有序地运行。

项目管理系统完成项目任务的计划、资源调配、IPT组织管理、进度和质量监控等管理控制过程。

2.2.5工程支持系统工程支持系统主要向工程协同系统提供工程过程中所需的支持信息，包括质量、五性（可靠性、可维修性、可测性、保障性和安全性）、标准、适航、情报资料、研制知识等信息，这些信息可以是模板、文件以及其他对象等形式。

该系统同时也提供了质量、五性、标准和适航等方面的控制和评估功能。

2.3基础环境基础环境包括计算机系统、网络系统和数据库系统等，是企业内部和企业间信息交换的基础。

2.4总体框架工作机制产品研制业务关系表现在业务数据关系和业务流程关系两个方面，从信息化的角度来看，总体框架应实现信息的集成和过程的集成。

因此，制造业数字化的总体框架由纵向的工程过程控制、横向的工程工作面和作为支撑的基础环境所构成，其中工程过程控制实现过程的集成，工程工作面实现信息的集成。

工程工作面是产品研制过程的时间断面。

在工程工作面中，工程协同系统是工程研制中数字化设计、试验和生产等方面业务系统的集合；数字样机系统对产品数据进行映射生成了数字样机；产品数据管理系统负责管理产品相关的所有数据；工程支持系统提供工程支持信息的共享。

工程协同系统中的业务系统之间的数据交换是通过数字样机来进行的；数字样机系统根据业务系统的不同要求，对产品数据管理系统所管理的产品数据进行过滤，生成相应的数字样机；工程协同系统可以从工程支持系统中得到质量、标准等信息。

工程工作面实现了信息的集成。

工程过程控制分为两条主线：一条主线是基于数字样机的并行过程，所控制的对象是工程协同系统中的各个业务系统，并行过程采用成熟度控制的机制；另一条主线是项目管理过程，采用任务节点控制的机制。

项目管理过程控制的是点，而并行过程控制的是线，并行过程由项目管理过程触发，工程过程控制实现了过程的集成。

项目管理过程可以理解为对工程过程的任务节点（里程碑）的控制过程，任务节点主要描述了任务的进度、资源需求和任务间的关系等。

在一个任务开始前，需要配置相应的资源（包括人员和物料、设备等），由IPT小组执行此项任务。

通常，一个任务是否完成，是由并行过程控制系统返回的状态来确定的，对里程碑（阶段评审）来说，需要阶段评审的结论来支持。

阶段评审的内容可以包括：质量、标准、五性和用户意见等方面。

当一个任务结束后，为之所配置的资源将被释放，随着一个新任务的启动，新的资源配置也将完成。

因此，项目管理过程同时也包含了IPT组织的动态变化过程。

按照过程定义，并行过程确定哪些业务系统参与任务的执行。

业务系统之间的协同是以数字样机为共同的信息基础，并行过程通过控制数字样机的成熟度，来限制各个业务系统访问数字样机。

并行过程监控各业务系统的运行状态，并根据数字样机的成熟度、过程定义实现对各个业务系统的协同控制。

工程工作面、工程过程控制和基础环境，三个部分构成了以数字样机为中心、以产品数据管理为手段、以工程过程控制为主线的制造业数字化总体框架。

3. 数字化制造关键技术3.1工艺设计及仿真3.1.1 CAM及数控仿真技术如今越来越多的制造企业引入了数控加工设备，有复杂精密加工需求的企业甚至装备了比较高端的高速铣、五轴加工中心等高端设备。

为了从这些设备投资中取得回报，企业必须能够高效利用这些先进的加工设备。

而如何快速的进行NC代码程序的编制并在加工实物之前进行仿真成为充分发挥这些数控机床能力的关键——于是CAM技术应运而生。

CAM技术通过计算机系统与生产设备直接的或间接的联系，进行对机床的生产加工过程进行规划、设计、管理和控制产品的生产制造过程。

主要包括使用计算机来完成数控编程、数控机床仿真、加工过程仿真、数控加工、质量检验、产品装配、调试这些工作。

CAM的核心，是利用可视化的方式，根据加工路径以及工装设备，模拟现实中的机床加工零件的整个过程并自动生成机床可以识别的NC代码。

此项技术的关键，是能够真实的模拟现实的2.5轴、三轴、五轴等数控机床的运动，能够支持并识别不同厂商不同型号的数控机床。

由于加工技术的不断进步，事实上CAM技术也在不断发展和细分，例如有专门致力于叶片加工的CAM软件，还有专门致力于瑞士型纵切机床、车削中心编程的CAM软件等等。

数控仿真技术则可以对数控代码的加工轨迹进行模拟仿真、优化。

同时，也支持对机床运动进行仿真，从而避免在数控加工过程中，由于碰撞、干涉而对机床造成损坏。

3.1.2 装配过程与仿真技术利用数字化制造技术中的装配过程与仿真，可以用树状结构表示产品的结构，将三维数模数据（属性）导入产品节点，并将三维数模连接在每个零件上，在编制装配工艺的任何时候都可预览零件和组件的三维图形，对每个工艺大部件进行初步装配流程设计，划分装配工位，确定在每个工位上装配的零组件项目，在三维数字化设计环境下构建各装配工位的段件装配工艺模型，并制定出产品各工位之间关系的装配流程图。

在工位划分的基础上，依据分段件的装配工艺模型在三维数字化环境下进一步进行各工位内的装配过程设计，确定每个工位内分段件的装配工艺模型零组件的装配顺序，以及需要由多少个装配过程实现，并定义装配过程对应的顺序号这样在定义好每个零件的装配路径的基础上，实现产品装配过程和拆卸过程的三维动态仿真，以发现工艺设计过程中装配顺序设计的错误。

以及在对装配顺序仿真过程中对每件零件、成品等进行干涉检查，当系统发现零件之间存在干涉情况时应予以报警，并示出干涉区域和干涉量，以帮助工艺设计人员查找和分析干涉原因。

3.1.3 工厂3D设计技术产品的工艺规划和工艺设计与车间布局、生产设备、工装都有非常紧密的联系。

一个设计合理的工艺规划和工艺设计，不仅可以提高产品的生产加工效率和质量，还可以降低物料在车间的运输距离、减少等待时间、降低线边在制品数量和占用的空间等。

而传统的工艺规划和工艺设计则很少考虑这些内容，其中的一个原因就是难以用直观的方式描绘工厂的布局。

数字化制造技术提供了非常方便快捷的工厂3D设计工具，它内置了车间常用的货架、工作台、隔断、通用设备、机械手等车间设施设备，可以非常简便快速的进行二维三维的车间布局设计。

一个近似于现实工厂的二维或者三维车间布局的模型，同时也为下一步根据工艺规划和工序进行物流仿真提供了有利条件。

3.1.4 物流设计与仿真技术制造企业生产加工的过程实际上就是原材料从进厂到产品出厂的增值过程。

在这个过程中，各种物料在车间内和车间之间流动，从而完成工艺规划的生产加工过程。

这些物料在流动过程中，需要占用场地、行车、推车、输送带等设备设施。

一旦流动的节拍掌握不好，很容易出现“堵塞”现象，严重的可能会给操作人员带来危险。

因此，工艺规划完成之后，需要对生产这种产品的物料在车间内的流动状态进行模拟，通过模拟不仅可以分析出产能瓶颈，还可以验证工艺规划的合理性以及给车间物流带来的影响，以便在实际生产加工之前就规划出更为合理的工艺路线和车间物流路线。

数字化制造技术可以在工厂3D布局设计的基础之上，设立物流的流动状态以及车间各个设备、设施、工装的运作时间和规律，从而对车间物流进行仿真。

这样不仅有助于优化车间布局，还可以帮助工艺规划人员对工艺规划进行优化，同时可以帮助车间管理人员对生产节拍、产能瓶颈进行分析。

3.1.5 公差分析在制造过程中，单个零件的公差往往比较容易控制，但是对于一个由成千上万个零件组合而成的复杂产品而言，仅仅保证每个零件的公差是不够的，还必须对这些零件对装配后成品的公差进行有效分析。