大飞机数字化设计制造技术

2011年第30

期

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当前飞机数字化设计制造技术正在全球航空业展开，软件设计与开发、全数字化环境的建立、产品数据管理技术、数据交换技术、飞机构形定义及控制等相关技术的发展，将带给航空制造业一次革命性的大变革。现代飞机产品制造过程的实质，是对一个产品进行并行协同的数字化建模、模拟仿真和产品定义，然后对产品的定义数据从设计的上游向零件制造、部件装配、产品总装和测量检验的下游进行传递、拓延和加工处理的过程。最终形成的飞机产品可以看作是数据的物质表现。

1．数字化制造的概念

数字化设计与制造是在虚拟显示、计算机网络、快速原形、数据库和多媒体支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真和原形制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品的整个制造过程。

所谓数字设计与制造实际上就是对设计与制造过程进行数字化的描述中建立数字空间，并在其中完成产品制造的过程。数字化环境建立在计算机数字技术、网络信息技术和制造技术不断融合、发展和应用的过程里，也是制造企业、制造系统和生产系统不断实现数字化的必然。个人、企业、车间、设备、经销商和市场成为数字化环境的若干节点，而产品在设计、制造、销售过程中所赋予的数字信息则成为数字化环境中的变化因素。

飞机设计与制造业的数字化表现为采用计算机软、硬件技术，以网络为基础，以数据库为平台；在飞机产品从采办一研制一设计一制造一交付一培训一维护一报废的全生命周期中，以CAD／CAM／CAE 为节均涉及飞机设计、实验的数字化生产流程建立在制造信息支持系统和数字控制制造技术体系之上。

波音777飞机开发、研制、制造一次试飞成功的根本途径就是采用数字化技术和并行工程。飞机设计制造过程中，零部件采用三维数字化定义、数字化预装配，以精益制造思想为指导。例如波音747－400液压管路系统、767－200RB211三维数字样机及制造、737－500三维生产过程、V－22管路电缆协调验证、767－200飞行舱三维制造过程、767－20043段三维设计和制造过程、77741段驾驶舱100％三维设计过程等生动说明了数字化飞机设计与制造的优越性。

2.数控加工的技术需求

2.1典型零件的数控加工技术

飞机对接部位和活动面处的多体接头类零件加工要求比较高，而新型材料技术的发展和飞机整体强度重量比技术要求的不断提高，对数控加工技术要求不断提高。如典型的整体零件包括机翼蒙皮壁板、机身蒙皮壁板、机翼大梁、翼肋等，零件除轮廓尺寸外，还呈现多槽腔、单侧或多侧理论外形等结构特点。大型整体零件的数控加工必须同时考虑五坐标加工技术、高速高效加工技术、数控加工变形控制等技术的综合应用。而接头类零件具有高度尺寸大，槽腔深，空间孔精度位置要求高的特点，对加工变形控制、深槽腔转角表面质量控制、空间精度孔的数字化加工技术要求较高，应注重转角插铣技术、数控膛铣复合加工技术的综合应用。

2.2综合应用多种集成技术

数控加工技术集成化应用，简化了工艺流程，发挥了数控设备和数控技术的优势，有效降低了制造成本和零件加工周期。飞机加工数控技术实现建立在具有大行程、高转速、高进给、高精度和五轴联动数控设备和具有高动平衡等级、高刚性、高耐磨性数控刀具基础之上。高速加一工对提高切削效率、抑制加工变形、提高表面加工质量具有重要意义。CAD／CAPP／CAM集成系统、ERP系统、DNC技术等现代先进制造系统和技术在飞机制造过程中的应用，对飞机经济性指标具有深刻影响。

3.数字化制造特点

3.1产品研制方法发生改变

传统样机研制过程和方法大体分为概念设计、初步设计和生产设计阶段，各设计阶段均需绘制模线和制作物理样机来帮助技术人员准确地设计飞机和配置飞机的内部空间，研制过程为串行，产品定义信息传递不连续。而在数字化环境下，其模线和物理样机均由产品的数字化定义或数字样机所替代，研制过程为并行表现形式，便于实现多学科的协同设计。具有以业务过程为中心，具有跨地域／多企业的、动态的研制特征。从协同研制全局目标看，产品数字化协同研制中有横向（多学科协同研制MDO）和纵向（产品全生命周期的协同），即使制造商分布在世界各地，也可以通过网络进行协同设计，交换产品相关设计信息。使得设计制造的数据、设备、实施、人员、成果和时间变得更为透明、柔性，实现真正意义上的共享。

3.2数字化技术与其他先进技术相融合

数字化技术与其他先进理念（精益生产、并行工程）以及先进技术（数控加工及成形技术、数字化测量技术、飞机装配技术和质量保证技术等）相结合，使它们能集成在一起、融合在一起，发挥先进技术的整体效益。美国联合攻击战斗机（JSF）项目以洛克希德、马丁公司为首的由30个国家的50家公司组成的团队，采用数字化的设计制造管理方式，以跨越航空工业的全球性虚拟企业为表现形式。其集成平台采用产品全生命周期管理软件，包括网络平台采用VPN，LAN，WAN，Internet和各种应用系统组成的应用平台；业务平台由各种应用软件构成，如：文档管理，虚拟现实，材料管理，零件管理，CAD设计软件及相关接口，数字化工厂的设计仿真软件包，企业资源计划和工厂管理软件；商务平台包括为用户提供访问其他系统数据的各类接口。

4.结束语

中国的航空制造业在数字化建设与应用中稳步成长，但研制大飞机毕竟是前所未有的庞大而复杂的工程，在实施过程中必将会遭遇来自数字化协同的各种挑战。数字化飞机设计制造技术加快了现代飞机研制的整体进程。数字化技术迅速发展和广泛应用，使传统飞机产品的研制过程发生了根本性的变革，将对工厂的技术改造、技术和生产管理、人才的培养产生深远的影响。科

【参考文献】

［1］周祖德,余文勇,陈幼平.数字制造的概念与科学问题[J].中国机械工程,2001,(01).［2］首届上海国际数字制造展成功举办[J].制造技术与机床,2004,(12).

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［6］江征风,吴华春.以数字制造为基础的先进制造技术[J].组合机床与自动化加工技术,2005,(06).

大飞机数字化设计制造技术

高怀宁

(上海飞机设计研究院中国上海200232)

【摘要】目前，世界先进的飞机制造商已经利用数字化技术实现飞机的“无纸化”设计和生产，而我国的航空企业虽然也在进行相应的摸索和实践，但与发达国家相比，飞机数字化设计与制造领域仍然有很长一段路要走。本文阐述了数字化制造概念和特点，从项目管理方式、构建数字化协同工作平台，开展精益生产研究、建设多种计算机辅助设计环境融合软件等方面进行了分析，并提出构想性建议。

【关键词】飞机；数字化设计；制造

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