飞机数字化基础工艺核心技术发展趋势初探

飞机数字化工艺技术发展趋势初探CAPP技术研究与应用在中国经历了智能化技术研究、单一专业工程应用以及平台化工程化应用等阶段。多年来基于CAPP工具化系统在中国各个行业制造业中均得到普遍应用,而且取得了良好应用效果。现在,航空制造业信息化应用得到企业充足重视和发展。飞机产品结构复杂,零件结构、材料、状态多个多样,工艺种类覆盖零件机械加工、钣金、冶金工艺、复合材料加工、部件装配、总装和试验等,工艺过程复杂。在产品设计、工艺设计、工装设计、制造过程及检测试验等业务领域广泛采取信息化技术,尤其是多年来在制造领域伴随PDM、CAPP和MES全方面应用,实现了工艺文件编制、工艺信息管理以及PDM/CAPP/MES集成等功效,实现了工艺业务信息化、集成化,而且实现了生产准备、制造过程、质量控制等领域信息化,缩短了产品研制生产周期,提升了产品质量,取得了显著经济效益,大大提升了企业关键竞争力。但总体来看,中国航空工艺数字化技术应用还处于较低层次上“计算机化”,还需要大量工作才能满足新型飞机研制生产迫切需要。飞机工艺信息化技术应用需求飞机产品基础是研制生产、单件小批生产模式,产品从试制、定型、小批生产到批量生产,工艺不停优化、细化和完善。尤其是新材料、新结构、新工艺、新设备、新技术不停应用,迫使飞机制造技术也必需不停创新、不停优化、不停提升,才能满足新型飞机（如大飞机、新型战机等）研制和批量生产要求。在工艺设计方法上,目前飞机制造CAPP基础采取交互式编辑和经典工艺检索修订等方法,局限在工艺指令文件形成方面,是“基于经验设计”,依靠工艺人员本身所含有工艺知识能力经验和系统所存放经典工艺,难以进行工艺优化和提升,工艺编制质量也有局限。正如前文所述,飞机是一个创新集成度非常高产品,而且像飞机结构件、大型钣金件、部装总装电装等工艺十分复杂,技术要求和数控加工要求高,工艺设计时需要聚集大量信息和知识进行决议,尤其是复合材料构件在新型飞机上大量应用,使复合材料工艺领域一些关键技术常待攻克处理和经验积累,所以,“基于经验设计”无法满足工艺创新和优化需要。目前飞机制造过程中数字量与模拟量传输方法并存,工艺步骤仍然大量采取二维工程图和工艺卡片等方法。而飞机产品设计过程已全方面采取三维数字化样机模式,为了实现工艺与设计并行、工艺与工装并行、工艺与制造及检测并行,肯定要求在工艺业务上实现基于三维模型数字量传输。飞机制造企业结合大飞机、新型战机等工程有全三维数字样机、研制生产和现有型号定型和批产需求,对基于三维产品模型工艺设计和管理有迫切需求。飞机工艺技术准备通常分为产品可制造性 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 、工艺总 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 确定（分工方案、装配协调方案、零件制造方案和工装方案等）、PBOM构建（装配单元确定与分解、工艺分工路线）、车间工艺技术准备（工艺规程/AO/FO编制、数控编程、工艺仿真和工艺装备需求等）以及工艺现场应用等相互联络业务过程。飞机根据产品批架次进行生产和产品配置,对工程技术状态管理、工艺配置管理以及生产质量档案管理要求严格。在工艺管理方面,目前CAPP实现了信息管理和审签步骤管理,但在工艺业务过程管理、技术状态管理和工艺配置管理等方面显著不足,难以保障产品工艺信息完整性、正确性和一致性。另外,目前以工艺指令纸质文件方法在生产车间中流转,经过人为方法管理来实现工艺指令实施落实。这种方法难以避免地出现如加工时数控刀具犯错、NC程序犯错、设备状态不对以及装配时零组件漏装错装等现象,工艺设计与工艺实施脱节,生产质量控制往往在事后处理,而不是事先预防。所以,目前CAPP系统在航空制造企业中应用停留在工艺文件编制工具层次上,在普及工艺信息化应用方面发挥了较大作用,但在提升工艺设计质量、优化工艺、提升企业工艺技术等方面严重不足。为了适应飞机制造工艺技术特点,满足新型飞机研制和生产需要,飞机制造工艺信息集成系统应充足发挥工艺数据关键作用,向应用纵深和智能化、集成化深度方向发展。飞机数字化工艺技术发展趋势为适应飞机研制生产需要,飞机制造企业正深入推进飞机数字化工艺技术发展和工厂化应用。飞机数字化工艺技术发展应集中在以下4个方面:（1）基于三维模型可视化创新工艺设计;（2）知识基系统应用及专业化工艺设计;（3）基于PBOM工艺组织与管理;（4）可视化工艺在线实施系统。1基于三维模型可视化创新工艺设计在工艺、生产准备及制造步骤上充足利用产品三维模型,实现产品、工艺、工装、制造以及检测调试等数字量传输和贯通,已成为各航空企业共识。装配工艺设计合理性、正确性直接影响产品质量、生产组织效率、航空产品成本及制造周期等。基于二维图形装配工艺设计,极轻易疏漏关键步骤且不易复查更不轻易纠正,已经远远不能满足新产品研制生产要求,且与产品设计形成了技术发展不协调。产品装配三维工艺设计直接应用产品设计和工艺装备设计三维数模,合理计划装配步骤并进行装配仿真,最大程度地发觉设计错误和不协调问题,有利于设计问题早期暴露和处理,能够大幅度缩短研制周期和研制成本。飞机零件结构复杂,零件加工过程经过文字描述和二维工序图相结合。采取二维简图难以清楚描述复杂飞机结构件、钣金件加工过程,往往造成误解和遗漏,不便于工艺人职员艺编制和操作工人了解实施。基于三维模型工艺设计肯定带来工艺应用模式重大改变。在基于三维模型工艺设计系统中,工艺表现形式为结构化工艺和三维工艺过程模型等,而不是现有纸质形式生产性工艺文件。工艺人员经过计算机浏览和查询三维产品模型,并利用三维制作工具制作可视化工艺过程。利用三维模型实现高效、合理工艺设计切实可行系统实现方案是:（1）装配工艺采取产品模型轻量化工具进行轻量化处理,然后利用装配过程制作工具根据装配计划和装配路线制作装配过程,最终形成装配工艺模型,并建立与结构化装配工艺信息互联。比如针对飞机部件装配AO设计,成飞企业在结构化工艺设计系统中集成3DVIAComposer作为装配工艺过程制作工具,实现AO结构化工艺与基于三维模型轻量化装配过程模型紧密结合,实现了可视化装配工艺设计和现场可视化装配。（2）对于零件工艺,充足利用数控加工仿真系统、钣金加工仿真系统、铸造工艺仿真系统或者CAD/CAM系统等,实现与其集成,传输工艺技术参数信息,并引入机床设备和工艺装备三维模型,利用工艺仿真过程和仿真结果,作为零件加工工艺过程模型。工艺仿真系统能够尽早发觉问题,愈加好地优化工艺过程,把从基于经验工艺设计管理转为基于数字化仿真验证工艺设计管理,能够改变目前工艺设计工作关键依靠经验传承和实际试验,而自主创新能力却非常微弱情况。如铸造工艺人员能够依据产品三维模型在计算机上模拟浇注过程,自动产生浇口冒口位置和数量,甚至完成整个浇注模设计。nextpage2知识基系统应用及专业化工艺设计工艺设计是产品信息、企业制造资源与能力信息、工艺专业技术和经验知识以及进度成本要求等多种信息聚集。工艺设计过程中需要综合各方面原因进行决议计划。知识处理和管理技术是实现工艺决议可行路径。经过总结归纳制造工艺设计管理过程中用到制造资源信息、材料信息、工艺技术和经验知识,建立结构化工程知识模型和知识库,实现工程知识管理系统,并提供知识搜索、知识检索查询、基于知识决议支持等功效,经过网络环境为工艺决议过程提供信息、知识、分析和决议依据等。正如前文所述,目前CAPP应用关键是在一个通用交互设计工具基础上实现多种专业工艺规程及指令文件编制,缺乏对各个工艺专业固有特征考虑。所以,伴随应用深入深入,肯定要求充足分析各专业工艺设计特点和特色需求,在知识基系统支持下,开发并实现各专业工艺设计和管理功效。如在成飞企业数控中心,针对飞机结构件框、梁、壁板等类零件结构复杂、有很多复杂槽腔和筋条,含有很高数控加工要求,在开发和应用了基于特征智能化工艺决议、自动化数控编程和数控加工仿真功效后,大大提升了工艺设计、数控编程效率和质量。因为新型飞机中大量使用复合材料结构件,复合材料结构件加工工艺技术亟待提升和积累。应用知识基系统和复合材料专业化工艺设计工具无疑将有力促进复合材料结构件加工工艺技术提升,增强新型飞机研制生产能力。3基于PBOM工艺组织与管理PBOM是组织和管理工艺数据关键,但目前CAPP还没有完全做到这一点。在三维工艺设计模式下,工艺数据形式和内容也发生了很大改变,为基于PBOM工艺数据组织和管理提出了新要求。零部件工艺数据除包含工艺结构化工艺信息、三维工艺模型和工艺过程模型、多种工艺文件以及MBOM等外,还需其她数据如工艺方案、制造资源信息（机床、毛坯、工装夹具、刀具）、数控程序、刀位文件等,还可能包含图片、动画等多个媒体形式数据。这些数据围绕PBOM和工艺结构数据进行组织和关联。同时工艺数据版本版次、有效性及技术状态信息十分关键,必需与业务过程管理相结合,实现工艺数据技术状态信息管理,这么才能经过产品工艺配置,形成产品完整正确地工艺信息和MBOM信息。与企业PDM系统结合,针对飞机制造工艺车间和企业两级管理模式,实现工艺业务过程管理,实现工艺业务（包含PBOM/MBOM管理、工艺分工、材料定额、工艺装备需求、车间工艺技术准备、NC程序和工艺仿真等）有序控制和网络化电子审签。基于PDM系统和三维模型轻量化和浏览工具,建立异地协同工作平台,实现产品设计与产品制造协同。基于三维产品模型或轻量化模型,实现产品设计模型异地浏览,进行产品可制造性分析。4可视化工艺在线实施系统在现有工艺现场应用条件下,因人为原因影响,工作失误时有发生。如在零件加工时工装刀具使用错误、NC程序下载错误、加工设备状态不正确等;在装配时错装、漏装现象等。这是因为工艺设计与工艺实施过程严重脱节,缺乏工艺实施力度和有效控制管理,工艺可了解性和指导性较差,操作人员往往依据经验和个人了解进行操作,没有严格根据工艺参数和技术要求进行作业,产品质量难以用工艺确保。其次,生产现场工艺实施状态和过程控制缺乏有效监督,生产过程中进度、技术状态和质量管控等信息不能被立刻有效地获取并反馈到调度部门。管理人员往往经过现场查看和调度协调会来了解进度、调整任务,控制粒度粗放,无法满足高质高效生产要求。开发和应用可视化工艺在线实施系统,利用基于三维模型工艺信息,经过三维可视化工艺过程模型或动画引导、控制操作人员进行生产。将条码技术应用于制造实施过程,严格工艺实施要求,强化对工艺实施过程控制（包含工艺装备检验和校验、物料检验和校验、开工条件检验、NC程序下载等）,对于关键工步,可利用工步提醒信息和警示信息及实践中总结出来经验技巧,对操作人员进行具体指导,从而从源头上杜绝了人为事故发生,而且充足发挥了三维可视化工艺对新职员示教作用。二维条码含有可靠性高、信息容量大、纠错能力强、印刷简便、成本低廉、可用多个阅读设备阅读和不需要数据库支持等很多优点。在工艺实施系统中提议使用二维条码。企业关键建设内容及计划针对目前飞机制造企业数字化工艺系统应用情况和发展需求,本文对飞机数字化工艺系统关键建设和总体计划进行了初步研究。该计划突出表现在以下4个方面:（1）在工艺设计功效方面,提供通用结构化工艺设计、工艺文件编辑、基于三维模型工艺设计工具等。以此为基础,针对各专业工艺特点,集成基于知识设计工具、建立专业知识库、实现专业基于知识设计,集成专业化工艺仿真工具系统（如数控加工仿真、钣金加工仿真、铸造工艺仿真、复材设计工具等）,实现专业工艺优化创新设计。（2）整个企业采取统一制造工艺管理基础平台和PDM系统紧密集成,共同实现产品工艺信息全生命周期管理（包含工艺数据管理、工艺业务管理、工艺技术状态管理、工艺协同工作管理等）,管理层次分明、结构清楚,保障产品工艺信息正确性、完整性和有效性。（3）与MES等系统集成,并建立可视化工艺在线实施系统,实现工艺在生产现场可视化显示、物料校验、开工条件检验、工作过程控制和制造过程及质量信息采集,有效提升工艺指导性和实施力度。（4）建立企业级工艺知识系统,提供工艺知识结构化建模、知识获取组织和管理维护、知识检索查询、基于知识培训和考评、基于知识决议支持和教授系统等,并实现与工艺信息化系统等集成应用,实现企业知识工程。结束语本文经过分析飞机制造业工艺信息化技术应用现实状况和发展需求,对飞机数字化工艺技术发展趋势进行了初步探讨,还需要在实际工程中深入深入和梳理。