飛機(jī)工藝裝備標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)路徑研究

梁 勇

（中航工業(yè)綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

飛機(jī)數(shù)字化研發(fā)環(huán)境下，飛機(jī)工藝裝備（以下簡(jiǎn)稱“工裝”）的設(shè)計(jì)、制造、管理的目標(biāo)、方式、方法、手段、理念等均發(fā)生了變化，工裝設(shè)計(jì)融入到飛機(jī)并行協(xié)同設(shè)計(jì)流程中，并實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化產(chǎn)品定義、測(cè)量和安裝[1]。工裝研制也進(jìn)入了柔性化工裝階段，工裝標(biāo)準(zhǔn)化需求也隨之改變。工裝的設(shè)計(jì)以數(shù)據(jù)化、結(jié)構(gòu)化的形式實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一和共享，不但能積累知識(shí)，更能為工裝設(shè)計(jì)制造的快速生產(chǎn)準(zhǔn)備和融入飛機(jī)設(shè)計(jì)提供快捷的支撐平臺(tái)。

本文分析了數(shù)字化環(huán)境下飛機(jī)工裝面向功能設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化需求，從而提出未來(lái)的工裝標(biāo)準(zhǔn)體系——面向功能設(shè)計(jì)的飛機(jī)工裝標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，同時(shí)給出了現(xiàn)有工裝標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化和結(jié)構(gòu)化、新增標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)化和數(shù)字化、工裝標(biāo)準(zhǔn)的工具和軟件化等3種實(shí)現(xiàn)途徑，為工裝標(biāo)準(zhǔn)化研究與實(shí)施提供了技術(shù)路線圖。

1 飛機(jī)工裝技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)及標(biāo)準(zhǔn)化需求

1.1 工裝的技術(shù)發(fā)展的主導(dǎo)因素和階段

工裝的技術(shù)發(fā)展的3個(gè)主導(dǎo)因素和5個(gè)階段的變化直接影響到工裝標(biāo)準(zhǔn)的變革[1]。飛機(jī)設(shè)計(jì)模式的變革、飛機(jī)裝配方式的變革、自動(dòng)化技術(shù)和信息技術(shù)應(yīng)用等3個(gè)主導(dǎo)因素決定了工裝標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的目標(biāo)和方向。機(jī)械式工裝階段、半自動(dòng)化工裝階段、柔性化工裝階段、自動(dòng)化工裝階段和工裝設(shè)備化階段等5個(gè)工裝研制技術(shù)發(fā)展階段決定了工裝標(biāo)準(zhǔn)化的內(nèi)容和范圍。工裝研制技術(shù)發(fā)展的3個(gè)主要因素和5個(gè)階段并不是互相斷開(kāi)的，在實(shí)際生產(chǎn)中，各階段工裝的典型形式可能同時(shí)存在并共同使用，各主導(dǎo)因素也相互作用并共同發(fā)展。

1.2 面向功能設(shè)計(jì)的工裝標(biāo)準(zhǔn)化需求

伴隨著數(shù)字化技術(shù)在各個(gè)工裝研發(fā)環(huán)節(jié)的普遍涉入，使工裝的研發(fā)理念產(chǎn)生了根本的變革。從飛機(jī)并行設(shè)計(jì)視角看，工裝已經(jīng)融入飛機(jī)研制階段，并參與了飛機(jī)詳細(xì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的裝配仿真等活動(dòng)，實(shí)現(xiàn)其要求的功能，工裝標(biāo)準(zhǔn)要給予定義；從工裝作為獨(dú)立的“產(chǎn)品”研發(fā)視角，以“功能需求”為牽引完成方案設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、仿真、制造、裝配、檢測(cè)、維護(hù)等產(chǎn)品全生命周期，工裝標(biāo)準(zhǔn)要支撐保障；從工裝數(shù)字化視角，工裝研發(fā)需要各類“庫(kù)”、“工具”、“系統(tǒng)”，工裝標(biāo)準(zhǔn)也必須隨之?dāng)?shù)字化。因此，未來(lái)的工裝標(biāo)準(zhǔn)，一定具備數(shù)字化、結(jié)構(gòu)化、工具化等特征，工裝標(biāo)準(zhǔn)不再是單一的“文本形式”，而是“數(shù)字化形式”，同時(shí)標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)均是為了實(shí)現(xiàn)工裝的功能。

工裝的研發(fā)已經(jīng)由“注重結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”向“面向功能設(shè)計(jì)”轉(zhuǎn)變。定位、夾持、支撐、調(diào)整、成形、檢測(cè)等功能成為工裝設(shè)計(jì)的主要服務(wù)目標(biāo)和內(nèi)容。面向功能設(shè)計(jì)時(shí)，更多的是考慮實(shí)現(xiàn)各種功能的典型結(jié)構(gòu)、典型零件和典型設(shè)計(jì)方法的選擇和組合，從而要求將原有的經(jīng)驗(yàn)、數(shù)據(jù)和實(shí)例進(jìn)行總結(jié)、提煉、加工、分類以及模塊化、結(jié)構(gòu)化、數(shù)字化。工裝研發(fā)逐漸演變成使用各種標(biāo)準(zhǔn)化的知識(shí)和工具，為了滿足功能的需求，按照標(biāo)準(zhǔn)化的研發(fā)流程，進(jìn)行各類“功能解決方案”的選擇、組合和優(yōu)化?？梢耘卸ǎ嫦蚬δ茉O(shè)計(jì)的工裝標(biāo)準(zhǔn)將成為未來(lái)工裝研發(fā)的重要支撐和設(shè)計(jì)資源。

2 面向功能設(shè)計(jì)的飛機(jī)工裝標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)

2.1 飛機(jī)工裝標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)的構(gòu)建原則和思路

為適應(yīng)新形勢(shì)下工裝標(biāo)準(zhǔn)化需要，工裝標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)應(yīng)反映工裝數(shù)字化設(shè)計(jì)的需求、工裝數(shù)字化制造的需求、工裝數(shù)字化管理的需求和工裝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)的需求。

2.1.1 構(gòu)建原則

兼顧現(xiàn)有工裝標(biāo)準(zhǔn)及其在體系中的位置；

兼顧現(xiàn)階段數(shù)字量傳遞與模擬量傳遞混合方式的企業(yè)現(xiàn)狀；

重點(diǎn)考慮數(shù)字量傳遞方式下的工裝標(biāo)準(zhǔn)化需求；

重點(diǎn)考慮柔性化工裝設(shè)計(jì)制造標(biāo)準(zhǔn)需求。

2.1.2 構(gòu)建思路

建立面向功能設(shè)計(jì)的工裝標(biāo)準(zhǔn)體系，各標(biāo)準(zhǔn)均圍繞“保障工裝設(shè)計(jì)快速達(dá)到預(yù)期功能”的目標(biāo)；

制定支撐“工裝數(shù)字化定義”標(biāo)準(zhǔn)，各標(biāo)準(zhǔn)均圍繞“結(jié)構(gòu)化、數(shù)據(jù)化”，以能夠直接在工裝數(shù)字化系統(tǒng)中直接使用；

反映工裝“三化”成果，注重“工裝典型結(jié)構(gòu)”方面標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化；

反映工裝數(shù)字化制造組織以及工裝數(shù)字化管理的需求，能夠?yàn)楣ぱb數(shù)字化軟件環(huán)境定制提供“流程化、模板化”依據(jù)，并規(guī)范軟件開(kāi)發(fā)實(shí)施。

2.2 體系架構(gòu)內(nèi)容

按照面向功能設(shè)計(jì)、數(shù)字化、結(jié)構(gòu)化的構(gòu)建思路，面向功能設(shè)計(jì)的工裝標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)分為可識(shí)性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、功能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計(jì)資源標(biāo)準(zhǔn)、制造資源標(biāo)準(zhǔn)和業(yè)務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)如圖1所示。

2.2.1 可識(shí)性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

主要是用于規(guī)定各類工裝數(shù)據(jù)、文件、模型、實(shí)物的通用技術(shù)語(yǔ)言，如標(biāo)識(shí)、代碼、表達(dá)、格式等。

2.2.2 功能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

主要用于規(guī)定工裝設(shè)計(jì)時(shí)所需考慮的各種因素、功能對(duì)象的設(shè)計(jì)要求、準(zhǔn)則，如設(shè)計(jì)依據(jù)、設(shè)計(jì)方法、功能特性、技術(shù)指標(biāo)等。

2.2.3 設(shè)計(jì)資源標(biāo)準(zhǔn)

主要用于規(guī)定工裝設(shè)計(jì)所需各類支撐數(shù)據(jù)的“數(shù)字化”要求，并以“數(shù)據(jù)庫(kù)”形式發(fā)布，如尺寸規(guī)格、模型實(shí)例等。

2.2.4 制造資源標(biāo)準(zhǔn)

主要用于規(guī)定工裝制造使用過(guò)程中所需各類支撐數(shù)據(jù)的“數(shù)字化”要求，并以“數(shù)據(jù)庫(kù)”形式發(fā)布，如模板（含填寫要求）、操作實(shí)例等。

圖1 面向功能設(shè)計(jì)的工裝標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)

2.2.5 業(yè)務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)

主要用于規(guī)定數(shù)字化環(huán)境下，設(shè)計(jì)、制造、試驗(yàn)、管理等各類研發(fā)活動(dòng)的工作程序，并以“軟件功能”形式發(fā)布，如流程環(huán)節(jié)、流程控制等要求。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目特征

為了適應(yīng)未來(lái)工裝數(shù)字化設(shè)計(jì)制造和管理的需要，工裝設(shè)計(jì)的主要目的是實(shí)現(xiàn)其預(yù)定的功能，而不再是單單局限于“結(jié)構(gòu)形式”。同時(shí)，“預(yù)定的功能”是在飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)“仿真”等活動(dòng)提出、計(jì)算、模擬并最終確定的。因此，面向功能設(shè)計(jì)的工裝標(biāo)準(zhǔn)的具體內(nèi)容要具備以下特征：

服務(wù)于功能設(shè)計(jì)；

可數(shù)字化、結(jié)構(gòu)化；

顆粒度細(xì)化到最小單元，以便重復(fù)利用；標(biāo)準(zhǔn)的載體形式多樣。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目示例

基于上述分析，面向功能設(shè)計(jì)的工裝標(biāo)準(zhǔn)多數(shù)以數(shù)據(jù)庫(kù)、工具等載體形式發(fā)布，標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目應(yīng)依據(jù)設(shè)計(jì)需求動(dòng)態(tài)增補(bǔ)、擴(kuò)充、修改。對(duì)于“數(shù)據(jù)庫(kù)”形式標(biāo)準(zhǔn)其錄入的每一條“數(shù)據(jù)”均是一項(xiàng)“標(biāo)準(zhǔn)”，對(duì)于“工具”形式標(biāo)準(zhǔn)其每個(gè)“功能”均是一項(xiàng)“標(biāo)準(zhǔn)”。因此要嚴(yán)控“標(biāo)準(zhǔn)”的發(fā)布程序，即按標(biāo)準(zhǔn)制定程序完成提出、征求意見(jiàn)、評(píng)審等環(huán)節(jié)之外，還要進(jìn)行演示驗(yàn)證和測(cè)試驗(yàn)證。

標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目示例見(jiàn)表1。

3 飛機(jī)工裝標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)實(shí)現(xiàn)路徑

工裝標(biāo)準(zhǔn)的“載體形式”變化以及標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象的變化，工裝標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)路徑也要改變以“標(biāo)準(zhǔn)編制”為主的模式。面向功能設(shè)計(jì)的工裝標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)應(yīng)從3個(gè)途徑實(shí)現(xiàn)：現(xiàn)有工裝標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化和結(jié)構(gòu)化、新增標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)化和數(shù)字化、工裝標(biāo)準(zhǔn)的工具和軟件化。

3.1 現(xiàn)有工裝標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化和結(jié)構(gòu)化

從目前航空行業(yè)工裝標(biāo)準(zhǔn)存量分析，主要的工裝標(biāo)準(zhǔn)集中在通用工裝零件尺寸規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)、工裝管理標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于不同類型的標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)字化和結(jié)構(gòu)化工作內(nèi)容也不同。

3.1.1 通用工裝零件尺寸規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)

通用工裝零件主要是指刀具、量具、夾具、模具、工具等。其數(shù)字化和結(jié)構(gòu)化工作主要分為兩類：第一，完成通用工裝零件驗(yàn)收規(guī)范的整理，即明確各類通用工裝的技術(shù)條件、驗(yàn)收準(zhǔn)則和方法，可按照功能和結(jié)構(gòu)不同進(jìn)行細(xì)化類型，如中型孔系支撐件規(guī)范；第二，完成各類零件的尺寸規(guī)格建模，并形成模型庫(kù)，并補(bǔ)充供應(yīng)商、主要技術(shù)條件、庫(kù)存數(shù)量等信息。

3.1.2 工裝管理標(biāo)準(zhǔn)

工裝管理標(biāo)準(zhǔn)要按照其內(nèi)容和對(duì)象，分為兩種情況：第一，涉及到職責(zé)、流程的，按照業(yè)務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)，梳理環(huán)節(jié)，明確各環(huán)節(jié)工作內(nèi)容和交付物，各環(huán)節(jié)職責(zé)分工，并在數(shù)字化管理系統(tǒng)（如PDM、CAPP）中進(jìn)行角色定制和環(huán)節(jié)定制；第二，涉及到標(biāo)識(shí)、標(biāo)記、版本等表征標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)象可識(shí)性信息的，按照可識(shí)性標(biāo)準(zhǔn)的要素編排結(jié)構(gòu)，明確各類可識(shí)性信息的表達(dá)、結(jié)構(gòu)和格式。

表1 面向功能設(shè)計(jì)的工裝標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目示例

3.1.3 其他設(shè)計(jì)要求類標(biāo)準(zhǔn)

按照功能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的劃分，將其設(shè)計(jì)要素進(jìn)行拆分，細(xì)化至“可重復(fù)使用”的單元，并進(jìn)行描述。

3.2 新增工裝標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化和結(jié)構(gòu)化

隨著工裝數(shù)字化研發(fā)的不斷工作，將會(huì)積累越來(lái)越多的實(shí)例、數(shù)據(jù)和文檔。未來(lái)新增工裝標(biāo)準(zhǔn)主要從這些對(duì)象中提出、確定、發(fā)布和使用。

3.2.1 典型工裝結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化

從不同功能的工裝模型實(shí)例中提取共性要素，形成典型結(jié)構(gòu)庫(kù)、通用零件模型庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)件庫(kù)等具體數(shù)據(jù)。

3.2.2 典型文檔模板的標(biāo)準(zhǔn)化

從各類文檔、設(shè)計(jì)報(bào)告、試驗(yàn)報(bào)告、程序文件、記錄文件中提出共性模板，形成“模板庫(kù)”并輔助以填寫說(shuō)明。

3.2.3 新功能的設(shè)計(jì)要求標(biāo)準(zhǔn)化

對(duì)于不同飛機(jī)提出的新的“預(yù)定的功能”，在功能設(shè)計(jì)各要素、可識(shí)性各要素中，增補(bǔ)新的技術(shù)要求。

3.3 工裝標(biāo)準(zhǔn)的工具化和軟件化

標(biāo)準(zhǔn)中的數(shù)據(jù)、流程、模型要直接用于數(shù)字化設(shè)計(jì)，必須要有軟件和工具支撐。因此，工裝標(biāo)準(zhǔn)的工具和軟件化將成為工裝標(biāo)準(zhǔn)化工作的重要內(nèi)容。

3.3.1 按標(biāo)準(zhǔn)定制工具和軟件

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)要求，設(shè)置工具或軟件的環(huán)境，并定期維護(hù)和檢查，進(jìn)而成為“標(biāo)準(zhǔn)化審查”的主要工作內(nèi)容。

3.3.2 按工具和軟件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化審查

對(duì)設(shè)計(jì)活動(dòng)中使用“數(shù)據(jù)庫(kù)”型式標(biāo)準(zhǔn)的情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以改進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。

4 結(jié)論與建議

標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化、結(jié)構(gòu)化、工具化是標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用于數(shù)字化研發(fā)環(huán)境的必然趨勢(shì)。工裝設(shè)計(jì)不局限于結(jié)構(gòu)形式而直接面向功能也是當(dāng)前的發(fā)展趨勢(shì)。工裝技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)在數(shù)字化技術(shù)的融入下，結(jié)合在一起快速發(fā)展。一方面，利用數(shù)字化為工裝設(shè)計(jì)提供更加快捷的標(biāo)準(zhǔn)資源；另一方面，利用標(biāo)準(zhǔn)化為工裝設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確、可用的豐富的知識(shí)資源。隨之帶來(lái)是工裝標(biāo)準(zhǔn)化工作內(nèi)容和模式的變革。

4.1 結(jié)論

工裝標(biāo)準(zhǔn)體系面向未來(lái)技術(shù)發(fā)展，要徹底變革，工裝的可識(shí)性、功能性設(shè)計(jì)要求成為其基本部分，工裝設(shè)計(jì)資源和制造資源標(biāo)準(zhǔn)的“數(shù)據(jù)庫(kù)”型式將成為其核心部分，工裝研發(fā)業(yè)務(wù)流程標(biāo)準(zhǔn)將成為其與軟件工具融合的切入點(diǎn)。

工裝標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化和結(jié)構(gòu)化將成為未來(lái)工裝標(biāo)準(zhǔn)化工作的主要內(nèi)容，而對(duì)于工具和軟件的標(biāo)準(zhǔn)符合性檢查將成為今后標(biāo)準(zhǔn)化審查的重點(diǎn)和工作途徑。

工裝研發(fā)技術(shù)人員將成為工裝標(biāo)準(zhǔn)化各項(xiàng)任務(wù)主要參與者、執(zhí)行者和監(jiān)督者，工裝標(biāo)準(zhǔn)化專職人員將逐步成為工裝設(shè)計(jì)知識(shí)的維護(hù)者和管理者。

4.2 建議

對(duì)工裝研發(fā)流程進(jìn)行梳理，以功能設(shè)計(jì)為核心目標(biāo)，以利用資源為輔助要求，以數(shù)字化工具和軟件為對(duì)象，改變工裝研發(fā)人員的工作模式。

對(duì)現(xiàn)有工裝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)字化和結(jié)構(gòu)化改造，積極研發(fā)是適應(yīng)于未來(lái)工裝數(shù)字化研發(fā)所需的各類標(biāo)準(zhǔn)。

聯(lián)合各飛機(jī)制造企業(yè)工裝研發(fā)部門，資源共享，共同規(guī)劃和研發(fā)面向功能設(shè)計(jì)的工裝標(biāo)準(zhǔn)體系和項(xiàng)目。

[1] 范玉青，梅中義，陶劍.大型飛機(jī)數(shù)字化制造工程[M].北京：航空工業(yè)出版社，2000.

[2] 梁勇，周丹，皮付見(jiàn).民機(jī)研制中工藝裝備技術(shù)發(fā)展及其標(biāo)準(zhǔn)化[J].航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量，2008.4.