淺析航空鈑金數(shù)字化快速工藝準(zhǔn)備系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

姜秀玉

摘 要：針對CAE技術(shù)在航空制造領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛，文章分析了航空鈑金數(shù)字化快速工藝準(zhǔn)備系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想，以及系統(tǒng)涉及到的關(guān)鍵技術(shù)，希望對航空鈑金制造數(shù)字化發(fā)展具有一定幫助。

關(guān)鍵詞：航空鈑金；數(shù)字化；快速工藝準(zhǔn)備

引言

當(dāng)前，在航空制造領(lǐng)域中，CAE技術(shù)應(yīng)用越來越廣泛，先進(jìn)的分析軟件在國內(nèi)所有的飛機(jī)設(shè)計(jì)以及制造廠中有已經(jīng)配備，并且已經(jīng)應(yīng)用在相關(guān)的工藝準(zhǔn)備環(huán)節(jié)中，對飛機(jī)鈑金精準(zhǔn)制造發(fā)展具有很大幫助。但是，也存在一定的問題，在應(yīng)用先進(jìn)分析工具過程中，往往僅為工藝準(zhǔn)備的局部環(huán)節(jié)，并不能夠緊密聯(lián)系到工藝優(yōu)化環(huán)節(jié)；軟件更多則是進(jìn)行檢驗(yàn)和分析的簡單應(yīng)用，不能很好地優(yōu)化以及反饋相關(guān)的工藝設(shè)計(jì)[1]。另外，由于商用軟件具有功能眾多、操作復(fù)雜等特點(diǎn)，并沒有特別針對航空鈑金設(shè)計(jì)專業(yè)化模塊，這就使得在學(xué)習(xí)軟件過程中，要求具有較高素質(zhì)的工藝人員，經(jīng)常和軟件廠商進(jìn)行溝通。設(shè)計(jì)效率一直較為低下，由于上述問題制約著數(shù)字化分析方法在飛機(jī)鈑金制造中的應(yīng)用，應(yīng)該進(jìn)行積極的改革處理，保證有效的應(yīng)用數(shù)字化分析手段，確保在整個制造流程中的良好作用，所以，應(yīng)該涉及到與其他的軟件、硬件相互配合的問題，盡力營造滿足精準(zhǔn)化制造的數(shù)字環(huán)境。對于數(shù)字環(huán)境的具體要求，表現(xiàn)在：一是，在進(jìn)行工藝、工裝設(shè)計(jì)優(yōu)化、零件定型方面，要積極和分析手段進(jìn)行聯(lián)系；二是，進(jìn)一步規(guī)范化數(shù)值建模和分析的具體要求，使得使用者條件有所降低；三是，不斷確保分析和優(yōu)化效率的提高，能夠在真正的制造中應(yīng)用好仿真分析。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

在進(jìn)行飛機(jī)鈑金精準(zhǔn)制造過程中，則是致力于在盡可能短的周期內(nèi)，有效降低制造成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量。所以，對于具體的成型過程中可能碰上的質(zhì)量問題，應(yīng)該盡量在設(shè)計(jì)階段進(jìn)行有效避免，并且，應(yīng)該通過有效的制造前的工藝規(guī)劃和設(shè)計(jì)，來保證成本、效率和質(zhì)量的共同優(yōu)化處理。特別是對于工藝準(zhǔn)備中的審查中，應(yīng)該盡量考慮到各種情況，避免出現(xiàn)相關(guān)的工藝缺陷問題，應(yīng)該在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)對各種質(zhì)量問題進(jìn)行預(yù)先消除，這樣才是有效進(jìn)行精準(zhǔn)制造的著手點(diǎn)[2]。

根據(jù)對飛機(jī)鈑金數(shù)字化制造中的數(shù)字化快速工藝準(zhǔn)備進(jìn)行分析，可以看出，信息化技術(shù)水平在飛機(jī)制造領(lǐng)域的應(yīng)用越來越高，已經(jīng)能夠通過CAD/CAE/CAPP平臺完成進(jìn)行相關(guān)的工藝化準(zhǔn)備工作。在現(xiàn)存的數(shù)字化制造流程基礎(chǔ)上，通過有效的科學(xué)技術(shù)手段的引入，保證數(shù)字化快速工藝準(zhǔn)備技術(shù)的有效性，能夠有效針對各項(xiàng)工作進(jìn)行有效審查。同時，能夠?qū)⒉缓细竦牧慵M(jìn)行返回修改，并能提出有效的缺陷解決措施，保證發(fā)放的都是合格的零件。對于具體的工藝流程來說，應(yīng)該充分利用CAE技術(shù)，保證有效進(jìn)行缺陷和質(zhì)量的預(yù)測，通過相應(yīng)的解決方案，保證各種質(zhì)量問題得到有效排除。對于工裝設(shè)計(jì)階段來說，應(yīng)該通過有效的模面快速設(shè)計(jì)工具，保證流程化的順利進(jìn)行，同時，能夠優(yōu)化相關(guān)的工裝模面，使得后續(xù)出現(xiàn)的幾何精度以及成型質(zhì)量問題得到解決。最后，對于零件在生產(chǎn)現(xiàn)場中的質(zhì)量問題來說，應(yīng)該保證通過數(shù)字化快速工藝準(zhǔn)備機(jī)制，使得零件的反復(fù)修整次數(shù)逐漸減少。

充分考慮到在具體的數(shù)字化制造過程中涉及到的快速工藝準(zhǔn)備技術(shù)的具體相關(guān)需求，在進(jìn)行設(shè)計(jì)支撐軟件系統(tǒng)中，應(yīng)該保證根據(jù)下列的設(shè)計(jì)原則進(jìn)行。

第一，對于應(yīng)用效果來說，應(yīng)該保證生產(chǎn)成本降低并且有利于成形缺陷的消除及質(zhì)量的進(jìn)一步提高。針對飛機(jī)鈑金工藝的缺陷問題，應(yīng)保證有效的技術(shù)手段。

第二，針對功能上來說，應(yīng)該根據(jù)不同工藝準(zhǔn)備環(huán)節(jié)用戶的需求，提出相應(yīng)的有效方法，對于根據(jù)CAE為基礎(chǔ)的數(shù)字化工藝準(zhǔn)備來說，CAE技術(shù)的需求在具體的每個工作環(huán)節(jié)中都不同。這樣就應(yīng)該保證能有效對于工藝審查中的成形進(jìn)行快速分析，能夠較為準(zhǔn)確地判斷出工藝設(shè)計(jì)中的缺陷問題，通過相應(yīng)的工裝設(shè)計(jì)將結(jié)果有效反饋在模面設(shè)計(jì)中。

第三，對于集成性來說，根據(jù)數(shù)字化工藝需求的相應(yīng)的配套軟件系統(tǒng)，一定要要求能夠繼承現(xiàn)有的航空廠內(nèi)的數(shù)字化環(huán)境。

2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)框架與功能分析

根據(jù)不同的客戶提供相應(yīng)的設(shè)計(jì)以及優(yōu)化要求，系統(tǒng)能夠進(jìn)行有效處理，對于工藝人員來說，能夠有效實(shí)現(xiàn)工藝分析和設(shè)計(jì)，以及缺陷功能預(yù)測等功能；對于工藝審查人員來說，能夠有效判斷快速成形性內(nèi)容、成型方式等；對于工裝設(shè)計(jì)人員來說，能夠?qū)崿F(xiàn)回彈補(bǔ)償以及快速的模面設(shè)計(jì)等功能。通過上述有效的組合方式，保證形成一系列的鈑金成型知識庫、快速工裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)以及快速工藝仿真系統(tǒng)等三個方面，還包括相關(guān)的鈑金工藝知識數(shù)據(jù)以及涉及到相關(guān)的材料性能等。針對快速工藝準(zhǔn)備系統(tǒng)，上述存在的三個子系統(tǒng)其主要功能分析如下：第一，對于快速工藝分析系統(tǒng)來說，能夠有效利用數(shù)值模擬方法，實(shí)現(xiàn)回彈補(bǔ)償，進(jìn)行有效的快速成形性分析；第二，對于模面快速設(shè)計(jì)與優(yōu)化系統(tǒng)來說，能夠保證模面具有快速回彈補(bǔ)償，以及快速設(shè)計(jì)等功能；第三，對于成形工藝知識庫系統(tǒng)來說，主要包括相關(guān)的輔助工藝審查、工裝設(shè)計(jì)以及工藝設(shè)計(jì)，以及相應(yīng)的輔助缺陷診斷方面的功能。

2.2 系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)管理探討

可以看出，這種通過PDM系統(tǒng)為核心的產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理非常有效，能夠在航空制造業(yè)中發(fā)揮重要的作用，能夠有效集合相應(yīng)CAD、CAM、CAE等應(yīng)用軟件以及數(shù)據(jù)庫，所以，在進(jìn)行數(shù)字化工藝準(zhǔn)備系統(tǒng)的實(shí)施過程中，充分考慮到了有效集成相應(yīng)的CAX、PDM等系統(tǒng)。

一般來說，對于CAE系統(tǒng)往往具有非常復(fù)雜的數(shù)據(jù)管理問題，比如，涉及到相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)、模型、材料以及參數(shù)輸入，輸出格式等方面的管理，還涉及到相應(yīng)的不同平臺的數(shù)據(jù)接口問題等方面。這種多余復(fù)雜的數(shù)據(jù)使得企業(yè)有效進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的負(fù)擔(dān)進(jìn)一步加重，不能采用有效的先進(jìn)分析方法。所以，應(yīng)該在具體的實(shí)踐過程中，有效保證數(shù)據(jù)的輕量化處理，使得不同平臺之間的交互影響盡量減少，這點(diǎn)在設(shè)計(jì)快速工藝準(zhǔn)備系統(tǒng)具有重要意義。此系統(tǒng)能有效對于CATIA內(nèi)部的功能組件進(jìn)行調(diào)用，還能有效借用CATIACAD（MechanicalDesign）框架下幾何特征樹的管理方式，這樣就能將零件與模面的關(guān)鍵幾何信息關(guān)聯(lián)起來，特征面和特征草圖等幾何數(shù)據(jù)均可直接映射。

3 結(jié)束語

文章分析了面向飛機(jī)鈑金精準(zhǔn)制造的數(shù)字化工藝準(zhǔn)備系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則，構(gòu)建了飛機(jī)鈑金快速工藝準(zhǔn)備系統(tǒng)的框架，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能組成，建立了系統(tǒng)集成與數(shù)據(jù)管理方式。系統(tǒng)基于CATIACAA平臺開發(fā)，將工藝準(zhǔn)備中工裝設(shè)計(jì)、回彈補(bǔ)償、工藝仿真分析等工作集成于CATIA環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)管理的輕量化。

參考文獻(xiàn)

[1]賀劍，劉闖，王俊彪，等.基于知識的飛機(jī)鈑金零件制造指令設(shè)計(jì)系統(tǒng)研究與開發(fā)[J].制造指令設(shè)計(jì)，2012，31（1）.

[2]王俊彪，劉闖，韓曉寧.面向制造的飛機(jī)鈑金零件多態(tài)模型[J].航空學(xué)報(bào)，2007，28（2）.