飛機(jī)鈑金成形信息化現(xiàn)狀與關(guān)鍵技術(shù)解決途徑*

劉 闖，范玉斌，王俊彪

（西北工業(yè)大學(xué)陜西省數(shù)字化制造工程技術(shù)研究中心，西安 710072）

劉 闖 副教授，博士，主要研究方向?yàn)閿?shù)字化制造與智能制造，針對(duì)航空鈑金成形等制造工藝、制造模型及其數(shù)字化定義技術(shù)、工藝知識(shí)重用方法與技術(shù)開(kāi)展了深入的研究開(kāi)發(fā)，目前正在航空主機(jī)廠開(kāi)展框肋類(lèi)鈑金件精確成形制造技術(shù)推廣應(yīng)用。

對(duì)航空制造業(yè)而言，信息化涉及飛機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)需求、設(shè)計(jì)、制造、供銷(xiāo)、維修服務(wù)等各個(gè)環(huán)節(jié)的改造調(diào)整，是指制造企業(yè)利用現(xiàn)代信息技術(shù)，通過(guò)對(duì)信息資源的深度開(kāi)發(fā)和信息技術(shù)的廣泛利用，構(gòu)建以數(shù)字化為核心的先進(jìn)設(shè)計(jì)、制造和服務(wù)技術(shù)，帶動(dòng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造方法、工具和模式的創(chuàng)新。飛機(jī)作為高技術(shù)復(fù)雜度的產(chǎn)品，在設(shè)計(jì)制造信息化的發(fā)展和應(yīng)用方面走在前列。數(shù)字化定義、數(shù)字化預(yù)裝配、數(shù)字樣機(jī)、基于模型的定義等技術(shù)引發(fā)了飛機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)的重大變革。但同時(shí)，工程界必須要面對(duì)一個(gè)新的挑戰(zhàn)，即：如何讓數(shù)字化設(shè)計(jì)的成果既“好看”，又“好用”，如何讓制造也能完全適應(yīng)數(shù)字化趨勢(shì)而協(xié)調(diào)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)制造的全面變革[1]。

飛機(jī)金屬材料零件加工工藝主要包括機(jī)加和鈑金兩大類(lèi)。針對(duì)每類(lèi)工藝發(fā)展數(shù)字化制造技術(shù)，源于其將材料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的技術(shù)特點(diǎn)。鈑金成形技術(shù)是利用金屬板材、型材和管材在一定載荷條件下具有的塑性變形特點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)零件形狀和組織性能改變的一種加工技術(shù)[2]。成形制造技術(shù)及裝備水平已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造水平的重要標(biāo)志，在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和開(kāi)發(fā)能力[3]。有人說(shuō)機(jī)加技術(shù)是“加減法”，鈑金成形技術(shù)是“微積分”，這在一定程度上反映了鈑金成形問(wèn)題的特殊性。

框肋、蒙皮、壁板、型材等鈑金件構(gòu)成飛機(jī)機(jī)體的框架和氣動(dòng)外形，是飛機(jī)的主要結(jié)構(gòu)件，材料種類(lèi)多，一般具有復(fù)雜的曲線(xiàn)、曲面外形，尺寸各異，厚度小，剛度較差等特點(diǎn)，迄今對(duì)鈑金成形機(jī)理的掌握仍然十分有限。鈑金成形具有零件品種多、批量小、工藝方法多等特點(diǎn)，采用橡皮囊液壓成形、拉彎成形、拉伸成形、噴丸成形等多種專(zhuān)用成形工藝。

隨著飛機(jī)產(chǎn)品性能要求不斷提高，鈑金件結(jié)構(gòu)日益復(fù)雜、新型材料不斷應(yīng)用、制造周期和質(zhì)量要求也不斷提高。信息化是現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的使能器，是發(fā)展先進(jìn)鈑金成形技術(shù)的必然選擇，建立鈑金成形數(shù)字化制造技術(shù)體系是提高鈑金制造效率、經(jīng)濟(jì)效益和保證飛機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量的根本途徑。高效高質(zhì)量制造是世界各國(guó)在鈑金件制造技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)方面一致的認(rèn)識(shí)，也是鈑金件成形信息化、構(gòu)建數(shù)字化生產(chǎn)線(xiàn)的目標(biāo)之所在。如果不重視占飛機(jī)機(jī)體結(jié)構(gòu)零件數(shù)50%的鈑金件的成形制造信息化，飛機(jī)制造的信息化只能是一句空話(huà)?？梢?jiàn)，飛機(jī)制造的數(shù)字化離不開(kāi)鈑金成形的數(shù)字化。

鈑金件數(shù)字化生產(chǎn)線(xiàn)作為整個(gè)飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)字化制造系統(tǒng)的組成部分，有其獨(dú)特之處。眾所周知，由于鈑金塑性成形的特性，鈑金件設(shè)計(jì)模型數(shù)字量的直接傳遞并不能實(shí)現(xiàn)精確制造，毛坯展開(kāi)形狀、回彈補(bǔ)償量、工藝參數(shù)等數(shù)據(jù)決定了鈑金件是否能夠快速、精確成形。鈑金成形信息化過(guò)程復(fù)雜而龐大，系統(tǒng)內(nèi)所涉及到的各種成形方法、數(shù)字量各具“個(gè)性”，鈑金數(shù)字化制造所涉及的關(guān)鍵技術(shù)也非常多。

本文針對(duì)航空鈑金成形技術(shù)的發(fā)展，在已有數(shù)控設(shè)備應(yīng)用的基礎(chǔ)上，分析了鈑金成形信息化的內(nèi)涵和技術(shù)組成，綜述了國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，從“信息”和“技術(shù)”兩方面提出鈑金成形信息化的關(guān)鍵技術(shù)解決途徑。

鈑金成形信息化國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

鈑金件成形信息化就是應(yīng)用信息技術(shù)對(duì)制造所涉及的所有對(duì)象和活動(dòng)進(jìn)行表達(dá)、處理和控制，是將計(jì)算模型、仿真工具和科學(xué)試驗(yàn)應(yīng)用于鈑金件成形裝備、工藝過(guò)程和系統(tǒng)的定量描述與分析，對(duì)鈑金件制造全過(guò)程中的復(fù)雜物理現(xiàn)象和信息演變過(guò)程進(jìn)行定量計(jì)算、模擬和控制，用于確定鈑金成形工藝參數(shù)、優(yōu)化工藝模型和預(yù)測(cè)加工過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷，實(shí)現(xiàn)對(duì)鈑金件形狀和性能的預(yù)測(cè)和有效控制，提高制造裝備的適應(yīng)性，增強(qiáng)制造系統(tǒng)的可維護(hù)性和制造知識(shí)的可重用性，促使制造活動(dòng)由部分定量、經(jīng)驗(yàn)的試錯(cuò)模式向全面數(shù)字化的計(jì)算和推理模式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)高效率、高精度的制造[4]。

鈑金成形信息化涉及信息技術(shù)在鈑金件制造過(guò)程中的應(yīng)用、鈑金件制造信息資源的開(kāi)發(fā)、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定、技術(shù)人才的培養(yǎng)、硬件及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)等多個(gè)方面。鈑金件成形技術(shù)與信息技術(shù)融合、發(fā)展和應(yīng)用的結(jié)果就是鈑金數(shù)字化制造技術(shù)。鈑金成形制造過(guò)程由工藝、工裝的設(shè)計(jì)過(guò)程，資源計(jì)劃過(guò)程和將資源轉(zhuǎn)變?yōu)榱慵某尚渭庸み^(guò)程組成。根據(jù)研究重點(diǎn)不同，鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)分為以設(shè)計(jì)為中心的鈑金件數(shù)字化制造、以管理為中心的鈑金件數(shù)字化制造和以控制為中心的鈑金件數(shù)字化制造，3者相輔相成，共同構(gòu)成先進(jìn)鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)[1]。精確和高效是制造技術(shù)追求的永恒主題。我國(guó)各航空主機(jī)廠大量引進(jìn)和使用數(shù)控成形設(shè)備以替代手工操作設(shè)備，自動(dòng)化程度大幅提高，在此基礎(chǔ)上發(fā)展鈑金件制造技術(shù)，使成形出的零件既符合質(zhì)量上的要求，又符合經(jīng)濟(jì)上的要求，成為鈑金成形信息化要解決的主要問(wèn)題。

（1）國(guó)外研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。

歐美航空制造企業(yè)針對(duì)鈑金件制造綜合采用成形數(shù)值模擬、工藝數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)字化定義等數(shù)字化技術(shù)，通過(guò)工藝模型、工藝過(guò)程和成形模具的綜合優(yōu)化，確定鈑金成形工藝參數(shù)、優(yōu)化工藝模型和預(yù)測(cè)加工過(guò)程中可能產(chǎn)生的缺陷，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、廢品率低、制造周期短。數(shù)值模擬技術(shù)、回彈控制技術(shù)等成果在很大程度上有力地促進(jìn)了成形技術(shù)的發(fā)展[3]。目前，針對(duì)橡皮囊液壓成形、型材拉彎、噴丸成形、時(shí)效蠕變成形等航空專(zhuān)用鈑金成形工藝過(guò)程的數(shù)值模擬都有探索，用于預(yù)測(cè)、檢驗(yàn)工藝與工裝設(shè)計(jì)的合理性。空客A380的機(jī)翼整體壁板蠕變成形采用數(shù)值模擬優(yōu)化工藝模型。基于數(shù)值模擬的迭代修模法可分為應(yīng)力反向補(bǔ)償法和節(jié)點(diǎn)幾何補(bǔ)償法[5-6]。節(jié)點(diǎn)幾何補(bǔ)償方法由于收斂速度快、易于實(shí)現(xiàn)而得到廣泛應(yīng)用；在該方法中，模具型面的準(zhǔn)確性和計(jì)算時(shí)間取決于節(jié)點(diǎn)數(shù)量的多少和補(bǔ)償回彈的數(shù)值計(jì)算方法。鈑金件品種項(xiàng)數(shù)多、所用材料多、工藝方法多，在目前技術(shù)條件下，在影響鈑金件制造質(zhì)量的諸多因素中，能夠完全定量把握的并不多，且由于實(shí)際成形過(guò)程因素復(fù)雜、相互耦合，數(shù)值模擬技術(shù)可用于優(yōu)化工藝模型而減少試錯(cuò)次數(shù)，但還無(wú)法做到精確預(yù)測(cè)而實(shí)現(xiàn)鈑金件精確成形[1]。

解決鈑金件制造工程問(wèn)題的有效技術(shù)工具是承載標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)知識(shí)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等內(nèi)容的鈑金工藝數(shù)據(jù)庫(kù)。目前波音公司和空中客車(chē)公司等航空企業(yè)多年來(lái)均建立起了完善的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)，在鈑金件回彈補(bǔ)償、蒙皮拉形、噴丸成形、時(shí)效蠕變成形等工藝中存儲(chǔ)和管理著大量專(zhuān)有的工藝知識(shí)和技術(shù)數(shù)據(jù)，加之近年來(lái)發(fā)展的基于模型的數(shù)字化定義技術(shù)，工程技術(shù)人員直接根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)鈑金件制造所用模型并傳遞至成形模具設(shè)計(jì)，從而可使產(chǎn)品供應(yīng)商按數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)提供的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范來(lái)生產(chǎn)零部件，但作為鈑金件數(shù)字化制造核心載體的工藝數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)外卻始終保密。國(guó)內(nèi)航空企業(yè)已清醒地認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，在飛機(jī)轉(zhuǎn)包生產(chǎn)中，按照外方提供的毛坯數(shù)模、回彈補(bǔ)償后的成形模具進(jìn)行生產(chǎn)，可以使鈑金件一次精確成形，但卻始終無(wú)法獲取更多的相關(guān)數(shù)據(jù)。

（2）國(guó)內(nèi)研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。

國(guó)內(nèi)十分重視鈑金成形信息化，我國(guó)航空制造企業(yè)先后引進(jìn)了各種鈑金件專(zhuān)用數(shù)控成形設(shè)備；在鈑金成形工藝信息化研究方面，企業(yè)和高校多個(gè)單位產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合開(kāi)展了鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)研究，從什么是鈑金件數(shù)字化制造到各個(gè)單項(xiàng)鈑金工藝設(shè)計(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)、從鈑金工藝數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建到成體系數(shù)據(jù)庫(kù)工程技術(shù)開(kāi)發(fā)，鈑金件成形信息化研究工作不斷深入，鈑金件數(shù)字化制造各個(gè)單項(xiàng)技術(shù)工程化程度逐步提高，已經(jīng)構(gòu)建了鈑金工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、工藝流程庫(kù)和典型鈑金工藝參數(shù)庫(kù)，充實(shí)了一定量的數(shù)據(jù)，涵蓋的材料包括鋁合金、鋁鋰合金、鈦合金；涵蓋的工藝包括橡皮囊液壓成形、蒙皮拉形、整體壁板噴丸成形、型材拉彎和熱成形等[7-8]；整體壁板展開(kāi)建模、框肋零件橡皮囊液壓成形回彈補(bǔ)償、型材拉彎回彈控制、型材熱壓下陷回彈控制等鈑金件數(shù)字化制造各個(gè)單項(xiàng)技術(shù)工程化程度逐步提高，推廣應(yīng)用工作逐步開(kāi)展。因此，全面提升鈑金件制造技術(shù)水平的研究基礎(chǔ)已經(jīng)具備。

在工程應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)航空主機(jī)廠在型號(hào)產(chǎn)品研制中展開(kāi)了復(fù)雜鈑金件工藝技術(shù)研究，進(jìn)行了各項(xiàng)工藝試驗(yàn)，解決了型號(hào)產(chǎn)品研制中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，但這些數(shù)據(jù)缺少積累和管理，一些成熟經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)沒(méi)有得到集成應(yīng)用，使得鈑金件成形過(guò)程中傳遞的雖然名義是數(shù)字量，但實(shí)際上由于數(shù)字量的不準(zhǔn)確，仍然存在反復(fù)試錯(cuò)和成形質(zhì)量不高、需要校形的問(wèn)題。航空制造企業(yè)已開(kāi)始將數(shù)值模擬技術(shù)應(yīng)用于企業(yè)鈑金成形工藝和模具設(shè)計(jì)，引進(jìn)了PAM-STAMP等商品化模擬分析軟件，輔助工程技術(shù)人員仿真復(fù)雜鈑金件成形過(guò)程的應(yīng)力、應(yīng)變及可能出現(xiàn)的缺陷情況[9]。

從國(guó)內(nèi)外研究應(yīng)用情況可以看出，通過(guò)鈑金成形信息化建立鈑金件數(shù)字化生產(chǎn)線(xiàn)是實(shí)現(xiàn)鈑金件高效、精確制造的必由之路。鈑金件制造信息的數(shù)字化和精確化程度是衡量鈑金件數(shù)字化制造水平的標(biāo)志。鈑金數(shù)字化生產(chǎn)是用數(shù)字量驅(qū)動(dòng)制造現(xiàn)場(chǎng)完成鈑金件成形制造過(guò)程。基礎(chǔ)是指對(duì)各類(lèi)鈑金件制造信息數(shù)字化表達(dá)、管理與集成，即以信息的數(shù)字化程度來(lái)衡量；核心是鈑金件制造指令、毛坯、工藝模型、成形模具的數(shù)字化設(shè)計(jì)與優(yōu)化，以制造效率和成形件精度來(lái)衡量。

航空鈑金成形信息化關(guān)鍵技術(shù)解決途徑

由于鈑金件結(jié)構(gòu)和成形工藝的特點(diǎn)，鈑金件制造中涉及到的信息類(lèi)型繁多、相互間聯(lián)系復(fù)雜、數(shù)據(jù)量大，按照在鈑金件制造中的作用分為兩類(lèi)：第一類(lèi)是用于鈑金件制造生產(chǎn)的各類(lèi)數(shù)據(jù)，稱(chēng)為鈑金件生產(chǎn)數(shù)據(jù)，包括零件、過(guò)程和資源3類(lèi)要素；第二類(lèi)是支持鈑金件制造生產(chǎn)數(shù)據(jù)產(chǎn)生的各類(lèi)知識(shí)，稱(chēng)為鈑金成形工藝知識(shí)。鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)以數(shù)控裝備和網(wǎng)絡(luò)共享的發(fā)展和應(yīng)用為前提，以制造過(guò)程的知識(shí)、信息和數(shù)據(jù)的數(shù)字化表達(dá)為基礎(chǔ)，以數(shù)字化建模、仿真、預(yù)測(cè)與優(yōu)化為特征。航空制造企業(yè)先后引進(jìn)了各種鈑金成形專(zhuān)用數(shù)控設(shè)備，數(shù)控設(shè)備的應(yīng)用促進(jìn)了模型設(shè)計(jì)和知識(shí)重用的共同發(fā)展，模型設(shè)計(jì)和知識(shí)重用又為設(shè)備效能提高提供技術(shù)保障。

在現(xiàn)有機(jī)床設(shè)備和軟件條件下，要實(shí)現(xiàn)鈑金成形技術(shù)進(jìn)一步升級(jí)，就要針對(duì)各類(lèi)鈑金件及成形工藝特點(diǎn)，從生產(chǎn)數(shù)據(jù)和制造知識(shí)的“信息”與“技術(shù)”兩個(gè)方向深化，開(kāi)發(fā)數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)方法和專(zhuān)用技術(shù)工具。鈑金成形信息化的關(guān)鍵技術(shù)包括：一是從生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析，進(jìn)一步深化信息技術(shù)在成形制造過(guò)程的應(yīng)用，發(fā)展模型及其定義專(zhuān)用技術(shù)；二是從制造知識(shí)分析，持續(xù)開(kāi)展鈑金成形工藝知識(shí)的開(kāi)發(fā)，建立全生命周期的知識(shí)模型及其應(yīng)用技術(shù)。以上二者有機(jī)結(jié)合，才能實(shí)現(xiàn)鈑金件工程數(shù)據(jù)模型定義數(shù)字化、工藝方案設(shè)計(jì)智能化、工裝設(shè)計(jì)制造數(shù)字化和設(shè)備控制數(shù)字化，達(dá)到高效率、高精度的智能化制造。如圖1所示型材零件拉彎成形數(shù)字化生產(chǎn)過(guò)程，回彈補(bǔ)償工藝模型定義后應(yīng)用于模具設(shè)計(jì)，同時(shí)模型定義和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的知識(shí)存儲(chǔ)于工藝知識(shí)庫(kù)之中。

1 技術(shù)研究

（1）鈑金成形制造數(shù)字量定義、傳遞與控制技術(shù)。

鈑金成形過(guò)程以鈑金件為核心，根據(jù)鈑金件和現(xiàn)有資源進(jìn)行工藝過(guò)程規(guī)劃，工藝過(guò)程是設(shè)計(jì)和加工的橋梁，再根據(jù)鈑金件和工藝過(guò)程進(jìn)行企業(yè)資源計(jì)劃。鈑金件模型是數(shù)字化制造的源頭，在新型飛機(jī)研制中信息表達(dá)方式從以幾何模型為主的3D模型發(fā)展到全3D模型，模型定義技術(shù)的發(fā)展要使制造更加高效、精確。

影響鈑金成形效率和質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題主要有：一是鈑金件設(shè)計(jì)模型的信息是否更好地滿(mǎn)足數(shù)字化制造的要求，通過(guò)發(fā)展面向制造的全三維設(shè)計(jì)模型定義方法，面向制造定義全三維設(shè)計(jì)模型驅(qū)動(dòng)全局工藝過(guò)程規(guī)劃，以實(shí)現(xiàn)制造的高效化；二是設(shè)計(jì)模型在工藝鏈中考慮變形因素進(jìn)行延拓后的準(zhǔn)確度，通過(guò)開(kāi)發(fā)各類(lèi)零部件專(zhuān)用制造模型定義工具，面向工藝鏈定義制造模型驅(qū)動(dòng)局部工藝過(guò)程工裝、數(shù)控編程和現(xiàn)場(chǎng)操作，以實(shí)現(xiàn)制造的高精度。如果工裝設(shè)計(jì)的依據(jù)并不是考慮變形因素的工藝數(shù)模，鈑金件制造過(guò)程中傳遞的雖然名義是數(shù)字量，但由于該數(shù)字量不準(zhǔn)確，并未改變“設(shè)備粗成形+手工精校形”和工藝試驗(yàn)反復(fù)試錯(cuò)的方式。以拉彎成形和橡皮囊液壓成形工藝為例，如果不進(jìn)行模具回彈補(bǔ)償修正，直接采用零件的理論數(shù)模進(jìn)行模具的設(shè)計(jì)和制造，將導(dǎo)致零件成形后需要大量的手工校形，周期長(zhǎng)、質(zhì)量不高。

針對(duì)框肋、型材、壁板、蒙皮等零件和工藝研究開(kāi)發(fā)毛坯展開(kāi)、回彈補(bǔ)償和工藝參數(shù)設(shè)計(jì)專(zhuān)用技術(shù)工具，以各工序的三維模型對(duì)制造信息演變和物理轉(zhuǎn)變過(guò)程進(jìn)行定量描述和控制，驅(qū)動(dòng)全局的工藝過(guò)程規(guī)劃和各個(gè)局部工藝過(guò)程的參數(shù)設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程和現(xiàn)場(chǎng)操作的數(shù)字化制造過(guò)程。通過(guò)將鈑金件制造相關(guān)的指令、工藝參數(shù)、制造模型以及制造現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量狀況以數(shù)字量的形式定義和應(yīng)用，構(gòu)建以工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、成形和檢測(cè)的全數(shù)字量傳遞與控制的設(shè)計(jì)制造集成系統(tǒng)，改變 “設(shè)備和模具粗成形+手工精校形” 和以操作人員經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)的制造方式。圖2為整體壁板板坯模型快速定義及檢測(cè)后，直接用于板坯數(shù)控加工。

（2）鈑金成形工藝知識(shí)的數(shù)字化表達(dá)、管理和使用技術(shù)。

由于鈑金件及成形工藝種類(lèi)繁多、成形機(jī)理復(fù)雜，制造過(guò)程是知識(shí)密集型的過(guò)程，制造知識(shí)具有經(jīng)驗(yàn)性、多樣性、復(fù)雜性、豐富性等特點(diǎn)。無(wú)論是傳統(tǒng)的制造技術(shù)還是正在發(fā)展的智能化制造技術(shù)，都依賴(lài)于知識(shí)。作為制造核心能力凝聚的知識(shí)，在整個(gè)鈑金成形中處于基礎(chǔ)支撐的關(guān)鍵地位，其管理和使用能力是制造技術(shù)發(fā)展的決定因素，區(qū)別在于知識(shí)重用方式。由于鈑金件結(jié)構(gòu)及各類(lèi)工藝機(jī)理的復(fù)雜性，由現(xiàn)有通用計(jì)算機(jī)輔助軟件進(jìn)行計(jì)算和建模，制造效率并不能有效提高，也無(wú)法擺脫對(duì)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的依賴(lài)，缺乏知識(shí)重用方法的支持，模型處理數(shù)字化的精確、快速等特點(diǎn)也無(wú)法充分發(fā)揮。通過(guò)制造知識(shí)重復(fù)使用定量計(jì)算各類(lèi)模型及其參數(shù)是發(fā)展智能制造技術(shù)的有效途徑。

根據(jù)飛機(jī)鈑金件特點(diǎn)，對(duì)鈑金成形制造過(guò)程中的知識(shí)進(jìn)行分類(lèi)和建庫(kù)，對(duì)大量源頭各異的制造知識(shí)進(jìn)行獲取、存儲(chǔ)和在制造活動(dòng)中使用，需要構(gòu)建記憶鈑金成形工藝知識(shí)的“智能結(jié)構(gòu)”和建立求解問(wèn)題的“智能工具”相結(jié)合的智能化技術(shù)，將鈑金工藝知識(shí)用于工藝性分析、工藝設(shè)計(jì)、加工過(guò)程中各類(lèi)信息模型的設(shè)計(jì)，以知識(shí)重用實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品形狀和性能的預(yù)測(cè)和有效控制， 提升各類(lèi)成形工藝模型和參數(shù)定義的效率和準(zhǔn)確度，同時(shí)動(dòng)態(tài)積累、更新知識(shí)，實(shí)現(xiàn)工藝分析的科學(xué)化和變形可控化。如圖3所示，框肋零件回彈補(bǔ)償工藝模型建模工具提取的信息通過(guò)XML與基于知識(shí)的彎邊回彈預(yù)測(cè)工具進(jìn)行集成，實(shí)現(xiàn)回彈補(bǔ)償?shù)目焖倩途_化。

2 工程應(yīng)用

對(duì)于飛機(jī)制造企業(yè)，鈑金件制造信息的“數(shù)字化”，導(dǎo)致信息處理方式的變化及由此帶來(lái)設(shè)備控制、工程設(shè)計(jì)和過(guò)程控制方面的一系列變化，構(gòu)建先進(jìn)鈑金制造技術(shù)要求鈑金制造技術(shù)手段、運(yùn)行體系和業(yè)務(wù)過(guò)程等方面共同變革。以框肋零件橡皮囊液壓成形為例，其精確成形制造技術(shù)包括軟件、規(guī)范和工藝方法，其應(yīng)用涉及到回彈量計(jì)算、工程數(shù)據(jù)模型建模、成形模具設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)成形工藝過(guò)程控制、檢測(cè)等多個(gè)方面。根據(jù)當(dāng)前我國(guó)航空制造企業(yè)鈑金零件制造的技術(shù)、資源條件和實(shí)際需求，要保證鈑金成形信息化技術(shù)應(yīng)用不僅是軟件的工程化開(kāi)發(fā)和實(shí)施，還需要企業(yè)級(jí)相關(guān)運(yùn)行流程規(guī)范和管理制度的建立。

圖1 型材拉彎成形數(shù)字化生產(chǎn)過(guò)程Fig.1 Digital manufacturing process of profile part stretch-bending

（1）單項(xiàng)技術(shù)實(shí)施應(yīng)用上，對(duì)不同典型件和成形工藝，本地化定制開(kāi)發(fā)數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)方法和技術(shù)工具，不斷提升技術(shù)成熟度。由于鈑金件種類(lèi)多、工藝方法多，鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)的開(kāi)發(fā)是一個(gè)逐步發(fā)展和完善的過(guò)程。以鈑金零件工藝過(guò)程及數(shù)字化模型為對(duì)象，工程化開(kāi)發(fā)數(shù)字化技術(shù)方法和工具，通過(guò)單項(xiàng)專(zhuān)用軟件、規(guī)范等技術(shù)的實(shí)施，針對(duì)復(fù)雜鈑金件制造中出現(xiàn)的展開(kāi)、回彈補(bǔ)償?shù)葐?wèn)題，與各類(lèi)型號(hào)產(chǎn)品結(jié)合開(kāi)展工藝試驗(yàn)，對(duì)成形模具、工藝經(jīng)驗(yàn)等大量數(shù)據(jù)有序積累，建立企業(yè)智能制造的“知識(shí)云”，將鈑金工藝知識(shí)庫(kù)與企業(yè)已有系統(tǒng)集成，制造過(guò)程中從企業(yè)知識(shí)云端下載知識(shí)，用于各類(lèi)信息模型的設(shè)計(jì)，有序推進(jìn)鈑金件工程數(shù)據(jù)模型定義數(shù)字化、工藝方案設(shè)計(jì)智能化、工裝設(shè)計(jì)制造數(shù)字化和設(shè)備控制數(shù)字化。

（2）在企業(yè)級(jí)運(yùn)行體系上，針對(duì)鈑金件精確制造所需的業(yè)務(wù)體系，從企業(yè)級(jí)軟件集成、業(yè)務(wù)分工、制造與檢測(cè)方法等方面進(jìn)行頂層運(yùn)行體系的規(guī)劃，全面建設(shè)鈑金件制造精確數(shù)字量傳遞與應(yīng)用體系。從信息層面，建立鈑金工藝知識(shí)庫(kù)及應(yīng)用工具與企業(yè)已有系統(tǒng)集成的方案和運(yùn)行流程，規(guī)劃和開(kāi)發(fā)鈑金件數(shù)字化制造數(shù)據(jù)的集成接口，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享與管理平臺(tái)，為鈑金件工藝、工裝、質(zhì)檢等部門(mén)提供信息服務(wù)；從過(guò)程層面，制定鈑金件數(shù)字化制造頂層規(guī)范，明確各類(lèi)鈑金件制造數(shù)字量定義與管理的業(yè)務(wù)分工，制定精確制造體系下工藝設(shè)計(jì)/工藝模型與工裝設(shè)計(jì)間協(xié)作的模型定義、管理和應(yīng)用等業(yè)務(wù)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)工裝設(shè)計(jì)依據(jù)從設(shè)計(jì)模型向精確的工藝模型轉(zhuǎn)變；從運(yùn)行層面，明確各類(lèi)鈑金件的技術(shù)選用原則，制定數(shù)字化和非數(shù)字化制造的運(yùn)行控制規(guī)范，建立鈑金工藝、工裝設(shè)計(jì)與成形過(guò)程仿真相結(jié)合的鈑金工藝精確化設(shè)計(jì)綜合解決方案，針對(duì)回彈補(bǔ)償后涉及到后續(xù)零件檢驗(yàn)，如果原來(lái)涉及以成形模具為依據(jù)的檢測(cè)，重新制訂檢測(cè)技術(shù)規(guī)范。

圖2 整體壁板板坯模型快速定義與檢測(cè)Fig.2 Rapid blank model definition of integral panel and its detection

圖3 基于XML數(shù)據(jù)交換的框肋零件回彈補(bǔ)償知識(shí)重用Fig.3 Knowledge reuse for springback compensation of frame and rib parts based on XML data exchange

（3）在部門(mén)級(jí)業(yè)務(wù)上，精細(xì)化各類(lèi)鈑金件及制造工藝的數(shù)字量定義、管理、交換與應(yīng)用流程，并相應(yīng)建設(shè)技術(shù)規(guī)范和管理制度。新建工藝知識(shí)管理規(guī)范，開(kāi)展鈑金成形工藝知識(shí)歸納、整理和重用；根據(jù)新技術(shù)的應(yīng)用，變革現(xiàn)有各類(lèi)鈑金件制造工藝規(guī)范，通過(guò)將鈑金件制造相關(guān)的指令、工藝參數(shù)、制造模型以及制造現(xiàn)場(chǎng)的質(zhì)量狀況以數(shù)字量的形式定義和應(yīng)用，建立數(shù)字化下料、橡皮囊液壓成形、拉彎、拉形、噴丸等主要制造工藝的精確制造工藝規(guī)范，改變制造現(xiàn)場(chǎng)“設(shè)備和模具粗成形+手工精校形”的制造方式；針對(duì)回彈補(bǔ)償后涉及到后續(xù)零件檢驗(yàn)方法的重新確定，明確工藝設(shè)計(jì)與生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作分工協(xié)作內(nèi)容，完善鈑金件生產(chǎn)作業(yè)規(guī)范，建立精確制造技術(shù)運(yùn)行相配套的管理制度，逐步改變以操作人員經(jīng)驗(yàn)為依據(jù)的生產(chǎn)方式，達(dá)到“工藝設(shè)計(jì)”正確、“生產(chǎn)執(zhí)行”到位、“設(shè)備控制”有效、“質(zhì)量反饋”及時(shí)，實(shí)現(xiàn)零件的敏捷和精確制造。

結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于先進(jìn)鈑金成形技術(shù)的發(fā)展，國(guó)外主要是通過(guò)基礎(chǔ)技術(shù)研究、信息技術(shù)應(yīng)用、新工藝開(kāi)發(fā)、先進(jìn)成形設(shè)備研制等方面綜合加以解決。

當(dāng)前，我國(guó)鈑金成形技術(shù)正在從傳統(tǒng)的“設(shè)備粗成形+手工精校形”向“設(shè)備高效精確成形”轉(zhuǎn)變，這使得鈑金成形技術(shù)發(fā)展不僅僅是一門(mén)“技藝”或“訣竅”的傳承，也絕非從國(guó)外引入幾套設(shè)備、軟件就可以形成鈑金精密制造技術(shù)能力，而需要從基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究到成果工程化這樣一個(gè)過(guò)程緊密銜接，需要經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的自主研究和工程化的過(guò)程。

適應(yīng)“中國(guó)制造2025”發(fā)展戰(zhàn)略和航空先進(jìn)制造技術(shù)發(fā)展的要求，通過(guò)加快鈑金成形信息化技術(shù)研發(fā)和工程應(yīng)用，構(gòu)建我國(guó)航空高效精確成形技術(shù)體系，在型號(hào)產(chǎn)品鈑金件生產(chǎn)中切實(shí)轉(zhuǎn)化應(yīng)用，才能顯著提升鈑金件制造現(xiàn)有生產(chǎn)要素的效能，達(dá)到航空鈑金成形的國(guó)際先進(jìn)水平。

[1]王俊彪,劉闖,王永軍,等.鈑金件數(shù)字化制造技術(shù)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2015.

WANG Junbiao,LIU Chuang,WANG Yongjun,et al.Digital manufacturing technology for sheet metal parts[M].Beijing: National Defense Industry Press,2015.

[2]曾元松.航空鈑金成形技術(shù)研究應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展建議[N].中國(guó)航空?qǐng)?bào),2013-03-07 (T01).

ZENG Yuansong.Research and application of aeronautic sheet metal forming technology and development advices[N].China Aviation News,2013-03-07 (T01).

[3]李光耀,王琥,楊旭靜，等.板料沖壓成形工藝與模具設(shè)計(jì)制造中的若干前沿技術(shù)[J].機(jī)械工程學(xué)報(bào),2010,46(10):31-39.

LI Guangyao,WANG Hu,YANG Xujing,et al.Some new topics on process design and mould manufacture for sheet metal forming[J].Journal of Mechanical Engineering,2010,46(10):31-39.

[4]國(guó)家自然科學(xué)家基金委員會(huì)工程與材料科學(xué)部.機(jī)械工程學(xué)科發(fā)展戰(zhàn)略報(bào)告（2011-2020）[M].北京：科學(xué)出版社，2010.

Engineering and Material Science Section of National Natural Science Foundation Committee.Development planning of mechanical and manufacturing science（2011-2020）[M].Beijing: Science Press,2010.

[5]WEI G,WAGONER R H.Die design method for sheet springback[J].International Journal of Mechanical Sciences,2004,46(7):1097-1113.

[6]LINGBEEK R,HUéTINK J,OHNIMUS S,et al.The development of a finite elements based springback compensation tool for sheet metal products[J].Journal of Materials Processing Technology,2005,169(1): 115-125.

[7]劉闖.鈑金件數(shù)字化制造數(shù)據(jù)庫(kù)工程技術(shù)推廣應(yīng)用案例集[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2016.

LIU Chuang.Extension and application cases of digital manufacturing database engineering technology for sheet metal parts[M].Beijing: National Defense Industry Press,2016.

[8]朱麗,李小強(qiáng),遲彩樓,等.航空鈑金材料性能參數(shù)與工藝知識(shí)庫(kù)[J].鍛壓技術(shù),2015,40(4):143-147.

ZHU Li,LI Xiaoqiang,CHI Cailou,et al.Knowledge base of property parameters and techniques for aerospace sheet metal[J].Forging and Stamping Technology,2015,40(4): 143-147.

[9]劉光偉,萬(wàn)世明,何萬(wàn)飛,等.論航空鈑金模具數(shù)字化設(shè)計(jì)制造技術(shù)的發(fā)展[J].航空制造技術(shù),2009(20):42-47.

LIU Guangwei,WAN Shiming,HE Wanfei,et al.Development of digital design and manufacturing technology for aircraft sheet metal mould[J].Aeronautical Manufacturing Technology,2009(20):42-47.