飛機制造業(yè)中信息化技術(shù)的應用解析

李冠卿

[摘 要]為了滿足貿(mào)易運輸、人們出行以及軍事等方面的需要，飛機制造業(yè)得到了極大的發(fā)展。飛機制造行業(yè)是一類技術(shù)含量相對較高的產(chǎn)業(yè)，涉及到不同學科的很多專業(yè)知識，不同型號的飛機具有較大的差異，信息化技術(shù)的引入為飛機制造業(yè)注入了新的活力。本文就飛機制造業(yè)中信息化技術(shù)的應用進行了詳細的討論。

[關(guān)鍵詞]飛機制造業(yè) 信息化技術(shù) 應用解析

中圖分類號：TM76；TM63 文獻標識碼：B 文章編號：1009-914X（2016）25-0357-01

一、波音公司信息化技術(shù)在飛機制造中的應用

波音公司早在上世紀九十年代初在研制777飛機的過程中就全面采用并行工程和數(shù)字化技術(shù)，具體體現(xiàn)在全機零部件百分之百的三維數(shù)字化建模，進行產(chǎn)品的數(shù)字化預裝配和組織設(shè)計制造協(xié)同團隊，即后來在新一代737研制中應用的集成產(chǎn)品設(shè)計團隊，在此過程中，波音公司花了十年時間和十億美元構(gòu)建了基于構(gòu)型控制的數(shù)字化制造信息管理系統(tǒng)，這一系統(tǒng)以SDRC公司的PDM系METAPHESE為核心。管理了波音公司在產(chǎn)的所有商用飛機，支持整個波音公司分布在72個不同場所的45000名員工和40000多臺各種工作站上同時進行工作，通過網(wǎng)絡(luò)還支持著全球供應商的有關(guān)產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理工作。波音787是波音767的換代產(chǎn)品，它的性能要求包括更加快速、飛行距離更遠、更省油、更環(huán)保、更舒適、更可靠、更易于維護等方面開發(fā)費用為70到80億美金。波音787 全球協(xié)同環(huán)境主要包括以下組成部分：應用基礎(chǔ)架構(gòu)層：包括項目管理、協(xié)同設(shè)計、供應商管理和采購、生產(chǎn)運作和售后服務(wù)等部分；門戶服務(wù)：包括單一登錄入口、內(nèi)容個性化、身份認證等方面；集成服務(wù)：企業(yè)內(nèi)部及企業(yè)之間的數(shù)據(jù)交換和應用集成；協(xié)同基礎(chǔ)架構(gòu)服務(wù)：包括電子郵件、工作流、及時通訊等內(nèi)容；平臺基礎(chǔ)架構(gòu)：包括網(wǎng)絡(luò)管理、系統(tǒng)管理、服務(wù)器、防火墻等部分。波音公司在全球協(xié)同環(huán)境中，技術(shù)上應用統(tǒng)一軟件的同一版本。并對研制的協(xié)同過程、軟件和數(shù)據(jù)的管理，有著一整套嚴格的模式、制度、方法、規(guī)范和各種手冊，供全體參研人員遵循并使用，通過構(gòu)建787數(shù)字樣機，建立了單一產(chǎn)品數(shù)據(jù)源。

二、空客公司信息化技術(shù)在飛機制造中的應用

空客公司的 A380 型號是與各大航空公司、機場和適航當局密切合作而共同研制的超大型客機，其具體的設(shè)計和制造工作由Airbus 位于法國、英國、德國和西班牙的四家子公司共同承擔，并且還包括10余家共同承擔風險的合作伙伴。僅在歐洲的Airbus 直接員工就達到40000名，分布于15個不同地區(qū)。 整個A380型號的研制過程面臨著十分巨大的桃戰(zhàn)。首先，由于研制過程中涉及到的企業(yè)是分散在全世界各個地方，Airbus 總部需要對Airbus 各個分支機構(gòu)及相關(guān)企業(yè)的構(gòu)型管理和協(xié)同工作進行管理；其次，Airbus在歷史發(fā)展過程中，各個分支機構(gòu)建立了各種遺留的工作組級PDM系統(tǒng)，例如Airbus德國實施了VPM系統(tǒng)，Airbus英國實施了Optegra 系統(tǒng)，如何實現(xiàn)異構(gòu)系統(tǒng)的集成和數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理成了難題。隨著我國大飛機項目的立項建設(shè)，飛機制造業(yè)經(jīng)過多年累積開發(fā)建設(shè)出的“信息孤島式”的各種應用以及來自不同廠商的異構(gòu)系統(tǒng)形成的信息孤島，已越來越不適應一廠一所一型號的研制模式向多廠所異地協(xié)同的研制模式的改變。原有的舊的業(yè)務(wù)流程的梳理以及新的業(yè)務(wù)流程的快速搭建，面向設(shè)計、制造、試驗和服務(wù)的全價值鏈的各種 IT資源的整合，未來均需要采用SOA架構(gòu)來完成。因此認真研究飛機制造體系中的設(shè)計、分析、試驗、生產(chǎn)、交付、服務(wù)、維修以及所有相關(guān)管理過程每個環(huán)節(jié)，將其流程先行固化，并采用當前最新的IT技術(shù)實現(xiàn)，再逐步將每個業(yè)務(wù)流程優(yōu)化，將是我們今后幾年飛機制造業(yè)信息化的重點任務(wù)。

三、洛克希德·馬丁公司研制的第五代戰(zhàn)斗機

JSF 從一開時就直面制造成本的急劇增大，生產(chǎn)周期延長，維修成本提高的嚴重挑戰(zhàn)。為了達到真正的商業(yè)目標，洛克希德·馬丁公司采用了Teamcenter 軟件作為基礎(chǔ)建立全球協(xié)同工作平臺。各項功能模塊若獨立使用無法完成其使命，只有將它們集成到Teamcenter的PLM系統(tǒng)中。保證從用戶需求、詳細設(shè)計、數(shù)字樣機、生產(chǎn)計劃、工藝規(guī)程、加工仿真和維修服務(wù)等階段的產(chǎn)品數(shù)據(jù)存放在一個公共的數(shù)據(jù)平臺上。統(tǒng)一管理設(shè)計BOM、制造BOM、建造BOM和維修BOM，從而實現(xiàn)JSF項目降低成本、縮短周期、易于維修的目標。洛克希德·馬丁最終按要求，完成了“一機三型”，即空軍型、海軍型、海軍陸戰(zhàn)隊型，“一條生產(chǎn)線生產(chǎn)三種飛機”，其互換性達到80%，并實現(xiàn)了F-35設(shè)計周期縮短35%，為該項目節(jié)省了上億美元資金。經(jīng)過十年的開發(fā)，在首架 F-35戰(zhàn)斗機試飛成功后，洛克希德·馬丁回顧已經(jīng)走過的歷程認為，數(shù)字化技術(shù)是 JSF成功實施的核心問題，沒有它的強大支撐，不可能完成所承擔的任務(wù)。

四、飛機制造業(yè)信息化發(fā)展方向

本世紀以來，波音公司、空客公司等大型飛機制造商應用了信息化技術(shù)，發(fā)展速度極快，信息化發(fā)展方向表現(xiàn)在以下幾點。

1.由傳統(tǒng)方式向現(xiàn)代化方式轉(zhuǎn)化

研發(fā)飛機的環(huán)節(jié)中，主要包括兩個部分，一個縱軸，這個研究階段是一個涉及多個學科共同工作的環(huán)節(jié)，即Y軸的協(xié)作，共同設(shè)計MDO，其中相關(guān)的學科包括電學、光學、磁場、流體力學等多個方向。另外一個部分是X軸，涉及到設(shè)計、制造以及維護保養(yǎng)方面的協(xié)調(diào)作用，體現(xiàn)在不同方面的需求中，共同實現(xiàn)完整的數(shù)字化技術(shù)，需要對產(chǎn)品全程進行合理的管控。

2.模擬全球化協(xié)調(diào)環(huán)境

在向高度方向轉(zhuǎn)化的同時，空客等公司也同時設(shè)立了全球同步協(xié)調(diào)作用的硬件工作環(huán)境。通過構(gòu)造全球化的協(xié)調(diào)環(huán)境，建立不同合作方之間的協(xié)調(diào)工作模式，在虛擬化的環(huán)境中開展工作，協(xié)作方跨越不同的時區(qū)和地區(qū)開展工作，盡管存在時差，但是對于工作的溝通與交流完全沒有影響。

3.建立數(shù)字化制造系統(tǒng)

全球范圍內(nèi)不同地區(qū)的用戶對飛機的要求不盡相同，即使是型號相同的飛機，為了滿足不同用戶的實際需要，彼此之間也可能存在著一定的差異。在飛機的設(shè)計中，通常是首先設(shè)計一個基本型號，然后根據(jù)這個基本設(shè)計雛形，開展不同功能、不同方向的改進，進而產(chǎn)生系列化的飛機新產(chǎn)品。在新產(chǎn)品的研發(fā)以及試運行階段，針對不同地區(qū)和階層用戶的實際需要，對產(chǎn)品進行不斷的改進和創(chuàng)新，由于飛機中所涉及到的零部件種類繁多，數(shù)量大，不斷的變化，會造成較大的前期資金投入。各個飛機制造商在前期為了減少資金的投入，都采用了模擬程度較高的數(shù)字化制造系統(tǒng)，對飛機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及外部結(jié)構(gòu)進行模擬仿真，在模擬中不斷修改設(shè)計，盡可能的符合不同用戶的要求，這種系統(tǒng)不僅提高了工作效率，而且節(jié)約了大量的資金，提高了經(jīng)濟效益。

4.制造技術(shù)

制造技術(shù)對主模型的依賴程度較大，包括以下模型：外形模型、功能模型、特性模型、制造模型、產(chǎn)品模型等，這些模型基本都會涉及產(chǎn)品在設(shè)計以及制造過程中數(shù)字化的內(nèi)容。可以通過不同環(huán)節(jié)的設(shè)計、制造與數(shù)字化技術(shù)協(xié)調(diào)作業(yè)來實現(xiàn)。僅僅通過產(chǎn)品的三維模型，無法開展其檢驗和制造工作。三維模型中不涉及公差、表面粗糙度以及處理辦法，根據(jù)這一情況，國際標準中采取了一種或者若干種文件集合，通過幾種間接方式表達出不同零部件的物理功能和性質(zhì)。

綜上所述，現(xiàn)階段，我國大型飛機項目的立項數(shù)量逐漸增加，不同的制造公司多年來積累得到的技術(shù)手段已經(jīng)不能滿足飛機制造的實際需要，傳統(tǒng)的流程以及設(shè)計、制造工藝需要進一步的更新，信息化技術(shù)的應用提高了不同流程的工作效率，細化了制造過程，為飛機制造業(yè)注入了新的活力。

參考文獻：

[1]李映紅，胡林濤，張晶.飛機制造業(yè)信息化技術(shù)應用[J].科技信息，2010（11）：34，45.

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