飛機(jī)裝配的數(shù)字化與智能化

張艷

【摘??要】隨著我國社會經(jīng)濟(jì)及科技水平的迅速發(fā)展，推動了各行各業(yè)的穩(wěn)定前進(jìn)，當(dāng)前時代，對飛機(jī)制造業(yè)的需求量及質(zhì)量要求也越來越高，該行業(yè)只有針對目前時代發(fā)展需求不斷加強(qiáng)對新技術(shù)的有效應(yīng)用，才能提升自身的競爭力，滿足社會的多元化需求。

【關(guān)鍵詞】飛機(jī)裝配;數(shù)字化;智能化

前言

社會經(jīng)濟(jì)及科技水平的迅速發(fā)展，帶動了飛機(jī)裝配行業(yè)的穩(wěn)定前進(jìn)，為進(jìn)一步滿足社會的高質(zhì)量需求，該行業(yè)就要加強(qiáng)對先進(jìn)技術(shù)的有效應(yīng)用來提升飛機(jī)裝配工作的質(zhì)量與水平，確保整個工作的安全性。因此，文章下面將全面分析一下飛機(jī)數(shù)字裝配關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)要素，并就其日后的發(fā)展應(yīng)用前景進(jìn)行簡要分析，希望能夠?yàn)槿蘸笤撔袠I(yè)在此方面工作的改進(jìn)有所借鑒參考。

1基于MBSE的裝配能力總體設(shè)計(jì)

MBSE是一種以模型為中心的系統(tǒng)工程層次設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用具有圖形化的建模語言構(gòu)建系統(tǒng)模型，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)初期運(yùn)行測試模型實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)功能邏輯的分析、測試和驗(yàn)證，以達(dá)到消除預(yù)期問題、減少項(xiàng)目成本以及降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的效果。目前MBSE已經(jīng)在波音、洛馬、空客等航空企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，在飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造過程中取得了良好的應(yīng)用效果，大幅提高了工作效率，減少了設(shè)計(jì)與制造缺陷，縮短了周期和成本?；贛BSE的飛機(jī)大部件智能裝配能力建設(shè)主要分為系統(tǒng)總體需求分析、系統(tǒng)功能分析、系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、分系統(tǒng)設(shè)計(jì)、實(shí)施驗(yàn)證5個階段。

1.1需求分析

系統(tǒng)總體需求分析是指對用戶要求進(jìn)行收集、梳理，形成系統(tǒng)頂層需求并建立系統(tǒng)用例模型。航空產(chǎn)品制造技術(shù)正朝著信息化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化的方向發(fā)展，對新一代飛機(jī)制造提出了高精度、低成本、短周期、多品種、高質(zhì)量與高可靠性等全新技術(shù)需求。結(jié)合企業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，飛機(jī)大部件智能裝配生產(chǎn)線的總體建設(shè)需求為：滿足新一代飛機(jī)研制優(yōu)質(zhì)、高效、低成本的需求，實(shí)現(xiàn)大部件裝配與數(shù)字化環(huán)境的深度融合，裝配效率提升N1倍;工藝、生產(chǎn)、物流、設(shè)備全維度信息化融合，總體產(chǎn)能提升N2倍，裝配質(zhì)量問題下降N3（%）。實(shí)際上{N1，N2，N3}是根據(jù)用戶需求、單位實(shí)際生產(chǎn)情況及長遠(yuǎn)發(fā)展戰(zhàn)略綜合考慮確認(rèn)的，它們代表了系統(tǒng)能力建設(shè)的綜合量化指標(biāo)，這些指標(biāo)具體還要分解到各個分系統(tǒng)層面。以N3為例，分解方式說明如下。首先，對一段時期內(nèi)的裝配質(zhì)量問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出各個分系統(tǒng)導(dǎo)致質(zhì)量問題占比，依次分別為{M1，M2，…，Mi，…，M6}，計(jì)算出分解到第i個分系統(tǒng)的指標(biāo)Qi=Mi*N3，即各分系統(tǒng)指標(biāo)依次為{Q1，Q2，…，Qi，…，Q6}。然而，由于各個分系統(tǒng)質(zhì)量問題降低的難度系數(shù)不一致，設(shè)計(jì)難度系數(shù)集{R1，R2，…，Ri，…，R6}，其中∑（i=6）Ri=1。組織專家采用層次分析法進(jìn)行綜合評價(jià)，計(jì)算出相對真實(shí)可靠的難度系數(shù)，最終得到各個分系統(tǒng)最終的質(zhì)量指標(biāo)Wi=Qi*Ri。

1.2系統(tǒng)功能分析

開展系統(tǒng)功能分析，明確滿足總體需求的系統(tǒng)各項(xiàng)功能要求。著眼全局，針對工藝流程中的瓶頸環(huán)節(jié)、痛點(diǎn)問題，綜合采用數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化、智能化方法，構(gòu)建裝配工藝設(shè)計(jì)功能模塊、數(shù)字化裝配功能模塊、數(shù)字化檢測功能模塊，以及計(jì)劃調(diào)度平臺、設(shè)備管控平臺、物流運(yùn)輸智能管控平臺、倉儲配送管控平臺，為飛機(jī)大部件智能裝配系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

2系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)是指通過系統(tǒng)功能分析和分配來構(gòu)建功能架構(gòu)，并根據(jù)現(xiàn)有的技術(shù)條件，把功能架構(gòu)“映射”成物理架構(gòu)，將功能分解、定義并分配到相關(guān)的部件及組件上，從而完成具體方案的設(shè)計(jì)。在此階段主要完成生產(chǎn)線系統(tǒng)架構(gòu)的總體設(shè)計(jì)。由精準(zhǔn)執(zhí)行層、數(shù)據(jù)收集層、數(shù)據(jù)處理層、平臺應(yīng)用層構(gòu)成，其中：

（1）精準(zhǔn)執(zhí)行層包括數(shù)字化裝配系統(tǒng)、數(shù)字化測量系統(tǒng)、集成工作平臺、倉儲、物流、工裝、工具等生產(chǎn)資源及產(chǎn)品;

（2）數(shù)據(jù)收集層則通過PLC、DNC采集器、RFID、條碼技術(shù)、手持終端、傳感器等信號采集和傳感設(shè)備實(shí)現(xiàn)對裝配系統(tǒng)工作狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行情況、產(chǎn)品加工狀態(tài)、物資儲運(yùn)情況、工人位置、狀態(tài)信息等的采集;

（3）數(shù)據(jù)處理層通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等實(shí)時分析技術(shù)將收集到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時檢測、傳輸與分發(fā)、處理與融合，然后將異構(gòu)、多源、分散的現(xiàn)場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成可用于智能決策的標(biāo)準(zhǔn)化制造信息;

3裝配生產(chǎn)線分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)是基于三維數(shù)模，以數(shù)字量傳遞為基礎(chǔ)，通過軟件工具、仿真平臺來實(shí)現(xiàn)工藝頂層策劃、工藝設(shè)計(jì)、建模仿真、工藝文件編制等過程的全面數(shù)字化。MBSE框架下的數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)流程如下：

（1）從承接設(shè)計(jì)要求、指導(dǎo)現(xiàn)場生產(chǎn)的需求分析開始，結(jié)合項(xiàng)目總體目標(biāo)以及當(dāng)前的工藝能力條件，開展裝配工藝設(shè)計(jì)的總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，完成頂層工藝策劃。

（2）根據(jù)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)，結(jié)合工藝流程逐步開展工藝分離面的劃分、MBOM頂層設(shè)計(jì)、容差分配方案設(shè)計(jì)、裝配流程設(shè)計(jì)、三維工藝布局設(shè)計(jì)、裝配工藝文件編制、工藝規(guī)范規(guī)劃與編制等分步設(shè)計(jì)，完成裝配工藝方案的初步設(shè)計(jì)。

（3）通過容差分析、布局產(chǎn)能仿真、裝配仿真、有限元等專業(yè)的CAM/CAE工具進(jìn)行建模與仿真，實(shí)現(xiàn)工藝仿真與工藝規(guī)劃的無縫集成，開發(fā)數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)工具，建立工藝知識數(shù)據(jù)庫及資源庫，實(shí)現(xiàn)基于工藝知識庫的工藝文件結(jié)構(gòu)化、自動化編制，提升工藝設(shè)計(jì)效率及質(zhì)量。

（4）對裝配工藝設(shè)計(jì)進(jìn)行架構(gòu)驗(yàn)證及最終確定。

結(jié)束語

總而言之，飛機(jī)裝配工作是一個復(fù)雜且難度高的工作，要求相關(guān)工作人員必須具備專業(yè)知識及技能水平，并且當(dāng)前我國信息化技術(shù)水平也較高，加強(qiáng)對各類裝配關(guān)鍵技術(shù)的有效應(yīng)用也可以提升飛機(jī)裝配工作的數(shù)字化、智能化及工作效率的提升。在日后的發(fā)展中，各行各業(yè)的智能化、數(shù)字化必然是行業(yè)的發(fā)展趨勢。希望文章上述有關(guān)飛機(jī)數(shù)字裝配關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展方面的論述分析能夠?yàn)槿蘸箫w機(jī)裝配工作的發(fā)展有所幫助。

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（作者單位：中航飛機(jī)股份有限公司）