民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計集成技術(shù)探索

曹富營 張妮

摘 要：隨著社會的發(fā)展以及人們生活質(zhì)量水平的提高，民用飛機(jī)的應(yīng)用愈發(fā)廣泛，其中，工藝裝備作為飛機(jī)制造的重要環(huán)節(jié)之一，直接影響著產(chǎn)品的全生命周期?；诖耍瑸樘岣唢w機(jī)制造質(zhì)量和效率，本文探討民用飛機(jī)使用工藝裝備設(shè)計集成技術(shù)的意義，重點探索在大數(shù)據(jù)環(huán)境下民用飛機(jī)工藝裝配設(shè)計集成技術(shù)，研究集成系統(tǒng)的開發(fā)，以期為相關(guān)工作提供參考性建議。

關(guān)鍵詞：民用飛機(jī);工藝裝備設(shè)計集成技術(shù);生產(chǎn)制造效率

引言：作為飛機(jī)制造工程的重要組成部分，飛機(jī)工藝裝備的設(shè)計與制造直接關(guān)系到飛機(jī)生產(chǎn)總目標(biāo)的實現(xiàn)，且對飛機(jī)使用年限、整體可靠性、技術(shù)性能的改善以及制造成本與效率的優(yōu)化都發(fā)揮著重要作用。因此，在現(xiàn)代民用飛機(jī)制造系列化特性愈發(fā)明顯的當(dāng)下，應(yīng)探索飛機(jī)工藝裝備設(shè)計集成技術(shù)，從而縮短設(shè)計與制造周期，提升飛機(jī)生產(chǎn)準(zhǔn)備反應(yīng)速度。

1.探討民用飛機(jī)使用工藝裝備設(shè)計集成技術(shù)意義

所謂工藝裝備知識，主要指的是貫穿于飛機(jī)產(chǎn)品全生命周期，以及與其工藝裝備工程設(shè)計、生產(chǎn)準(zhǔn)備、制造、后期經(jīng)營管理活動相關(guān)的知識。對于民用飛機(jī)工藝裝備而言，由于產(chǎn)品較為復(fù)雜，所以其知識數(shù)據(jù)量也更為龐大，具有多種特征，而這些特征與數(shù)據(jù)存儲形式具有關(guān)系，比如圖像、文本、視頻以及音頻等，所以具有動態(tài)性、復(fù)雜性、多樣性以及隱含性等，這些給知識管理造成極大困難。外加現(xiàn)代化技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代民用飛機(jī)處于較快的更新?lián)Q代狀態(tài)，飛機(jī)研制不再是單一品種，而是同一型號的系列飛機(jī)，即民用飛機(jī)之間具有較強(qiáng)的制造系列化特性，往往一個型號的飛機(jī)通過改進(jìn)可以衍生出多種發(fā)展型飛機(jī)。相應(yīng)的，以往的設(shè)計生產(chǎn)方式也需要一同轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)民用飛機(jī)生產(chǎn)主要是單架次方式，而針對當(dāng)前的系列性飛機(jī)制造需要將生產(chǎn)優(yōu)化為改進(jìn)型或發(fā)展型工藝裝備，以此減少工作的重復(fù)內(nèi)容，一方面避免不必要的設(shè)計制造錯誤，另一方面提高民用飛機(jī)設(shè)計制造效率[1]。尤其在當(dāng)前大數(shù)據(jù)環(huán)境下，信息技術(shù)的高速發(fā)展使其廣泛應(yīng)用于多個領(lǐng)域，通過以大數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計集成技術(shù)體系，能夠?qū)⒐こ淘O(shè)計部門95%不存在增值空間的重復(fù)性工作消除，并及時采集飛機(jī)設(shè)計與制造過程中的信息經(jīng)驗，利用數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建增強(qiáng)數(shù)據(jù)價值，從而有效解決現(xiàn)實問題，促進(jìn)民用飛機(jī)設(shè)計制造工作效率的提升、飛機(jī)生產(chǎn)周期的縮短。

2.探索民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計集成技術(shù)

在整合民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計時，應(yīng)將飛機(jī)部件總裝工藝裝備設(shè)計作為主要對象，并以裝備設(shè)計與知識工程等過程與知識理論為基礎(chǔ)系統(tǒng)的研究工藝裝備知識表示等關(guān)鍵技術(shù)，從而為智能化工藝裝備設(shè)計技術(shù)集成平臺系統(tǒng)的開發(fā)奠定良好基礎(chǔ)，以此提高民用飛機(jī)數(shù)字化制造水平。具體建設(shè)方案流程如下：

2.1技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計目標(biāo)

為以數(shù)據(jù)化技術(shù)的方式將民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計技術(shù)進(jìn)行有機(jī)整合，并使其充分發(fā)揮智能化生產(chǎn)制造的作用，那么需要實現(xiàn)以下目標(biāo)：第一，規(guī)范化目標(biāo)。在集成民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計時，需要注重技術(shù)內(nèi)容與平臺系統(tǒng)各項信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，具體包括信息數(shù)據(jù)的文件格式、術(shù)語、統(tǒng)一代號以及符號等，進(jìn)一步細(xì)化的內(nèi)容則是要實現(xiàn)民用飛機(jī)工藝裝備信息標(biāo)準(zhǔn)化、工藝裝備參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化、民用飛機(jī)工藝裝備內(nèi)容和資源標(biāo)準(zhǔn)化以及規(guī)程典型化。只有這樣，才能夠為相關(guān)工作人員的設(shè)計流程與標(biāo)準(zhǔn)提供章程，最大化的降低人為錯誤的發(fā)生幾率，以此提升民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計質(zhì)量與效率。第二，快速化目標(biāo)。由于當(dāng)前民用飛機(jī)設(shè)計制造存在鮮明的系列化特質(zhì)，所以，相關(guān)工作人員還應(yīng)做好飛機(jī)工藝裝備相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)化的準(zhǔn)備工作，根據(jù)典型和標(biāo)準(zhǔn)工藝對飛機(jī)進(jìn)行分類編碼，從而為民用飛機(jī)工藝裝備的快速設(shè)計與生產(chǎn)制造奠定良好基礎(chǔ)。第三，智能化目標(biāo)。在分類整理與存儲后，以此為基礎(chǔ)結(jié)合數(shù)據(jù)化技術(shù)構(gòu)建知識關(guān)聯(lián)模型，以此優(yōu)化工藝裝備設(shè)計，降低設(shè)計人員工作量與壓力。第四，多樣化目標(biāo)。由于民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計相關(guān)數(shù)據(jù)以及文件種類較為繁多，所以使用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)對設(shè)計信息進(jìn)行處理，從而為系統(tǒng)平臺的開發(fā)提供科學(xué)有效支持[2]。

2.2分級分類收集并分析工藝裝備設(shè)計知識

對于民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計集成而言，主要是以大數(shù)據(jù)等信息化技術(shù)為基礎(chǔ)整合民用飛機(jī)制造工藝裝備設(shè)計知識與技術(shù)，從而保證各項工作均以工藝裝備全生命周期展開，而在技術(shù)集成這些設(shè)計制造知識時，需要先細(xì)化民用飛機(jī)工藝裝備數(shù)據(jù)，一般情況下，民用飛機(jī)的工藝裝備數(shù)據(jù)包括設(shè)計知識、基礎(chǔ)知識、管理知識以及情報知識，在規(guī)范分類整理后分層次進(jìn)行分析，根據(jù)具體情況進(jìn)行民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計知識分類標(biāo)準(zhǔn)的建立。接下來，按照這四大類知識標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行知識庫的設(shè)計，分別為：①設(shè)計人員需要掌握民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計的相關(guān)知識、軟件以及使用手冊等，結(jié)合分類的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行工藝裝備基礎(chǔ)知識庫的構(gòu)建;②保證知識庫涵蓋民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計過程中產(chǎn)生的文件資料，尤其是零件加工、技術(shù)準(zhǔn)備以及制造工藝能力等，以此完成工藝裝備設(shè)計知識庫的構(gòu)建;③整合民用飛機(jī)工藝裝備中的管理數(shù)據(jù)，包括過程質(zhì)量、工藝裝備構(gòu)型以及流程管理等內(nèi)容，以此完成工藝裝備管理知識庫的構(gòu)建;④為促進(jìn)民用飛機(jī)設(shè)計制造的持續(xù)化發(fā)展，需要加大力度研究新工藝和新材料，以此緊跟時代發(fā)展步伐，所以，工藝裝備情報知識庫中主要涵蓋復(fù)合材料工藝裝備以及先進(jìn)制造和設(shè)計技術(shù)等。

2.3建立工藝裝備設(shè)計知識標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)與關(guān)聯(lián)模型

為更好將民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計知識與大數(shù)據(jù)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)整合，設(shè)計人員還需要統(tǒng)一知識表達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，并以此為基礎(chǔ)建立關(guān)聯(lián)模型，從而順利完善相關(guān)知識數(shù)據(jù)的自動推送。所以，具體操作分為兩方面，一是標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計知識。相關(guān)工作人員結(jié)合前期資源數(shù)據(jù)的分析對其進(jìn)行規(guī)范化資源描述，即數(shù)據(jù)化處理，使其能夠被計算機(jī)識別并接受，以此實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯總工作的展開，增強(qiáng)民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計知識數(shù)據(jù)的可追溯性，開發(fā)期最大價值。二是建立民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計知識關(guān)聯(lián)模型。相關(guān)設(shè)計工作人員應(yīng)從多個視角進(jìn)行民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計知識內(nèi)在聯(lián)系的分析，為更好掌握并構(gòu)建關(guān)聯(lián)關(guān)系，設(shè)計人員應(yīng)提高對民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計過程中各階段的特質(zhì)，從而逐漸梳理出知識數(shù)據(jù)之間的映射規(guī)則，之后抽絲剝繭建立公益裝備數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，完成知識的傳遞與轉(zhuǎn)換[3]。

2.4工藝裝備設(shè)置知識檢索與推送技術(shù)

知識檢索與推送能夠更好為民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計工作提供參考性方向，所以在集成設(shè)計該技術(shù)時，應(yīng)從知識檢索與知識推送兩方面開展。對于前者而言，相關(guān)工作人員可以使用自動化信息技術(shù)，或是自動化信息技術(shù)與人力相結(jié)合的方式，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)在民用飛機(jī)工藝裝備知識庫中進(jìn)行具有潛在價值數(shù)據(jù)的檢索，并通過相似度評價準(zhǔn)則對數(shù)據(jù)進(jìn)行評估，獲得相關(guān)聯(lián)的若干知識，之后根據(jù)專業(yè)進(jìn)行知識定位，從而快速獲取秒知識。后者則是結(jié)構(gòu)化分析民用飛機(jī)工藝裝備問題描述，將結(jié)構(gòu)化語義信息提煉出來，比如民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計規(guī)范、案例或是規(guī)則等，從而獲取多個知識項，并利用自動化技術(shù)對其進(jìn)行排序，排序準(zhǔn)則為解決此類問題的有效性，之后將結(jié)果自動推送給相關(guān)工作人員，實現(xiàn)民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計問題的順利解決。

3.開發(fā)智能化民用飛機(jī)制造工藝裝備設(shè)計知識集成平臺系統(tǒng)

在當(dāng)前時代背景下，科學(xué)技術(shù)水平的提高使各行各業(yè)的信息化水平均得到有效提升，其中包括飛機(jī)設(shè)計制造領(lǐng)域。因此，在集成民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計時，應(yīng)結(jié)合大數(shù)據(jù)等技術(shù)進(jìn)行知識集成平臺系統(tǒng)的開發(fā)與構(gòu)建。該集成平臺系統(tǒng)需要具備知識存儲、查詢、推動以及維護(hù)功能，并將民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計相關(guān)的仿真、制造以及設(shè)計執(zhí)行等系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)整合，從而保證該平臺系統(tǒng)能夠貫穿于民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計的全生命周期，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的及時采集與存儲，增強(qiáng)其可追溯性，獲得準(zhǔn)確且完整的工藝裝備術(shù)語以及制造設(shè)備等資源。

首先，設(shè)計協(xié)同制造平臺。雖然目前民用飛機(jī)具有系列化特質(zhì)，但是仍存在一定的差異，為滿足各類民用飛機(jī)的知識采集與管理需求，實現(xiàn)全生命周期制造數(shù)據(jù)的接收、發(fā)送與使用。以MBD為基礎(chǔ)設(shè)計三維工藝與仿真平臺，在具體設(shè)計制造過程中，相關(guān)工作人員對三維模型進(jìn)行尺寸、公差以及信息的標(biāo)準(zhǔn)與定義處理，從而將設(shè)計制造方案的相關(guān)指令建設(shè)完善，以此提高平臺的智能化水平，實現(xiàn)對工藝裝備資源的有效管理。在以MBD為基礎(chǔ)的平臺運(yùn)作下，相關(guān)工作人員可以進(jìn)行AO/AF文件的編制，并結(jié)合數(shù)據(jù)環(huán)境庫進(jìn)行仿真信息的存儲，最終形成PPR，實現(xiàn)對民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計制造過程的仿真[4]。

其次，設(shè)計民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計數(shù)據(jù)庫，提高智能技術(shù)制造與管理水平。對于該數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，主要包括民用飛機(jī)工藝裝備數(shù)據(jù)生命周期設(shè)計、流程管理設(shè)計以及數(shù)據(jù)狀態(tài)設(shè)計等，從而實現(xiàn)報表界面與操作界面的管理。在設(shè)計數(shù)據(jù)庫時，主要以虛擬化的管理平臺進(jìn)行民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計相關(guān)數(shù)據(jù)資源的存放，供相關(guān)工作人員使用的同時，還能夠預(yù)測系統(tǒng)大數(shù)據(jù)的存儲能力，以此保證平臺系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，切實提升民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計的智能化水平。

最后，系統(tǒng)組成設(shè)計。①構(gòu)建智能柔性支撐系統(tǒng)，其中主要分為應(yīng)將設(shè)計與軟件設(shè)計，前者包括數(shù)據(jù)系統(tǒng)、數(shù)字化與模塊化單元等;后者則是仿真軟件、測量軟件以及計算軟件等。通過構(gòu)建智能柔性支撐系統(tǒng)，可以很好的通過三坐標(biāo)數(shù)控定位系統(tǒng)對飛機(jī)進(jìn)行信息數(shù)據(jù)采集與分析，從而實現(xiàn)設(shè)計制造過程中能力的重構(gòu)與調(diào)整，以此滿足民用飛機(jī)工藝裝配優(yōu)化以及配對需求。②構(gòu)建智能自動鉆鉚系統(tǒng)，利用鉆鉚機(jī)處理飛機(jī)壁板與隔框，并優(yōu)化民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計與制造工藝，增強(qiáng)設(shè)計的精準(zhǔn)程度，并以動力學(xué)運(yùn)動軌跡規(guī)劃法為基礎(chǔ)開展后續(xù)操作。該系統(tǒng)以CATTA系統(tǒng)數(shù)據(jù)模塊與系統(tǒng)模型為基礎(chǔ)，通過結(jié)合CATTAV5DUM運(yùn)動模型對鉆鉚機(jī)運(yùn)動機(jī)進(jìn)行模擬，從而實現(xiàn)鉆鉚機(jī)對民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計于制造相關(guān)產(chǎn)品的加工仿真與運(yùn)動特征分析。③構(gòu)建智能機(jī)器人系統(tǒng)。構(gòu)建民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計生產(chǎn)智能機(jī)器人，利用自動化、智能化的機(jī)械技術(shù)降低工作人員失誤，尤其是制造生產(chǎn)環(huán)節(jié)。在構(gòu)建智能機(jī)器人系統(tǒng)時，需要明確其工作定位，并根據(jù)具體設(shè)計與生產(chǎn)制造需求提升機(jī)器人運(yùn)作的精準(zhǔn)化程度，從而防止誤差出現(xiàn)。其中，在提升機(jī)器人精準(zhǔn)程度時，可以通過激光雷達(dá)、跟蹤儀等先進(jìn)技術(shù)設(shè)備的運(yùn)用，并結(jié)合在線測量技術(shù)定位機(jī)械人運(yùn)作狀態(tài)，并落實由末端執(zhí)行器以及離線編程等構(gòu)成的智能機(jī)器人輔助飛機(jī)制造系統(tǒng)，提高智能機(jī)器人的系統(tǒng)性能，實現(xiàn)對民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計于生產(chǎn)制造全過程的優(yōu)化。

另外，還要做好民用飛機(jī)工藝裝備模塊化設(shè)計。第一，科學(xué)劃分飛機(jī)工藝裝備模塊，以功能分析為基礎(chǔ)，采用子功能合算并法將存在一定關(guān)系的子功能稱為相關(guān)，對其進(jìn)行功能、裝配、空間、信息等類型的劃分，子功能相關(guān)度為合并準(zhǔn)則。實際劃分過程中，設(shè)計人員還要優(yōu)先合并結(jié)構(gòu)相似度大的大子功能，同時考慮模塊完整獨(dú)立性，落實規(guī)范模塊劃分結(jié)果評價。第二，算法描述。計算子功能結(jié)構(gòu)相似度，以造型設(shè)計特征作為結(jié)構(gòu)特征的選取標(biāo)準(zhǔn)，分析結(jié)構(gòu)相似度，在實際計算過程中，定義民用飛機(jī)工藝裝備的任意兩個子功能為Gi和Gj，其相關(guān)類型為功能、裝配和受力類型，之后對兩個子功能相似度進(jìn)行計算，當(dāng)某種相關(guān)類型下子功能相關(guān)度大于設(shè)定好的定值，那么將其劃分在一個飛機(jī)工藝裝備模塊中。劃分后落實規(guī)范的驗證工作，將機(jī)體、傳動裝置和夾緊機(jī)構(gòu)的模塊進(jìn)行劃分，之后再劃分設(shè)計定位件和夾緊件等，保證模塊劃分結(jié)果合理。為實現(xiàn)民用飛機(jī)工藝裝備快速設(shè)計，設(shè)計人員應(yīng)以飛機(jī)工藝裝備模塊劃分方法和模塊實例庫為基礎(chǔ)使用模塊實例推理方法進(jìn)行設(shè)計。其中，設(shè)計人員要立足于飛機(jī)設(shè)計要求，以具體的設(shè)計任務(wù)為基礎(chǔ)檢索模塊實例，找出最為接近的模塊實例，最后開展分析評價，落實規(guī)范的設(shè)計合理性分析評價和CAE校驗等工作，從而解決民用飛機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、形式多變的工藝裝備模塊劃分問題，提高飛機(jī)工藝裝備設(shè)計效率與質(zhì)量。

結(jié)論：綜上所述，民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計集成是當(dāng)前系列化特質(zhì)愈發(fā)明顯的飛機(jī)設(shè)計生產(chǎn)制造的主要發(fā)展方向。因此，相關(guān)工作人員應(yīng)從設(shè)計知識的收集、知識標(biāo)準(zhǔn)化表達(dá)與關(guān)聯(lián)模型的構(gòu)建以及知識的檢索與推送等方面集成相關(guān)技術(shù)與資源，從而提高民用飛機(jī)工藝裝備設(shè)計與生產(chǎn)制造質(zhì)量和效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 楊寧芳，陳竹梅. 基于系統(tǒng)工程的復(fù)雜電子裝備集成工藝管理研究[J]. 中國電子科學(xué)研究院學(xué)報，2020，15（8）：725-730，765.

[2] 王文暉，田天. 飛機(jī)新型機(jī)電集成工藝裝備設(shè)計[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2019（23）：4943.

[3] 陳玉聰，畢春來，鄭乃千. 淺析飛機(jī)裝配工藝裝備結(jié)構(gòu)設(shè)計創(chuàng)新與實踐[J]. 中外企業(yè)家，2021（7）：258.

[4] 方喜峰，顧君，朱成順，等. 特征分組技術(shù)在結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計中的應(yīng)用研究[J]. 機(jī)械設(shè)計與制造，2020（4）：58-61.

作者簡介：

曹富營，男，1985年10月，民族：漢;籍貫：山東省新泰市;學(xué)歷：本科;職稱：工程師;研究方向：飛機(jī)工藝裝備設(shè)計與管理。