飛機(jī)三維數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)與管理技術(shù)

黨佳豪 李浩 洪建強(qiáng) 田文昊

摘 要：經(jīng)過多年的信息化基礎(chǔ)建設(shè)，我國飛機(jī)制造企業(yè)CAD、CAPP、CAM、PDM、ERP等系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)建設(shè)水平已取得實(shí)際成果，如創(chuàng)建及實(shí)施相應(yīng)的軟件系統(tǒng)和管理系統(tǒng)進(jìn)行了較為深入的集成應(yīng)用，基本完成了商品、加工工藝、工裝的數(shù)字化設(shè)計(jì)，以及全過程和數(shù)據(jù)信息的數(shù)字化管理方法，在飛機(jī)型號的研發(fā)與制造方面發(fā)揮了重要作用。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)3D數(shù)字化;裝配工藝;設(shè)計(jì)與管理

1飛機(jī)3D數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)方案及管理方法核心技術(shù)

1.1工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息一體化管理方法

按照工作流程推進(jìn)工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息的整合，完成飛機(jī)單架次EBOM、PBOM、MBOM、產(chǎn)品數(shù)字模型、工裝數(shù)字模型、AO和仿真仿真認(rèn)證結(jié)果數(shù)據(jù)信息在系統(tǒng)中的傳遞。關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)方法如下。

1.1.1EBOM、PBOM、產(chǎn)品數(shù)字模型、工裝數(shù)字模型的集成。

從工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息集成管理系統(tǒng)中，導(dǎo)出整機(jī)或特定部件單架次的EBOM結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品型號及相應(yīng)的工裝信息。數(shù)據(jù)類型包括zip包、Excel等。導(dǎo)出的EBOM和產(chǎn)品品數(shù)字模型將被引入到數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)方案和智能管理系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用。

1.1.2MBOM數(shù)據(jù)信息的整合。

MBOM分為頂層MBOM和底層MBOM。3D數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)方案及管理系統(tǒng)賦予頂層MBOM結(jié)構(gòu)導(dǎo)出功能，3D裝配工藝設(shè)計(jì)及管理系統(tǒng)執(zhí)行的頂層MBOM結(jié)構(gòu)文檔以XML/Excel文件格式輸出，并導(dǎo)入工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)集成管理平臺，在平臺上轉(zhuǎn)換為頂層MBOM結(jié)構(gòu)。在工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)集成管理平臺上進(jìn)行頂層MBOM結(jié)構(gòu)的管理，并進(jìn)行維護(hù)在工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)集成管理平臺的MBOM在線編輯器中。底層MBOM結(jié)構(gòu)在AO的構(gòu)件配套設(shè)施表中審簽后由系統(tǒng)自動分析轉(zhuǎn)化生成。

1.1.3AO與模擬認(rèn)證結(jié)果數(shù)據(jù)信息的整合。

根據(jù)3D數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)方案與管理系統(tǒng)與項(xiàng)目數(shù)據(jù)集成管理平臺的集成，數(shù)字裝配工藝設(shè)計(jì)與管理系統(tǒng)增加了3DAO輸出。根據(jù)工藝技術(shù)和模擬仿真認(rèn)證的AO數(shù)據(jù)信息打包成zip包（包括目前工程項(xiàng)目數(shù)據(jù)集成管理平臺AO在線編輯器定義的XML文件格式，具有指導(dǎo)性的視圖和Process、SMG、AVI文件等）模式輸出。

1.2頂級工藝規(guī)劃與管理方式

在制定3D數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)規(guī)劃與管理系統(tǒng)中進(jìn)行頂層工藝規(guī)劃與管理方法的重點(diǎn)工作包括PBOM的構(gòu)建和頂層MBOM的構(gòu)建。

1.2.1 PBOM的構(gòu)建。

PBOM基于EBOM。根據(jù)產(chǎn)品特點(diǎn)和公司生產(chǎn)制造能力，對產(chǎn)品結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組，使其與公司生產(chǎn)力相適應(yīng)，為生產(chǎn)制造組織、合理布局、生產(chǎn)車間的職責(zé)分工提供依據(jù)。確保制造的可行性分析、均衡性和經(jīng)濟(jì)性。

1.2.2頂層MBOM的構(gòu)建。

頂層MBOM由多級裝配單元和AO序列號組成。裝配單元是裝配部件的總稱，是指在飛機(jī)的整個裝配過程中，可以單獨(dú)裝配并達(dá)到工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的一組預(yù)制構(gòu)件，作為單獨(dú)的組件、部件或最終整機(jī)的一組構(gòu)件。

2 3D裝配工藝設(shè)計(jì)與仿真

2.1裝配工藝設(shè)計(jì)。

利用智能裝配工藝設(shè)計(jì)和智能管理系統(tǒng)的3D可視化環(huán)境，對實(shí)際裝配單元中包含的工藝過程中的部件之間的裝配管束進(jìn)行裝配順序調(diào)整，對裝配順序整體規(guī)劃的結(jié)果進(jìn)行爆炸圖解仿真。對錯誤或不科學(xué)的加工工藝全過程進(jìn)行及時(shí)處理，從而進(jìn)行裝配順序的調(diào)整和改進(jìn)。圖1為某零部件裝配加工工藝設(shè)計(jì)案例。然后根據(jù)裝配單元創(chuàng)建AO件，根據(jù)工序總數(shù)創(chuàng)建若干AO，定義AO編號和名稱，明確AO在整個裝配過程中必須與裝配單元相匹配的裝配工序，完善裝配工序的基本信息，形成裝配工藝，它還與每個裝配過程的配套零組件相關(guān)聯(lián)、實(shí)現(xiàn)的裝配約束、配套裝配資源等。

2.2裝配工藝得到改進(jìn)。

飛機(jī)零件尺寸大，精度要求高。裝配過程中必須要協(xié)調(diào)多個部位且難以反工。為了更好地防止裝配過程中關(guān)鍵零件的偏差累積導(dǎo)致裝配精度問題，裝配過程必須提前進(jìn)行精度預(yù)測。準(zhǔn)備環(huán)節(jié)對裝配精度進(jìn)行預(yù)測分析，從而對裝配精度超差的工藝過程進(jìn)行優(yōu)化處理。直接影響產(chǎn)品裝配精度的關(guān)鍵要素包括零件加工偏差和產(chǎn)品裝配加工工藝。目前，飛機(jī)裝配精度的保證一般是基于精確的測量和協(xié)調(diào)。在產(chǎn)品組裝和制造之前無法完成產(chǎn)品精度控制。在MBD技術(shù)和智能裝配技術(shù)日趨完善的情況下，為了更好的縮短飛機(jī)研制周期時(shí)間，需要將精度控制技術(shù)融入裝配加工技術(shù)中準(zhǔn)備過程，在精度控制的基礎(chǔ)上完成飛機(jī)裝配加工工藝改進(jìn)，確保裝配過程的穩(wěn)定性和可靠性。

作為輸入?；诋a(chǎn)品精度MBD模型，利用多維方向偏差搜索算法得出偏差傳遞路徑，用蒙特卡洛算法將在發(fā)布裝配工藝之前，對產(chǎn)品進(jìn)行整體裝配精度預(yù)測分析（見圖2），對每個重要特征的工藝能力進(jìn)行早期評估。由于整體裝配精度預(yù)測分析是在零件尚未加工的情況下進(jìn)行的，因此采用位置公差（將尺寸公差轉(zhuǎn)化為參考某基準(zhǔn)的位置公差）。將位置輸入公差轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的偏差值（偏差值呈正態(tài)分布），利用上述的偏差值、傳遞路徑、敏感度等信息來預(yù)測關(guān)鍵特性是否超差。

在裝配精度預(yù)測分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)分析預(yù)測的結(jié)果，識別和改進(jìn)引起精度偏差的工藝要素，最終達(dá)到總的裝配精度要求。如果計(jì)算出重要特性的偏差，則可以將所有因素的誤差貢獻(xiàn)率分析和具體生產(chǎn)力的評估結(jié)合起來，明確工藝改進(jìn)計(jì)劃。如果計(jì)劃必須改變裝配順序、定位基準(zhǔn)等工藝內(nèi)容，則必須進(jìn)行裝配過程仿真模擬。經(jīng)過裝配工藝仿真后的工藝優(yōu)化方案為有效方案。

結(jié)束語

數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)與管理方法是飛機(jī)數(shù)字化裝配全過程的關(guān)鍵階段，也是飛機(jī)制造企業(yè)在一段時(shí)間內(nèi)完成數(shù)字化制造的重點(diǎn)任務(wù)之一。根據(jù)飛機(jī)3D數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)和管理方法的技術(shù)管理體系和核心技術(shù)的探討，構(gòu)建了飛機(jī)3D數(shù)字化總裝工藝設(shè)計(jì)和智能管理系統(tǒng)，合理與PDM系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)裝配過程的3D可視化AO編制和數(shù)據(jù)集成管理方法，以進(jìn)一步提高飛機(jī)3D數(shù)字化裝配過程設(shè)計(jì)和管理的水平、質(zhì)量和效率，為實(shí)現(xiàn)工程應(yīng)用提供了一種可行的思路。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜坤鵬，劉向衛(wèi)，張海寶.飛機(jī)數(shù)字化裝配知識管理系統(tǒng)構(gòu)建[A]..中國航空學(xué)會管理科學(xué)分會2015年學(xué)術(shù)交流會論文集[C].：中國航空學(xué)會，2015：7.