淺析飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)

周蕾

摘 要：近些年來，隨著我國生產(chǎn)制造水平的持續(xù)提升，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件逐步朝向大型化以及復(fù)雜化方向發(fā)展，同時制造精度實現(xiàn)了質(zhì)的轉(zhuǎn)變。為確保飛機(jī)結(jié)構(gòu)件滿足生產(chǎn)制造需求，行業(yè)內(nèi)部人員主動依托于數(shù)字化技術(shù)以及智能控制技術(shù)，實現(xiàn)對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計制造全過程的優(yōu)化處理。如通過積極構(gòu)建飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計制造協(xié)同化平臺，促進(jìn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件柔性化設(shè)計水平提升。針對于此，本文主要對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行研究分析，以供參考。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)結(jié)構(gòu)件;數(shù)字化設(shè)計;制造技術(shù);分析

引言：

航空制造業(yè)作為我國裝備制造業(yè)行業(yè)領(lǐng)域的重要產(chǎn)業(yè)模式，不僅是我國戰(zhàn)略性高科技產(chǎn)業(yè)的代表形式，同時也是體現(xiàn)我國綜合國力以及工業(yè)制造水平的代表形式。目前，在“中國制造2025”計劃的引導(dǎo)作用下，我國航空制造業(yè)重點針對生產(chǎn)設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行統(tǒng)籌部署。其中，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)制造問題作為我國航空制造業(yè)重點生產(chǎn)制造內(nèi)容之一，其的性能表現(xiàn)以及研制進(jìn)度在一定程度上可對我國航空制造業(yè)健康持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生重要影響。鑒于此，航空制造業(yè)行業(yè)領(lǐng)域及相關(guān)企業(yè)重點針對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計制造技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)型升級。如通過將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計制造過程中，實現(xiàn)協(xié)同生產(chǎn)以及優(yōu)化處理目標(biāo)，更好地滿足產(chǎn)品設(shè)計制造要求。

1 飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)字化設(shè)計發(fā)展情況以及問題研究

經(jīng)過多年的探索與實踐，基于MBD的全三維設(shè)計技術(shù)在我國飛機(jī)制造設(shè)計領(lǐng)域中得到了廣泛推廣與應(yīng)用。雖然這種設(shè)計方式可以有效縮短飛機(jī)產(chǎn)品研制周期，并且在一定程度上對飛機(jī)產(chǎn)品研制方法進(jìn)行創(chuàng)新改造，但是這種設(shè)計方式比較疏忽對可制造性問題的考慮，最終導(dǎo)致設(shè)計與制造過程中容易出現(xiàn)斷裂問題，嚴(yán)重增加產(chǎn)品制造難度與生產(chǎn)成本。最重要的是，飛機(jī)結(jié)構(gòu)件存在多品種以及小批量的制造特點，單純采取單件大量生產(chǎn)模式難以達(dá)到預(yù)期生產(chǎn)效果。

為及時解決這一問題，行業(yè)內(nèi)部研究人員主動結(jié)合飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)以及制造工藝要求，從知識獲取、重用以及融合技術(shù)發(fā)展方面消除傳統(tǒng)工作模式存在的局限問題。也就是說在生產(chǎn)制造過程中，應(yīng)該更加側(cè)重于考慮飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計的可制造性，最好可以實現(xiàn)面向制造的智能設(shè)計。需要注意的是，大型飛機(jī)結(jié)構(gòu)件在數(shù)控編程設(shè)計方面所體現(xiàn)出的周期長以及編程質(zhì)量低特點相對明顯，在生產(chǎn)加工過程中容易產(chǎn)生變形問題。為加強(qiáng)對這一問題的預(yù)防管理，建議行業(yè)領(lǐng)域研究人員應(yīng)該主動結(jié)合自動化以及智能加工技術(shù)，保證飛機(jī)結(jié)構(gòu)件柔性化制造效果。

2 飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)應(yīng)用實踐分析

為克服傳統(tǒng)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)制造以及設(shè)計工藝存在的短板問題，在今后的生產(chǎn)制造過程中，行業(yè)內(nèi)部人員應(yīng)該主動結(jié)合數(shù)字化設(shè)計以及智能制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工技術(shù)核心內(nèi)容以及注意事項進(jìn)行精準(zhǔn)貫徹與落實。其中，在具體實現(xiàn)方面可以從以下幾點著手：

2.1 集成化工藝編程平臺

飛機(jī)結(jié)構(gòu)件工藝編程情況在一定程度上會對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計制造效果產(chǎn)生重要影響。近些年來，為實現(xiàn)對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件工藝編程內(nèi)容的優(yōu)化改進(jìn)，相關(guān)學(xué)者提出建模方法以及加工特征識別方法。在具體實現(xiàn)方面，可通過面向航空復(fù)雜結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)工藝標(biāo)準(zhǔn)，利用用戶自定義加工特征建模方法實現(xiàn)生產(chǎn)操作過程。與此同時，也可以基于全息屬性命名對加工特征識別方法以及應(yīng)用體系進(jìn)行健全完善。

通過開發(fā)基于特征技術(shù)的智能編程系統(tǒng)，確保復(fù)雜結(jié)構(gòu)件智能化設(shè)計效果達(dá)到預(yù)期。在應(yīng)用過程中，應(yīng)該以工藝知識庫以及切削參數(shù)庫的作為系統(tǒng)平臺高效運(yùn)行的重要支撐，以期可以完成對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制作加工等一系列流程的優(yōu)化改進(jìn)與合理設(shè)計。目前，通過合理應(yīng)用集成化工藝編程平臺在很大程度上可以縮短飛機(jī)結(jié)構(gòu)線設(shè)計制造時間，利于促進(jìn)現(xiàn)場生產(chǎn)效率的穩(wěn)定提升。

2.2 基于智能化評估與保障功能的數(shù)控設(shè)備

數(shù)控機(jī)床基本上可以視為飛機(jī)結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)加工常用的機(jī)械設(shè)備。在智能化自動生產(chǎn)過程中，為進(jìn)一步增強(qiáng)結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)進(jìn)度以及質(zhì)量效果，數(shù)控機(jī)床精密度必須達(dá)到預(yù)期要求。在具體應(yīng)用過程中，可通過利用智能化控制技術(shù)，對數(shù)控機(jī)床運(yùn)作流程進(jìn)行全面梳理與優(yōu)化改進(jìn)。如可通過增設(shè)故障預(yù)測評估功能以及自動化管理功能，保障飛機(jī)結(jié)構(gòu)件正常生產(chǎn)。

除此之外，傳統(tǒng)數(shù)控機(jī)床比較依賴于人工檢測方式，但是這種檢測方式容易受到人為操作因素的影響而出現(xiàn)數(shù)據(jù)結(jié)果不精確以及檢測失誤問題。目前，德國DST機(jī)床公司所研發(fā)的機(jī)床精度自診技術(shù)基本上可以克服人工檢測方式存在的短板問題。如可以根據(jù)機(jī)床運(yùn)行狀況，對當(dāng)前機(jī)床是否存在故障問題進(jìn)行預(yù)判分析，并加強(qiáng)檢修維護(hù)。

2.3 加工過程自適應(yīng)控制技術(shù)

智能化制造與加工并不局限于編程智能化以及加工機(jī)床設(shè)備智能化方面，還要求生產(chǎn)制造人員應(yīng)該加強(qiáng)對刀具以及裝夾等關(guān)鍵設(shè)施的控制管理。為防止關(guān)鍵設(shè)施出現(xiàn)結(jié)構(gòu)損壞或者其他問題，建議生產(chǎn)制造人員可將自適應(yīng)裝夾夾具應(yīng)用于飛機(jī)結(jié)構(gòu)件生產(chǎn)制造當(dāng)中。

在具體應(yīng)用過程中，自適應(yīng)裝甲夾具可根據(jù)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件變形程度完成對夾力過程的調(diào)整優(yōu)化。并結(jié)合實時監(jiān)測功能對切削刀夾緊力程度進(jìn)行調(diào)整，利用此種方式可以有效預(yù)防變形問題出現(xiàn)。除此之外，生產(chǎn)制造人員還可以主動結(jié)合飛機(jī)結(jié)構(gòu)件特征表現(xiàn)，完成對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件的自主分類與分組處理。根據(jù)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件加工尺寸以及加工工藝情況，對不同模塊編程內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)設(shè)計。

2.4 數(shù)字化生產(chǎn)管控操作

數(shù)字化生產(chǎn)管控更加側(cè)重于體現(xiàn)運(yùn)用自動化以及智能化技術(shù)內(nèi)容對生產(chǎn)作業(yè)全過程所涉及到的數(shù)據(jù)資料進(jìn)行自動分析。并根據(jù)分析反饋結(jié)果完成生產(chǎn)決策，減少操作失誤問題。在這一過程中，可通過打造虛擬化工廠作業(yè)流程，對當(dāng)前生產(chǎn)計劃可行性進(jìn)行判斷分析。根據(jù)分析反饋結(jié)果，對生產(chǎn)計劃存在的不足之處進(jìn)行及時改正。

2.5 飛機(jī)結(jié)構(gòu)件制造協(xié)同平臺

現(xiàn)代化飛機(jī)制造工藝所涉及到的流程內(nèi)容較多，甚至可能需要多個國家跨地區(qū)進(jìn)行合作交流。雖然飛機(jī)結(jié)構(gòu)件體型相對較小，但是其所涉及到的品類較多，在生產(chǎn)制造以及研發(fā)設(shè)計過程中常常會面臨設(shè)計更改問題。傳統(tǒng)飛機(jī)制造工藝中的設(shè)計環(huán)節(jié)以及加工制造環(huán)節(jié)通常表現(xiàn)為相互獨(dú)立關(guān)系，且飛機(jī)制造過程中所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)與飛機(jī)設(shè)計端之間缺少反饋，最終導(dǎo)致飛機(jī)制造效果難以達(dá)到預(yù)期。為消除這一不良影響，行業(yè)內(nèi)部人員主動立足于飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計以及制造標(biāo)準(zhǔn)，通過構(gòu)建具有協(xié)同化特點的生產(chǎn)平臺，將構(gòu)件制造數(shù)據(jù)進(jìn)行多方共享，確保各部門之間可以構(gòu)建協(xié)調(diào)合作關(guān)系，完成對疑難問題的妥善處理。

結(jié)論：結(jié)合當(dāng)前飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計制造情況來看，因飛機(jī)結(jié)構(gòu)件存在小批量以及多品種的生產(chǎn)特點，傳統(tǒng)生產(chǎn)制造模式已經(jīng)難以適用于新時期飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計制造過程當(dāng)中。因此，為滿足新時期飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計制造要求，行業(yè)內(nèi)部需要運(yùn)用新型技術(shù)手段增強(qiáng)飛機(jī)結(jié)構(gòu)件設(shè)計制造的柔性化與自動化水平。本文所研究的數(shù)字化設(shè)計技術(shù)在一定程度可以體現(xiàn)出柔性化自動生產(chǎn)特點，利于保障飛機(jī)結(jié)構(gòu)件大批量生產(chǎn)。但是需要注意的是，相關(guān)制造企業(yè)在技術(shù)應(yīng)用方面尚未達(dá)到成熟高度，并且在相關(guān)技術(shù)以及標(biāo)準(zhǔn)體系構(gòu)建方面還是存在不健全問題。建議在今后的發(fā)展過程中，行業(yè)內(nèi)部應(yīng)該立足于前沿技術(shù)發(fā)展動態(tài)，完成對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)字化設(shè)計與制造技術(shù)體系的健全完善。

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