数字化技术在飞机装配中的应用13848.docx
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1、数字化技技术在飞飞机装配配中的应应用研究究飞机装配配数字化化技术的的应用 , 使使我国航航空产品品的开发发发生观观念性的的改变 , 促促进企业业管理体体制、型型号研制制过程的的一系列列变革 , 并并向着开开放式的的、具有有快速应应变能力力物创新新能力的的现代型型企业方方向发展展 . 国内外外飞机装装配技术术现状 1.11 国内内现状 我国的的飞机装装配技术术和组织织管理方方式,虽虽然在局局部上采采用了较较先进的的技术,如如利用激激光跟踪踪仪或计计算机辅辅助经纬纬仪( Commputter Aidded Theeodoolitte , CATT )技技术安装装型架,少少数采用用了自动动钻铆技技术
2、,简简化了装装配型架架结构。但但与发达达国家相相比还存存在较大大差距,主主要表现现在: ( 1 )上上述技术术尚不配配套,应应用上不不成熟,加加上我国国多年来来对飞机机装配技技术缺乏乏研究,资资金投入入不足,仅仅满足于于能把飞飞机制造造出来,目目前飞机机装配还还是沿袭袭着过去去几十年年来批生生产的手手工作业业模式; ( 2 )飞飞机的设设计制造造仍主要要采用串串行模式式,制造造模式未未实现根根本转变变; ( 33 )数数字化技技术的应应用规模模较小,还还未实现现一个完完整型号号的全面面数字化化; ( 4 )各各环节虽虽然已实实现数字字量传递递,但仍仍存在信信息孤岛岛现象,未未打通飞飞机数字字化
3、设计计制造生生产线,模模拟量传传递依然然大量存存在; ( 5 )工工装、工工艺设计计与产品品设计脱脱节,未未能充分分实现并并行工程程,造成成飞机装装配协调调困难,返返工率高高; ( 6 )在在装配技技术方面面,虽然然局部采采用了数数字化技技术,如如在协调调方式上上局部采采用了数数字量传传递方法法,但模模拟量传传递仍然然是当前前众多企企业飞机机制造的的主要协协调方法法; ( 77 )采采用专用用工装装装配,光光学仪器器测量安安装仍是是目前飞飞机装配配的主要要手段,未未能在数数字化装装配技术术方面实实现新的的突破,导导致飞机机制造成成本居高高不下; ( 88 )装装配工人人在现场场工作需需要仔细细
4、翻阅大大量的图图纸、工工艺文件件,而且且经常会会出现工工作上的的失误,造造成装配配质量问问题,影影响装配配周期。 1.22 国外外现状 飞飞机产品品数字化化设计制制造技术术是 220 世世纪 880 年年代后期期以来,随随着 CCAD/CAMM 、计计算机信信息和网网络技术术的发展展,以美美国为首首的西方方发达国国家开始始研究并并首先采采用的一一项新技技术。这这项技术术以全面面采用数数字化产产品定义义、数字字化预装装配、产产品数据据管理、并并行工程程和虚拟拟制造技技术为主主要标志志,从根根本上改改变了飞飞机传统统的设计计与制造造方式,大大幅度地地提高了了飞机设设计制造造技术水水平。美美国波音音
5、 7777 飞飞机的研研制,由由于全面面采用了了该项新新技术,使使研制周周期缩短短 500% ,出出错返工工率减少少 755% ,成成本降低低 255% ,成成为数字字化设计计制造技技术在飞飞机研制制中应用用的标志志和里程程碑。 目前前,以波波音公司司为代表表的飞机机设计制制造公司司的数字字化技术术已经成成熟应用用到多种种飞机的的研制过过程中,并并取得了了很好的的效益。 (11) 洛洛克希德德 马丁公公司在研研制 JJSF 战斗机机 X-35 过程中中明确提提出:要要使 JJSF 飞机装装配制造造过程的的周期缩缩短 667% ,其中中单架周周期要从从 155 个月月缩短到到 5 个月;工艺装装
6、备由 3500 件减减少到 19 件,即即减少 95% ;制制造成本本降低 50% 等,此此外 , 洛克克希德 马马丁公司司在 JJSF 装配中中还应用用了一种种十分先先进的龙龙门钻削削系统( JGAADS ),它它使用激激光定位位、电磁磁马达和和 “ 压脚 ” ( preessuure fooot )进进行精密密钻孔,加加快了装装配过程程,形成成紧配合合,产生生光谱表表面,不不仅减少少了摩擦擦,还满满足了 JSFF 耐久久性需求求,其钻钻孔出错错率仅为为百万分分之三,优优于世界界钻孔百百万分之之三点四四的质量量标准,而而且在处处理大型型零件时时能容易易地拆卸卸、移动动和重新新装配,还还取消了
7、了 755% 的的钻孔工工具和工工装,使使部件的的安装工工作节省省了 990% 的时间间。 (22) 波波音公司司在研制制 X-32 机时也也是如此此,当零零部件汇汇集到 JSFF 方案案验证机机总装基基地 加加利福尼尼亚州帕帕姆戴尔尔时,已已见不到到通常陪陪伴在飞飞机生产产线上的的巨大型型架,取取而代之之的是一一种通用用支架,用用它支撑撑 JSSF 的的主要部部件,利利用 44 部 Zeiiss 激光跟跟踪仪对对它们进进行空间间定位和和其他装装配工作作,并取取得了很很好的效效果。在在 X-45 无人驾驾驶战斗斗机项目目中也采采用了这这一先进进技术。随随着 XX-322 装配配工作的的进展,工
8、工人们开开始佩带带一种挂挂在腰间间的微型型计算机机,该机机通过单单目镜片片,能把把装配顺顺序和装装配好的的部件状状态投射射到正在在装配部部件的上上方,让让工人方方便直观观地进行行装配工工作,无无需再细细读图纸纸,翻阅阅工艺文文件,使使装配周周期缩短短 500% ,成成本降低低 300% 400% 。 洛克希希德 马丁丁和波音音等飞机机制造公公司在飞飞机装配配技术方方面采取取了以下下的技术术措施: 设计计制造并并重,产产品设计计与装配配设计紧紧密结合合,实施施并行工工程。 在生生产组织织和管理理上广泛泛采用精精益生产产的思想想和方法法,精简简了工作作业务流流程。 全面面采用数数字化设设计制造造技
9、术 , 大大范围进进行数字字装配过过程仿真真模拟。 建立立单一产产品数据据源,实实现工程程 BOOM 、制制造 BBOM 以及维维护 BBOM 的有效效转换,保保证数据据传递过过程中的的一致性性。 普遍采采用数控控自动钻钻铆技术术,大幅幅度提高高了铆接接质量和和进度。 采采用计算算机辅助助光学仪仪器(激激光跟踪踪仪、电电子全站站仪)进进行飞机机定位测测量和直直接安装装技术。 大幅幅度简化化工装,采采用统一一结构的的动态工工夹具的的设计和和使用技技术,甚甚至不用用专门型型架,便便可直接接进行飞飞机装配配安装工工作。 利用用先进的的装配互互换协调调技术,尽尽量减少少在装配配过程中中使用连连接件,段
10、段件对合合时不再再钻孔。 建立立了基于于模块的的飞机构构型方法法,具有有完善的的更改管管理措施施,已形形成了数数字化制制造技术术体系。 装配配过程的的工艺补补偿件等等采用液液态垫片片等先进进技术手手段。 通过对对国内外外装配技技术现状状的比较较,我们们可以得得出如下下结论: 数数字化技技术的应应用不仅仅从软、硬硬件的角角度出发发,更重重要的是是融合了了所有设设计、制制造的数数字化过过程,以以产品数数据集为为中心,利利用数字字化设备备和装配配仿真技技术,使使生产线线上的产产品在装装配过程程中真正正得到有有效控制制。利用用该技术术可以建建立起一一套有效效的产品品结构及及产品发发放过程程控制机机制,
11、建建立相关关的工作作规范和和制度,保保证飞机机装配所所需的数数字量信信息的正正确传递递。 数字化化技术应应用研究究内容 2.11 建立立飞机数数字化装装配协调调体系 数字化化装配是是飞机数数字化协协调体系系的有机机组成部部分。建建立数字字化装配配协调体体系,需需要从以以下几个个方面考考虑: (1) 建立立基于企企业网的的协同工工作环境境。 建立企企业内部部的网络络化协同同工作环环境,其其范围要要涵盖设设计部门门、工装装设计制制造部门门、零部部件制造造部门、装装配部门门等主要要产品模模型的使使用单位位。以便便装配部部门能够够及时有有效地与与上述部部门进行行沟通和和协同。 (2) 飞机机产品结结构
12、管理理与控制制技术。 由于一一种基本本型号的的飞机有有众多改改型,为为了解决决重用性性的问题题,需要要进行产产品的构构型管理理,实现现按照架架次管理理的要求求。 (3) 建立立企业各各部门间间通过网网络进行行协调的的管理规规范。 必须建建立一整整套的规规范来约约束企业业各部门门之间的的工作,包包括数字字签名审审核制度度、工作作流控制制制度等等内容,使使飞机装装配可以以通过工工作流来来驱动工工程设计计与制造造事件,实实现数字字化装配配过程的的自动化化。 2.22 面向向装配的的并行数数字化定定义技术术 数数字化装装配应从从数字化化预装配配( DDigiitall Prre-AAsseemblly
13、,DDPA )开始始,其基基础是并并行数字字化定义义环境,在在面向装装配的设设计 (Dessignn Foor AAsseemblly , DFAA) 和和分析环环境中,需需要包含含的主要要功能为为:产品品定义系系统、早早期计划划、工厂厂工作流流程模拟拟、基于于文本 /3DD 模型型的工艺艺计划、装装配分析析、人机机工程模模型、人人机工程程分析、人人机工程程模拟、数数字化质质量保证证、成本本和效率率核算、 3D 工作指指令向 MESS 系统统传递、执执行。 在进行行并行的的产品数数字化定定义结束束前,需需要完成成产品结结构件的的建模、产产品结构构的工艺艺分析、数数字样机机装配仿仿真、数数字化装
14、装配过程程设计 (Diigittal Asssembbly Seqquennce , DDAS) 以及及数字化化工艺装装备定义义( DDigiitall Toool Deffiniitioon,DDTD )等工工作。而而装配仿仿真、装装配过程程设计和和工装设设计直接接影响到到产品的的可装配配性,因因此,实实现并行行产品数数字化定定义将能能有效地地减少因因设计错错误或返返工引起起的更改改,从而而提高装装配件生生产质量量,缩短短装配周周期,降降低生产产成本。 2.33 建立立包含数数字化装装配仿真真过程 在内的的并行设设计规范范 需要要为并行行数字化化设计建建立设计计规范,明明确设计计人员与与工艺
15、人人员的分分工和责责任,确确定设计计人员与与工艺人人员进行行数字化化设计和和装配模模拟仿真真的工作作内容和和基本方方法。 (1) 产品品结构的的模块化化设计。 在并行行产品设设计过程程中,需需要采用用模块化化设计的的方法,结结合结构构设计、工工艺设计计、工装装设计以以及系统统设计、燃燃油系统统设计人人员,按按照模块块化思路路进行组组织,实实现设计计过程和和装配过过程的部部件化、节节奏化,使使飞机上上每个系系统的工工作分散散到各个个总装站站上陆续续完成。应应尽可能能把系统统安装、调调整和试试验工作作安排在在部件装装配阶段段完成,以以减少部部件装配配过程中中系统检检查的等等待时间间。 (2) 产品
16、品结构的的广义数数字化定定义。 明确并并行工作作组内的的装配工工艺设计计人员与与其他设设计人员员进行协协同产品品设计开开发的内内容与方方法,以以确保制制造过程程中数据据信息的的完整性性和广泛泛性。 (3) 装配配设计可可视化协协同仿真真平台。 在开展展并行设设计过程程中,建建立并行行产品设设计环境境下的装装配仿真真系统需需要的环环境如下下图所示示。图中中, PPDM 系统为为协同设设计提供供必要的的基础集集成环境境。装配配工艺人人员只有有通过 PDMM 系统统,才能能访问到到存在于于预发放放数据库库和发放放数据库库中的产产品模型型,并通通过 PPDM 的网络络通信协协同功能能,进行行异地并并行
17、预装装配,装装配过程程设计才才能及时时、准确确地访问问到所需需要的数数据。 (4) 制定定适应于于数字化化装配的的新的飞飞机结构构方案。 寻求不不用专用用型架直直接装配配飞机主主要结构构件的数数字化装装配方法法,相应应地对适适合这种种装配方方法的飞飞机结构构提出建建议。 (5) 协同同环境下下的产品品模型数数据管理理技术。 协同环环境面临临着产品品异地数数据不一一致的问问题,需需要采用用产品数数据管理理系统来来统一管管理异地地的产品品数据。应应用产品品管理技技术解决决产品数数据唯一一性,实实现单一一产品数数据源管管理的要要求。 22.4 数字化化装配仿仿真、协协调与数数字化 装配过过程优化化设
18、计 飞机数数字化预预装配是是在数字字化产品品定义 (Diigittal Prooducct DDefiinittionn,DPPD) 的基础础上利用用计算机机模拟装装配的过过程。它它主要用用于在研研制过程程中及时时进行静静动态界界面设计计和干涉涉检查、工工艺性检检查、可可拆卸性性检查和和可维护护性检查查。采用用数字化化装配技技术可以以有效地地评价产产品的可可装配性性,减少少因设计计原因造造成的更更改或返返工,缩缩短研制制周期,降降低产品品成本,提提高产品品竞争能能力。 产品的的数字化化装配过过程设计计分为:装配顺顺序的生生成和优优化;装装配路径径规划和和优化;容差分分析与综综合;装装配过程程仿
19、真模模拟。首首先利用用装配过过程模拟拟软件对对产品的的部件进进行装配配过程定定义,确确定部件件所属各各零组件件的装配配顺序;而后模模拟工厂厂现有装装配条件件和工段段工作安安排,进进行装配配路径的的调整和和优化;最后在在数字化化装配仿仿真系统统中进行行装配过过程仿真真,即利利用仿真真软件的的人机工工程等虚虚拟现实实技术,确确定装配配过程的的可操作作性和合合理性,解解决数字字化产品品模型装装配过程程中所遇遇到的干干涉问题题。 数字化化装配技技术涉及及特征技技术、仿仿真技术术、计算算机虚拟拟现实技技术、知知识工程程、 CCAD/CAMM 系统统集成技技术等多多个领域域。 数字化化装配与与仿真技技术的
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