2022年航空数字化制造技术技术分析方案齐鹏.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 航空数字化制造技术齐鹏 202208125 摘要本文从我国航空数字化现状讲起,第一介绍了数字化总体框架讨论的概念,设计要求,系统组成,基础环境,工作机制等内容,然后在实际应用层面着重介绍了MAZATROL FUSION 640系统,并简洁介绍了数字扮装配过程仿真验证技术以及飞机数字扮装配技术；关键词：数字化总体框架智能化网络化信息化数字扮装配一、我国航空数字化现状我国的航空制造业数字化经过多年的进展,取得了 肯定的成效,在产品的三维数字化设计、数字样机应 用、工装数字化定义、预装配、主要零件的数控加工,产品数字仿真与试验、工艺数值模拟与仿真、产

2、品数据1 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 和制造过程治理等方面有了较深化的应用,但是,我们 也应清醒地熟悉到,产品全生命周期的信息通道尚未打通,数字化工程体系仍未形成,数字化技术的庞大效能 远未发挥；与发达国家相比我们仍存在庞大差距,尽管 我们在航空制造业实施了并行工程,但仍旧停留在以产 品为中心的产品研制理念,而发达国家已经转向以客户 为中心的产品研制理念,即产品研制过程中,产品的目 标从 可）制造性向服务性转化,采纳面对产品全生命 周期的治理模式；美国对于高风险的大型武器装备的研 制,领先采纳一体化

3、产品与过程设计模式,将系统工程 方法和新的质量工程方法相结合,并应用一系列决策支 持过程,在运算机综合环境中集成,有效掌握了产品的质量和风险；闻名的JSF 工程 新一代联合攻击战役机）的研制,完全建立在网络化环境上,采纳数字化企 业集成技术,联合美国、英国、荷兰、丹麦、挪威、加 拿大、意大利、新加坡、土耳其和以色列等几十个航空 关联企业,提出“ 从设计到飞行全面数字化” 的产品研 制模式,用强势联合体来化解风险；目前,国家正在大力推动制造业的数字化；制造业 企业急需从战略的高度,构造面对产品全生命周期的、2 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 22 页精选学习资料

4、 - - - - - - - - - 支持跨企业联合的数字化工程体系；本文依据相关的研 究和实践,总结多年的应用成果,以航空制造业为背 景,提出制造业数字化的总体框架,给制造业数字化应 用平台的建设供应参考；二、航空制造业数字化总体框架讨论 一）总体框架设计要求 面对竞争猛烈的市场大环境,制造业的唯独出路是 在最短的时间内以最有效的方式生产出最能满意客户需 要的产品；制造业企业间既有竞争又有联合,只有发挥 各自的技术和资源优势,才能降低成本,分摊风险,共 享市场；构建数字化工程体系是达到以上目的最有效的 方法和手段；数字化工程体系的核心是信息共享和过程治理,因 此,制造业数字化工程的总体框架必

5、需能实现制造业企 业内部和企业间的信息共享和过程掌握；产品数据信息和产品生命周期相关的其他信息在各 企业、各部门、各专业之间的顺畅流转,是产品研制顺 利进行的重要保证；总体框架的设计要有利于实施全生 命周期的产品数据治理,实现单一产品数据源,打通企3 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 业间的信息流；过程治理的内涵是面对产品的治理,而不是面对企 业或组织）的治理；它需要数字化体系能够把设计、试验和制造部门与客户、供应商、协作单位联系起来,采纳 IPT 组织的方法,优化产品研制流程,达到掌握成 本、降低风险、

6、缩短产品研制周期的目标；针对当今信息化技术的快速进展,要求制造业数字 化体系能够支持企业业务变更的需求,支持流程再造和 组织重构的要求,满意通用性和专业性的要求；（二） 数字化框架组成1.数字样机系统 数字样机是产品的数字化描述,贯穿于产品从概念 设计到售后服务的全生命周期,是工程设计、功能分 析、试验仿真、加工制造、直至产品售后服务等的信息 交换媒介；随着产品研制的不断深化,数字样机由表及 里,由粗到细,成熟度不断增长；数字样机系统生成了数字样机,也供应了对数字样 机进行分析、评估、仿真等功能；2.产品数据治理系统 产品数据治理系统治理并爱护与产品相关的全部工4 / 22 名师归纳总结 -

7、- - - - - -第 4 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 程数据,包括产品的几何模型、说明性文档、技术状态 数据等,产品数据治理同时也治理与爱护产品数据间的 关联信息,如产品结构、构型、版本等信息；3.工程协同系统 工程协同系统是由数字化设计系统、数字化试验系 统、数字化制造系统等业务系统所组成的集合,从信息 化的意义上来说,业务系统就是使能工具；工程协同系 统是工程数据的主要生成源,各个业务系统通过数字样 机进行数据交换；该系统包括：（三） 数字化设计系统：针对航空制造业业务需求,集成所需的专业业务软件,包含产品设计的各种专 业软件和工具,专业仿真软件工

8、具,设计评估工具等；（四） 数字化试验系统：针对航空制造业业务需求,集成所需的专业试验系统包括：数字化强度试验、飞控试验、系统试验、电气试验、航电武器试验、地面 联合试验等试验业务系统；（五） 数字化制造系统：针对航空制造业业务需求,集成所需的专业制造系统,包括：数控加工系统、数字化复合材料生产线、数字化钣金生产线、数字化切 削生产线、数字化工装生产线、数字化焊接生产线、数5 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 字化电缆管线生产线等制造业务系统；（六） 数据转换接口：换接口；4.工程过程掌握系统业务系统之间

9、的数据格式转工程过程掌握系统包括基于数字样机的并行过程控 制系统和工程治理系统；并行过程掌握系统实现了设计、试验、制造等业务 系统的过程集成；并行过程掌握系统确定了一个任务应 涉及哪些业务系统,并通过掌握数字样机的成熟度,确 定业务系统是否启用,是否能够拜访数字样机,同时并 行过程掌握系统也监视业务系统的状态,从而使之环绕 特定任务和谐有序地运行；工程治理系统完成工程任务的方案、资源调配、IPT 组织治理、进度和质量监控等治理掌握过程；5.工程支持系统 工程支持系统主要向工程协同系统供应工程过程中所需的支持信息,包括质量、五性 牢靠性、可修理性、可测性、保证性和安全性）、标准、适航、情报资 料

10、、研制学问等信息,这些信息可以是模板、文件以及 其他对象等形式；该系统同时也供应了质量、五性、标6 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 准和适航等方面的掌握和评估功能；（七）基础环境 基础环境包括运算机系统、网络系统和数据库系统 等,是企业内部和企业间信息交换的基础；（八）总体框架工作机制 产品研制业务关系表现在业务数据关系和业务流程 关系两个方面,从信息化的角度来看,总体框架应实现 信息的集成和过程的集成；因此,制造业数字化的总体 框架由纵向的工程过程掌握、横向的工程工作面和作为 支撑的基础环境所构成,其

11、中工程过程掌握实现过程的 集成,工程工作面实现信息的集成；工程工作面是产品研制过程的时间断面；在工程工 作面中,工程协同系统是工程研制中数字化设计、试验 和生产等方面业务系统的集合；数字样机系统对产品数 据进行映射生成了数字样机；产品数据治理系统负责管 理产品相关的全部数据；工程支持系统供应工程支持信 息的共享；工程协同系统中的业务系统之间的数据交换是通过 数字样机来进行的；数字样机系统依据业务系统的不同 要求,对产品数据治理系统所治理的产品数据进行过7 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 滤,生成相应的数

12、字样机；工程协同系统可以从工程支 持系统中得到质量、标准等信息；工程工作面实现了信息的集成；工程过程掌握分为两条主线：一条主线是基于数字 样机的并行过程,所掌握的对象是工程协同系统中的各 个业务系统,并行过程采纳成熟度掌握的机制；另一条 主线是工程治理过程,采纳任务节点掌握的机制；工程治理过程掌握的是点,而并行过程掌握的是 线,并行过程由工程治理过程触发,工程过程掌握实现 了过程的集成；工程治理过程可以懂得为对工程过程的任务节点 里程碑）的掌握过程,任务节点主要描述了任务的进 度、资源需求和任务间的关系等；在一个任务开头前,需要配置相应的资源包括人员和物料、设备等）,由IPT 小组执行此项任务

13、；通常,一个任务是否完成,是 由并行过程掌握系统返回的状态来确定的,对里程碑 阶段评审）来说,需要阶段评审的结论来支持；阶段评 审的内容可以包括：质量、标准、五性和用户看法等方 面；当一个任务终止后,为之所配置的资源将被释放,8 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 随着一个新任务的启动,新的资源配置也将完成；因此,工程治理过程同时也包含了 程；IPT 组织的动态变化过依据过程定义,并行过程确定哪些业务系统参加任 务的执行；业务系统之间的协同是以数字样机为共同的 信息基础,并行过程通过掌握数字样机的成熟度,来

14、限 制各个业务系统拜访数字样机；并行过程监控各业务系 统的运行状态,并依据数字样机的成熟度、过程定义实 现对各个业务系统的协同掌握；工程工作面、工程过程掌握和基础环境,三个部分 构成了以数字样机为中心、以产品数据治理为手段、以 工程过程掌握为主线的制造业数字化总体框架；三、数字化制造助力航空制造业进展随着电子运算机软硬件技术和网络技术的进展,在 产品的设计开发、虚拟制造、工厂的治理软件和电子商 务方面,都有大量比较成熟的硬件平台和软件供使用,然而,产品最重要的一个环节-生产制造方面,目前来讲仍是一个瓶颈,制约了数字化的应用和进展；9 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页

15、,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在这种大的环境和背景下,对生产制造关键环节的 信息化要求就越来越迫切；数控机床虽然经受了几十年的进展,无论从功能仍是从精度来讲都已经进展到了一 个新的高度,但是长期以来,数控机床网络化的应用更 多的仍是停留在由运算机向机床传输程序、机床参数和 加工参数等原始的应用内容方面,而机床的工作状态如 何我们无法知晓；很明显,这样的数控机床很难跟上这 个时代的步伐,无法适应当今智能化,网络化和信息化 方 面 的 需 要 ； 为 了 适 应 发 展 的 需 要 , MAZATROL FUSION 640 系统应用而生：以及自动运算并确定刀具路

16、径,防止了绝大部分的编程错误；系统仍有三维实体模拟加工功 能,可以立刻对编程的结果加以验证；系统的加工向导 猜测功能可以依据切削条件运算出主轴的功率负荷和加 工时间,据此,编程操作人员可以对程序进行进一步的 优化,以平稳主轴输出负荷,提高加工效率；系统的语音提示和导航功能可以在开机后用语音问 候操作者,提示操作者机床的状态并做安全确认,防止 显现误操作；震惊抑制功能可以将机床加减速引起的机 械震惊排除,从而提高零件的加工质量和刀具的使用寿 命；同时,可以进行虚拟加工,在机床、工件、刀具和 夹具的 3D 模型下实现加工程序与实际加工环境一样的 模拟加工,从而在实际加工前就可以检查加工中可能出 现

17、的干涉,仍有智能安全爱护功能,在手动操作时可以 进行干涉确认,在干涉发生前停止机床,不用担忧发生 撞车；虚拟加工、自动加工过程中的干涉检查,使得编 程更加放心、快捷、简洁；另外,刀其的寿命治理功能、机床爱护保养提示和 在线服务等智能化的功能也为机床的使用和爱护供应了11 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 很好的手段；随着企业的不断进展和生产规模的不断扩大,企业 需要更多的生产设备来满意生产的需要,但是随着生产 设备的增多,生产治理的工作量也越来越大,因此,MAZAK 公司在单机的智能化网络化基础上,开发

18、了智 能生产中心 CPC 治理软件,一套软件可以治理多达 250台的数控机床；该软件包含4 个独立的模块 :加工程序自动 编 制 CAMWARE、 智 能 化 日 程 管 理 Cyber Scheduler,智能刀具治理 Cyber Tool Manager和智能监 控Cyber Monitor ；加工程序自动编制是一种易学易用的人机对话式零 件加工自动编程系统,该系统使用通用的 DXE 或者 IGES 格式从 CAD 图纸中猎取零件的外形信息,依据每 台加工设备的设备信息和工厂内的刀具数据库刀具信 息,通过简洁的操作针对现有的设备和刀具配置生成零 件的加工程序以及刀具需求、加工时间等数据,并

19、通过 网络将这些数据直接传送到相应的加工单元和治理系统 软件；这些数据就可以自动生成工时成本,进行刀具准12 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 备,实现了加工工艺编制、加工程序编制、工艺路线安 排和刀具资源配置的并行作业；而且该软件仍有加工程 序治理方面的功能,便利客户对大量的程序资源进行准 确、高效的治理；智能化日程治理软件能够依据营业单要求的数量、交货期以及 CAM WARE 供应的加工时间数据和工时成 本信息,快速自动编制出对顾客的交货周期和报价；另 外依据合同要求的交货周期以及生产现场的每个单元

20、、工位的现状做出零件、部件的作业方案和整机的装配和 出货方案,对暂时显现的紧急情形也可以便利快速地对 方案做出调整,并通过网络自动将精确的日工作方案发 送到每个现场终端和每台机床的掌握器上；通过智能化 日程治理,工厂的每个加工单元、加工工位都实现了实 时精确的作业调度,最大限度地削减了机器的闲暇时 间,给顾客报出的交货周期和价格更具精确性和竞争 力；智能刀具治理软件能够依据智能编程软件供应的刀 具信息和智能化日程治理软件供应的工作任务信息,对 每台设备的刀具数据进行分析,结合掌握系统的刀具寿 命治理功能将刀库内现有的刀具清单和需要的刀具清单13 / 22 名师归纳总结 - - - - - -

21、-第 13 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 进行对比分析；再针对每个加工任务提出刀具需求和状 态,比如加工工件需要而刀具库中没有的刀具清单、刀 具库中余外的刀具清单、刀具库中虽然有但是加工过程 中将要达到寿命的刀具清单；然后通过网络将这些信息 发送到每个相应的加工单元和刀具室；有了这些信息,操作者和刀具治理人员就可以对刀具进行快捷、高效的 治理；智能监控软件将现场每台机床以及每个工位的加工 状态通过网络实时反馈到治理者和相关部门的电脑上,使治理者以及相关部门在任何有网络的地方都可以实时 地明白到加工现场的工作情形和方案的执行情形,随时 监督机床的运转状态、参数

22、设定是否合适、加工完成情 况而无需人工汇报；同时,能够做出精确的判定,必要时准时下达相应指令；另外,MAZATROL FUSION 640数控系统的双向通信功能可以让治理软件直接调用其工 况记录数据库,使得工场工作量的统计完全由运算机自 动进行；智能监控的应用使治理者无论身在何处,都能 够清晰地明白工厂的生产状况,从而对瞬息万变的市场 做出准时淮确的反应；,只有25%的时间是用来加工的；用智能生产中心后,预备时间由 75%降为 50%,加工时间由 25%上升至 50%,使工厂的生产和治理过程实现了并行 化、网络化,大幅度降低了生产过程中的帮助时间,从 而有效提高了生产效率；对于工厂的治理者来讲

23、,最想知道的是昂贵的数控 设备在生产现场是如何运转从而制造利润的,以及如何 合理地支配这些资源以满意客户对质量和交货周期的要求；智能化、网络化的MAZATROL 640 系统加上智能生产中心软件可以帮忙治理者随时随地明白这些信息；15 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 比如治理者想知道每台机床每天的工作时间、工作 状况、生产了多少零件、机床的开动率等信息,智能化 的 MAZATROL 640 系统会自动记录机床的工作状态,治理者可以很便利地明白每台机床每天的运行记录 :机 床什么时候开机,什么时候停机,

24、开机时什么时候处于 自动运行状态,什么时候处于调整状态,什么时候发生 机床报警,都加工了什么工件,加工了多少工件,机床 的主轴转速及负荷是多少等等,便利治理者准时把握现 场的机床运转状况,并依据现场的情形准时作出调整计 划；另外,系统仍可以对记录的这些工作状况进行运算 处理,并用图形把它直观地表达出来,如以时间为坐 标,用条形图显示出机床每天每一时段的状态,仍可以 用饼图表示一段时间内各种工作状态所占的比率,这样 可以很便利地统计出机床的开动率,工厂的治理者和计 划人员可以依据这些信息进行治理和方案；MAZATROL 640 系统将PC 和 CNC 融合在一起,具有特别强大的网络化功能,可以便

25、利地接入任何类型 的运算机网络环境,这些功能都可以通过软件和网络来 实现；无论在办公室、家里仍是出差,只要有网络存16 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在,我们都可以通过运算机网络对机床进行全方位的监 控,实现了机械加工的信息化,完全满意了现代化、信息化治理的需要,给传统的制造业经营治理模式带来巨 大的变革；因此,它为用户带来的不仅仅是一种工具,而是公司治理方式的一种变革,这种变革可以对市场的 变化作出快速的反应,从而提高了企业的生产效率和综 合竞争才能；基于网络的制造已经成为21 世纪的主要制造模式

26、,各个行业无不在互联网这个平台上进行着产品的开 发设计、制造、销售和服务；互联网贯穿了整个产品的 生命周期,成为各个企业快速响应市场需求、不断推出 新产品、赢得市场竟争力和自身不断进展的主要手段；具有智能化、网络化的MA7ATROL FUSION 640 系统和智能生产中心软件使机械加工这个瓶劲环节快速地融 入到现代信息社会中,为航空企业的进展供应了有力的 工具,使航空企业走在时代的前列；四、数字扮装配过程仿真验证技术三维数字扮装配过程仿真验证技术是在软件虚拟装 配环境中,调入产品三维数模、资源三维数模和设计的17 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 22 页精

27、选学习资料 - - - - - - - - - 装配工艺过程,通过软件模拟完成零件、组件、成品等数模上架、定位、装夹、装配连接 、下架等工序的虚拟操作,实现产品装配过程和拆卸过程的三维动态仿 真,验证工艺设计的精确度,以发觉装配过程工艺设计 中的错误；仿真是一个反复迭代的过程,不断地调整工 艺设计,不断地仿真,直到得到一个最优的方案； 一）装配干涉的仿真 在虚拟环境中,依据设计好的装配工艺流程,通过 对每个零件、成品和组件的移动、定位、夹紧和装配过 程等进行产品与产品、产品与工装的干涉检查,当系统 发觉存在干涉情形时报警,并示给出干涉区域和干涉 量,以帮忙工艺设计人员查找和分析干涉缘由；该项检

28、 查是零件沿着模拟装配的路径,在移动过程中零件的几 何要素是否与周边环境有碰撞；在三维环境中,检查过 程特别直观； 二）装配次序的仿真 在虚拟环境中,依据设计好的装配工艺流程,对产 品装配过程和拆卸过程进行三维动态仿真,验证每个零 件按设计的工艺次序是否能无阻碍的装配上去,以发觉 工艺设计过程中装配次序设计的错误；虽然装配次序设18 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 计是按先里后外的原就设计的,但实际装配时候就发觉 有零件装不上去,无奈只有拆除别的零件,先装这个零 件； 三）人机工程的仿真 产品装配的过

29、程,少不了人的参加,产品移动的过 程也就是人动作的过程；在产品结构和工装结构环境 中,依据工艺流程进行装配工人可视性、可达性、可操 作性、舒服性以及安全性的仿真；将标准人体的三维模 型放入虚拟装配环境中,针对零件的装配,对工人以下 工作特性进行分析； 四）装配现场三维工艺布局仿真 在数字化环境下,建立厂房、地面、起吊设备等三 维制造资源模型,将已经建立的各装配工艺模型和装配 型架、工作平台、夹具等制造资源三维模型放入厂房 中,依据确定的装配流程进行全面的工艺布局设计；三 维工艺布局比传统的二维工艺布局更直观,充分表达了 三维空间的状况；并且在数字环境下可以仿真生产流 程；传递到操作者手中；操作

30、者能够采纳终端电脑或手持电脑读取这些信息,使 工人能够精确、快速地查阅装配过程中需要的信息,提 高装配的精确性和装配效率,缩短装配时间,降低装配 成本；在生产现场指导工人对飞机进行装配,帮忙工人 直观明白装配全过程,实现可视扮装配；也可用于爱护 人员的上岗前培训；五、飞机数字扮装配技术飞机数字扮装配技术是数字扮装配技术实际应用的 一个方面,下面简洁介绍该技术的应用过程：1.利用设计部门发放的产品三维数模和 EBOM ,在 三维可视环境下进行产品的装配工艺规划及工艺设计；将三维数模数据属性 导入产品节点,并将三维数模数图形的路径关联到每个零件上,在编制工艺的任何时候 都可预览零件和组件的三维图形

31、,直观地反映装配状 态；2.在产品工艺分别面划分的基础上,对每个工艺大20 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 部件进行初步装配流程设计,划分装配工位,确定在每个工位上装配的零组件工程,在三维数字化设计环境下构建各装配工位的段件装配工艺模型,并制定出产品各工位之间关系的装配流程图,形成装配PBOM ；3.在装配工位划分的基础上,对每个工位依据段件 装配工艺模型在三维数字化环境下进一步进行各工位内的装配过程设计,确定每个工位内的段件装配工艺模型零组件的装配次序,并且将相关的资源设备、工装、工具、人 关联到工

32、位上；确定该工位需要由多少个装 配过程实现,并定义装配过程对应的 AO 号；4.在装配 AO 划分基础上,对每本 AO 依据段件装 配工艺模型进行具体的装配工艺过程设计,定义该工艺 过程所需要的零组件、标准件、工装等,在三维数字化 环境下确定该装配过程零组件、标准件、成品等装配顺 序,明确装配工艺方法、装配步骤,并选定该装配过程 所需要的工装、夹具、工具、帮助材料等资源,形成用 于指导生产的 AO 和 MBOM 六、终止语综上所述,先进的数字化技术已经广泛应用于航空21 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 22 页精选学习资料 - - - - - - - - - 制造业的各个方面,而且近几年进展快速并对各国的先 进制造行业产生了深远的影响；但是数字化技术的普及仍有待深化、提高,特别是我国的航空数字化制造技术 与欧美一些国家、日本相比仍有很大差距；应当大力开 展航空数字化制造技术的讨论开发,使数字化制造技术 普遍应用于航空制造工业,并不断改进完善传统的制造 工业；这是我国制造业进展的大势所趋,国家、企业和 从业于制造业的各类人员都应赐予高度重视；22 / 22 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 22 页