通用飛機復合材料構件數字化生產線研究

宋顯義

摘 要：本文簡要介紹了通用飛機復合材料構件數字化生產線的結構體系，主要包括飛機復合材料構件的產品數字化定義，工藝數字化設計，工裝數字化設計，制造數字化和組織生產管理以及連通復合材料構件數字化生產線數據流等方面的設想。

關鍵詞：復合材料；數字化；生產線；設計制造

中圖分類號：TP391 文獻標識碼：A

復合材料的先進性體現在其具有強度和剛度高、性能優越、易于整體成形、疲勞抗性大，以及耐腐蝕性等諸多的優點，在飛機的復合材料的使用過程之中，我們可以知道，通過這一種復合材料所構成的構件遠遠要比其他的一般金屬材料所構成的構件有著很大程度上的優點，能夠很好地提升飛行的性能指標，在這些方面其他材料無法甚至難以達到。舉個例子，比如說波音777這一型號的飛機，為了使得這一型號的飛機在研究過程中適當地減少研究時間，并且能夠有效地減少研究成本，這就需要我們在這一型號的飛機研究的過程中，使用我們本文所主要提到的復合材料。這一復合材料的研究以及使用，對于我們在飛機研究這一方面來說，有著十分重要的地位。這一復合材料的特殊之處，就在于我們能夠利用這一復合材料而使得其他方面的制造技術以及數字化技術相輔相成，并且對于其他方面的集成也有著很大程度上的改善。

1.復合材料構件數字化生產線生產技術體系研究

1.1 什么是復合材料構件數字化

對于復合材料構建數字化的簡單理解主要就是在我們產品設計的過程中，我們來進行產品檢驗的主要手段，這一手段主要就是以數據作為基礎組成的結構。對于復合材料中所含有的數據來看，我們可以知道一個數據之中可以具有好幾種不同的信息，正是這些不同的信息而組建成了不同的幾何圖形，從而使得我們可以繪制出多個不同的三維立體模型以及二維立體模型。對于這些我們同時構建出來的二維立體模型以及三維立體模型，他們之間既是獨立開來的又是有著某種同一聯系。

（1）定義復合材料構件的二維模型

首先對于復合材料之中，所構建出來的二維模型，我們可以知道二維模型主要就是由三維模型而生成的，對于復合材料的構建模型之中，二維模型也是不可或缺的存在。在復合材料構件的二維視圖中，我們需要準確地知道關于這些復合材料所構建的模型的各個方面的信息條件，對于目前來說，二維模型在復合材料的構建之中依然還是主要依據，并且二維模型在招投標環節也是必不可少的。

（2）定義復合材料構件的三維模型

復合材料的鋪層一般是指使用一些我們現有的已經設計掌握的數據信息，直接構建成三維模型，而這些構建而成的三維模型之中，我們使用零件的生成，從而使得這些鋪層的表面以及工裝內表面等等的形成。三維模型的作用在于為了在模型各個方面在進行分析過后，還能夠進行設計組裝，從而形成新的定位信息以及形狀信息。

1.2 簡述復合材料構件數字化生產體系

在復合材料的構件之中，我們需要是關于復合材料各個方面的數字化設計以及其他方面的設計而來進行。從而做到將精益生產理論和精益管理思想融合到整個生產技術體系中，實現制造數字化，檢測數字化，工作并行化，工作流程化，質量控制化。

1.3 復合材料構件工裝快速設計

工裝的數字化設計主要包括的內容有很多方面，而其中最主要的方面就是工裝的快速設計。對于復合材料的構件過程之中，為了能夠更好地實現復合材料的快速設計，這就需要我們對于工裝設計進行一定程度的研究設計。從而能夠使得我們在復合材料的設計過程之中，裝配組成新的組件。

1.4 復合材料構件工藝設計

結合各個方面的特點來綜合比較來看，工藝設計模塊主要基于CAPP系統，這是有利于幫助我們更好地進行復合材料的開發設計。而在CAPP系統之中，我們可以知道這一系統主要包括的內容有：產品結構管理，工藝設計審批，材料定額信息管理，系統配置工具，用戶角色管理等。目前而言，我們還需要不斷完善和豐富CAPP系統的功能模塊。

2.復合材料構件制造數字化技術

復合材料構件的制造數字化技術包括復合材料激光投影，自動下料等各方面技術。

2.1 復合材料預浸料之數控下料

預浸料下料是復合材料構件生產過程中一個煩瑣的工序，可以通過采用專門的自動剪裁機進行平面切割，實現自動下料。下料圖的排版是優化材料利用率的主要因素，自動剪裁的預浸料下料比手工下料效率可提高3倍以上，節約原材料20%左右。這樣的效率消除了手工下料樣板，使得每層的纖維方向和形狀更加準確，減少了鋪放過程中的錯誤。

2.2 數字化生產線數據之間的傳遞

與傳統生產方式相比，復合材料構件數字化生產線的區別在于對產品進行全面描述及數據傳遞采用數字量形式，使得復合材料設計、材料、工藝之間實現了一體化。生產線數據流主要包括設計軟件與分析軟件之間的數據傳遞，設計與制造系統的數據傳遞，設計與工藝之間的數據傳遞，產品設計與工裝設計間的數據傳遞等。

（1）設計與工藝之間的數據傳遞

設計部門將產品設計數據包括二維圖紙，技術文件等發放給工藝部門，包含了產品結構信息、零組件的幾何信息、材料和鋪層信息。工藝人員進行分解和轉換變成指導生產的制造指令工藝文件，并進行材料定額等信息的統計匯總，將數據傳給供應采購，庫房物流，計劃調度等相關單位，以實現生產的順利進行。

（2）工藝與生產現場的數據傳遞

工藝通過對產品數模等數據進行分解和轉換，將鋪層展開圖，激光投影數據，下料數據，纖維鋪放數據，技術文檔等相關數據傳遞到生產現場。

2.3 激光投影系統應用

區別于傳統的鋪疊樣板，CATIA作為復合材料設計/制造的專用軟件，其可以自動將立體的復合材料的設計數據與投影數據相互轉換，從而形成新的設計產品。在新設計出來的產品之中，我們可以通過對于激光的控制，從而做到對于新產品的表面的控制。因此，我們就可以通過操作新模具的表面激光，從而可以準確地得到模具的位置信息。

2.4 復合材料構件制造過程數據管理系統的功能

復合材料構件制造過程數據管理系統主要實現的功能包括：生產計劃調度管理，物料配送管理，零件跟蹤，倉儲管理，人員管理，權限管理，崗位管理和統計管理，可接入ERP系統和CAPP系統。該系統是實現生產協同，信息共享和精益管理的手段。

結語

對于飛機的復合材料所組成的構件之中，我們可以知道這一數字化的生產線研究包含了很多方面的內容，其中包含數字化設計、數字化制造、數字化檢測、數字化生產線集成技術5個部分，復合材料行業急需制定飛機復合材料構件數字化生產線的總體建設方案，選定方向，在這些條件之上，我們還應該結合國外的關于飛機的復合材料構件方面的知識內容，由此而做到將這一復合材料的構件的各個方面的設計都能夠達到一定的標準。這樣，我們對于其他實驗研究的工作開展能夠有著一定范圍的幫助，由此而能夠使得其他各個方面的實驗研究能夠更好地開展起來。

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