淺談數字化協同平臺與飛機結構設計制造

陳付奎，張惠兵，譚小輝

中航工業陜西飛機工業(集團)有限公司設計研究院，陜西 漢中 723213

1 概述

數字化協同平臺是充分利用Catia的各模塊的功能，容納上千人乃至上萬人同時工作的平臺，并共同分享所有人的設計成果的大型設計工具，它具有信息直接化，資源利用率最大化，工程進度可視化，零件設計三維化等優點，被越來越多的科研院所和廠家應用。

統計表明，15%的工程設計變更，將會直接影響到85%的制造過程返工。最有效的措施就是盡可能減少工程設計的變更，降低成本和縮短研制周期。數字化協同平臺充分利用計數機軟硬件并借助于數據和信息的共享手段，將飛機設計過程中的“串行工程”改為“并行工程”，極大的減少飛機的研制周期。

傳統的設計制造過程是：飛機設計—工藝準備—工裝設計—零件制造—裝配，由于設計過程不可避免的變更，最終導致研制周期長，成本高等缺點。但是，傳統的飛機結構設計，在經過了上百年的開拓創新和經驗積累，已經形成了一套成熟的設計體系。從設計輸入到產品輸出的整個過程中，每一步都考慮了防差錯，并能快速地解決生產中出現的各種問題。數字化協同平臺正是借鑒傳統的飛機設計的工程經驗，并利用數字化、網絡化等手段，使其更加系統化，規模化。

數字化協同平臺在繼承了傳統的飛機結構設計的優點的基礎上，充分運用了高性能計算機強大的計算能力和高速網絡的快速傳輸能力，為飛機結構設計提供了更加開闊的設計平臺。

2 數字化協同平臺具有以下特點

1）數字化協同平臺是一個超大數據庫，任何一個在此平臺內的人員都可以從中找到自己所需要的所有資源，各用戶端設計各自所承擔的零部件，并且隨時將設計好的零部件上傳至中央服務器。上傳至中央服務器的零部件就成了協同平臺的數據資源，所有在協同平臺上工作的人都可以讀取現有的資源，這樣就實現了所有信息及時共享，而且數字化平臺上的零部件是三維的，看起來直觀，使得相關部件的協調也可以及時的順利進行，同時每個設計人員也可以從平臺上看到各種不同風格的零部件設計，隨時可以交流學習，不斷提高自己的設計水平；

2）數字化協同平臺又是一整套完善的設計管理系統，它可以通過網絡進行異地同步協調設計，這樣就能同時調動不同地區和國家的人員，在有限時間內完成超大型復雜的設計工程，在設計上實現了人力資源的最大利用率；

3）數字化協同平臺可以實現無圖紙化技術，數據的電子化傳遞為異地生產提供了極大的方便，一天之內就可以實現在任意兩地之間幾十上百G的數據傳輸，實現了快速異地審簽圖紙，節省了大量的紙質圖紙，同時也避免了人力資源的浪費，既節省了大量的人力物力，又能最大程度地調動不同地區的人力物力資源，實現了從設計到生產的異地資源利用率最大化。

4）數字化協同平臺實現了工程進度可視化，將所有的最新數據及時的集中到中央服務器，各個系統可以及時協調整個工程的進度狀況，為下一步計劃的制定和實施提供了最可靠的參考，計劃的控制就更科學，避免了設計更改造成的不必要的浪費。

5）數字化協同平臺實現了零件設計三維化，三維制圖不只是直觀這么簡單，最主要的是可以實現大型，特別是大型復雜形狀機加件的高精度數控加工，大大的減少了裝配工作量，縮短生產周期；數控整體機加件更加方便于結構優化設計，能設計出更輕的復雜結構，對飛機的總體性能有重要貢獻。不僅如此，精確的空間定位對零部件的裝配模擬、功能摸擬、重量重心計算和屬性統計更加準確方便，大大減少了設計人員的繁雜工作量。

3 數字化協同平臺為工藝制造提供了方便

工藝設計處于產品設計和加工制造的中間環節，它是生產技術準備工作的第一步。其中的任何一個因素發生變化，都可能導致工藝設計方案的更改，另外制造業特有的傳統的串行工作方式，使得工藝設計成為產品制造的瓶頸，并且占用了很長的產品研制周期。目前工藝設計的不足之處：

1）產品設計的工藝性審查周期較長

要在產品設計打佯出圖后,工藝部門才能對產品設計進行工藝性審查,針對可加工性和經濟性對設計提出更改意見，一般周期都較長。然后，設計針對工藝提出的意見對設計圖紙進行修改，若改動較大則大大延長設計周期，這是一個反復迭代過程。

2）不能及時發現工藝方案、工藝路線以及工藝規程的設計中的錯誤

工藝設計中隱藏的錯誤難以在設計過程中被人為的發現，裝配工藝的優化基本上是憑工藝員的經驗，工藝設計中存在的問題往往要在產品實際裝配過程中才被發現,但此時工藝設計錯誤已帶來了產品、周期、人力和費用的損失。

有了數字化協同平臺工藝工作可以有效的貫穿于整個飛機生產流程當中，為工藝設計提供了充足的準備時間。工藝制造部門隨時登陸數字化協同平臺網絡，了解設計進展和更改情況，及時的貫徹到工藝準備之中，同時進行并行產品數字化定義，建立全機數字樣機，實現了數字化模塊化設計與柔性制造，如波音777、JSF聯合攻擊機、A380等，大大縮短了研制周期，減少了工裝，降低了成本，取得了明顯的技術、經濟效益。與此同時，數字化裝配工藝設計與仿真技術也隨著數字化協同平臺的發展取得了實質性的進步，一些著名的飛機制造公司開始應用專用軟件系統如DELMIA等進行裝配工藝設計與仿真，利用車間執行系統實現了生產現場可視化裝配。

我國的飛機數字化裝配技術現處于起步階段，設計部門建立全機數字樣機的工作已經取得實質性的成果，因此如何在數字樣機基礎上，結合我國的國情通過協同工作平臺建立三維數字化產品設計和裝配過程仿真環境，實現產品設計、裝配工藝設計、裝配工裝設計的并行工作方式，是我們需要急切解決的課題。數字化協同平臺是一個很好的多人協同工作平臺，為飛機設計師提供了廣闊的舞臺，能將設計員的思想更快地轉變成一個個精美的飛機零件，為飛機早日翱翔藍天提供了可行性，使我們的夢想能更快地成為現實，同時也吸引著我們編織更加美麗的夢。