飛機制造工藝信息系統關鍵技術研究與實現

郭永明

【摘??要】我國在智能裝配領域各單點技術域上緊跟國外研究成果，突破了一系列關鍵技術并取得重要成果，特別是以MBSE科學開展飛機大部件智能裝配體系能力建設的方法，構建相應的數字模型并采用仿真技術進行不斷驗證、迭代優化，最終實現智能裝配能力效用的最大化。

【關鍵詞】飛機制造工藝;信息系統;MBSE

前言

虛擬裝配技術主要是實現了兩個層次的映射，第一個映射就是通過底層的產品虛擬模型實現對產品物理模型的映射，第二個映射就是利用虛擬的裝配仿真實現真實物理裝配過程。虛擬裝配是虛擬制造研究領域的重要研究分支，其是許多先進學科領域知識的綜合集成與應用，它以數字化建模技術，計算機仿真技術，分析優化技術為基礎，在產品設計階段或產品制造之前，實時、并行地模擬出產品的未來制造全過程及其對產品設計的影響，預測產品的性能、成本和可制造性，以達到產品的開發周期和成本的最優化，生產效率的最高化之目的。

1虛擬裝配技術及研究方向

1.1以產品設計為中心的虛擬裝配技術研究

虛擬裝配的重要內容就是產品的研發，其主要功能就是在虛擬環境中實現產品的組裝，以產品設計為中心的虛擬裝配技術就是專注產品各個部件之間的因素制約，并依據設計原理開展各個部件的設計與裝配。以產品設計為中心的虛擬裝配的目的就是實現各部件之間制約關系的定量分析，在各個約束下實現最優設計，解決部件設計的瑕疵和錯誤，并開展設計優化與設計更改，最終實現產品的最優設計方案。這種設計可以在經濟成本、人機工程、環保等社會因素上實現最優，促進產品的成功。

1.2以工藝規劃為中心的虛擬裝配技術研究

虛擬裝配技術一個重要方面就是針對產品的各個部件設計完成后，利用虛擬現實的概念，借助現代信息技術，采用電子計算機生產的虛擬環境下實現產品各個部件裝配工藝設計，并針對產品特點計算和分析裝配的最優工藝方案，指導實際的產品生產與裝配工作。以工藝規劃為中心的虛擬裝配可以分為系統級裝配規劃和作業級裝配規劃兩個層次。系統級裝配關注的是產品的總體規劃，涉及的方面比較廣，主要有產品的市場需求怎樣、產品的投資狀況、產品的生產規模、產品的生產周期、產品生產的資源分配情況、裝配車間的布置情況等等內容，這些均是產品裝配的綱領性文件。作業級的裝配規劃主要就是產品的裝配順序規劃、產品的裝配路徑規劃、產品的工藝路線規劃、產品裝配的操作路線干涉計算分析等等內容。

1.3以虛擬原型為中心的虛擬裝配技術研究

以虛擬原型為中心的虛擬裝配技術就是充分利用虛擬環境，構建產品的外形、產品的功能、產品的性能，進而模擬產品的用途和功能，對產品進行檢驗和功能特性評價。這種虛擬裝配技術可以對產品的外形精度、制造公差進行優化分析，并提供可視化功能。

2基于MBSE的裝配系統設計

數字化裝配系統的本質是為實現關鍵裝配工藝環節而構建的復雜數字化集成系統。在MBSE設計框架下，數字化裝配系統設計的外部輸入來源于飛機大部件智能裝配生產線的功能和技術指標分解，特別是關于調姿對合、制孔、锪窩等關鍵裝配工藝環節的功能和技術指標要求。針對特定外部輸入，對實現關鍵裝配工藝環節所需的系統結構、行為邏輯、參數定義、輸出結果進行描述，從而建立相應的系統模型?；谙到y模型進行機械、電子、軟件及通信網絡設計，在設計過程中基于系統模型的輸出結果要求搭建仿真和物理測試平臺進行測試驗證和需求符合性檢查，并將驗證結果與需求的偏差反饋到設計端，促使設計優化迭代，最終形成與需求一致的物理系統。

3數字化測量系統設計

數字化測量系統的目的是為裝配質量的保障與優化提供精確、可靠、快速的數據反饋與支持?；贛BSE設計框架，數字化測量系統設計的外部輸入來源于基于MBSE的飛機大部件智能裝配生產線的功能和技術指標分解，主要包括被測特征（空間點、形貌等）、裝配環境要求、測量效率及測量精度等。根據這些技術指標，從環境適應性、測量精度、測量可達性、測量效率等方面對數字化測量系統應具備的技術指標進行細化及系統架構設計。在此基礎上，對數字化測量系統的組成要素，如測量工藝規劃軟件、測量設備組網方案、測量自動化系統等進行設計，并基于相關的數據模型和仿真軟件對系統設計方案進行驗證及優化。最終，通過設計優化迭代減小設計指標與輸出參數之間的差異，最終形成與需求一致或接近的物理系統。

4集成工作平臺設計

集成工作平臺集“氣、電、網”于一體，是滿足數字化裝配需求的集成工作平臺，融合穩定性、耐用性、制造工藝、安全美觀以及人機工程、智能化裝配發展方向需求等多個維度要求，實現工具按工位配置，工具、樣板合理分類及形跡化管理。MBSE框架下的集成工作平臺設計，首先在系統布局設計階段，根據后期裝配加工的具體場景，梳理分析所需設備設施及操作流程，并將所需設備、工裝存放架、工具柜、樣板存放架、物流進出路線、操作區域及裝配對象和工裝等在工作平臺上進行全要素布局設計，以減少對操作人員的管理難度和非增值活動浪費。

結束語

飛機大部件智能裝配能力建設是一項復雜的系統工程，需要采用科學的方法進行整體的規劃建設與全局的持續優化。本文基于系統工程的思想理念，提出應用MBSE科學開展飛機智能裝配體系能力建設的方法，并在成飛公司開展應用實踐，取得了階段性成果，初步實現智能制造中“精準執行、動態感知”的局部特征。在下一步工作中，將繼續實踐應用該方法，持續開展工藝大數據挖掘與決策分析、專家工藝數據庫構建、增強現實輔助飛機智能裝配、數字孿生等方面的研究，建成具有完整“精準執行、動態感知、實時分析、自主決策”特征的智能裝配能力系統。

參考文獻：

[1]王焱，王湘念，王曉麗，等.智能生產系統構建方法及其關鍵技術研究[J].航空制造技術，2018，61（1/2）：16–24

[2]卜泳，鄒方，劉華東，等.蓬勃發展的數字化裝配—中航工業制造所數字化裝配技術發展現狀[J].航空制造技術，2014，57（23/24）：54–56

（作者單位：中航飛機股份有限公司）