飛機裝配的數字化與智能化

張艷

【摘??要】隨著我國社會經濟及科技水平的迅速發展，推動了各行各業的穩定前進，當前時代，對飛機制造業的需求量及質量要求也越來越高，該行業只有針對目前時代發展需求不斷加強對新技術的有效應用，才能提升自身的競爭力，滿足社會的多元化需求。

【關鍵詞】飛機裝配;數字化;智能化

前言

社會經濟及科技水平的迅速發展，帶動了飛機裝配行業的穩定前進，為進一步滿足社會的高質量需求，該行業就要加強對先進技術的有效應用來提升飛機裝配工作的質量與水平，確保整個工作的安全性。因此，文章下面將全面分析一下飛機數字裝配關鍵技術的相關要素，并就其日后的發展應用前景進行簡要分析，希望能夠為日后該行業在此方面工作的改進有所借鑒參考。

1基于MBSE的裝配能力總體設計

MBSE是一種以模型為中心的系統工程層次設計方法，應用具有圖形化的建模語言構建系統模型，在系統設計初期運行測試模型實現對系統功能邏輯的分析、測試和驗證，以達到消除預期問題、減少項目成本以及降低項目風險的效果。目前MBSE已經在波音、洛馬、空客等航空企業中得到廣泛應用，在飛機設計與制造過程中取得了良好的應用效果，大幅提高了工作效率，減少了設計與制造缺陷，縮短了周期和成本。基于MBSE的飛機大部件智能裝配能力建設主要分為系統總體需求分析、系統功能分析、系統架構設計、分系統設計、實施驗證5個階段。

1.1需求分析

系統總體需求分析是指對用戶要求進行收集、梳理，形成系統頂層需求并建立系統用例模型。航空產品制造技術正朝著信息化、集成化、網絡化和智能化的方向發展，對新一代飛機制造提出了高精度、低成本、短周期、多品種、高質量與高可靠性等全新技術需求。結合企業發展現狀，飛機大部件智能裝配生產線的總體建設需求為：滿足新一代飛機研制優質、高效、低成本的需求，實現大部件裝配與數字化環境的深度融合，裝配效率提升N1倍;工藝、生產、物流、設備全維度信息化融合，總體產能提升N2倍，裝配質量問題下降N3（%）。實際上{N1，N2，N3}是根據用戶需求、單位實際生產情況及長遠發展戰略綜合考慮確認的，它們代表了系統能力建設的綜合量化指標，這些指標具體還要分解到各個分系統層面。以N3為例，分解方式說明如下。首先，對一段時期內的裝配質量問題進行統計分析，得出各個分系統導致質量問題占比，依次分別為{M1，M2，…，Mi，…，M6}，計算出分解到第i個分系統的指標Qi=Mi*N3，即各分系統指標依次為{Q1，Q2，…，Qi，…，Q6}。然而，由于各個分系統質量問題降低的難度系數不一致，設計難度系數集{R1，R2，…，Ri，…，R6}，其中∑（i=6）Ri=1。組織專家采用層次分析法進行綜合評價，計算出相對真實可靠的難度系數，最終得到各個分系統最終的質量指標Wi=Qi*Ri。

1.2系統功能分析

開展系統功能分析，明確滿足總體需求的系統各項功能要求。著眼全局，針對工藝流程中的瓶頸環節、痛點問題，綜合采用數字化、網絡化、自動化、智能化方法，構建裝配工藝設計功能模塊、數字化裝配功能模塊、數字化檢測功能模塊，以及計劃調度平臺、設備管控平臺、物流運輸智能管控平臺、倉儲配送管控平臺，為飛機大部件智能裝配系統架構設計奠定基礎。

2系統架構設計

系統架構設計是指通過系統功能分析和分配來構建功能架構，并根據現有的技術條件，把功能架構“映射”成物理架構，將功能分解、定義并分配到相關的部件及組件上，從而完成具體方案的設計。在此階段主要完成生產線系統架構的總體設計。由精準執行層、數據收集層、數據處理層、平臺應用層構成，其中：

（1）精準執行層包括數字化裝配系統、數字化測量系統、集成工作平臺、倉儲、物流、工裝、工具等生產資源及產品;

（2）數據收集層則通過PLC、DNC采集器、RFID、條碼技術、手持終端、傳感器等信號采集和傳感設備實現對裝配系統工作狀態、設備運行情況、產品加工狀態、物資儲運情況、工人位置、狀態信息等的采集;

（3）數據處理層通過運用大數據、云計算等實時分析技術將收集到的海量數據進行實時檢測、傳輸與分發、處理與融合，然后將異構、多源、分散的現場數據轉化成可用于智能決策的標準化制造信息;

3裝配生產線分系統設計

數字化裝配工藝設計是基于三維數模，以數字量傳遞為基礎，通過軟件工具、仿真平臺來實現工藝頂層策劃、工藝設計、建模仿真、工藝文件編制等過程的全面數字化。MBSE框架下的數字化裝配工藝設計流程如下：

（1）從承接設計要求、指導現場生產的需求分析開始，結合項目總體目標以及當前的工藝能力條件，開展裝配工藝設計的總體架構設計，完成頂層工藝策劃。

（2）根據總體架構設計，結合工藝流程逐步開展工藝分離面的劃分、MBOM頂層設計、容差分配方案設計、裝配流程設計、三維工藝布局設計、裝配工藝文件編制、工藝規范規劃與編制等分步設計，完成裝配工藝方案的初步設計。

（3）通過容差分析、布局產能仿真、裝配仿真、有限元等專業的CAM/CAE工具進行建模與仿真，實現工藝仿真與工藝規劃的無縫集成，開發數字化工藝設計工具，建立工藝知識數據庫及資源庫，實現基于工藝知識庫的工藝文件結構化、自動化編制，提升工藝設計效率及質量。

（4）對裝配工藝設計進行架構驗證及最終確定。

結束語

總而言之，飛機裝配工作是一個復雜且難度高的工作，要求相關工作人員必須具備專業知識及技能水平，并且當前我國信息化技術水平也較高，加強對各類裝配關鍵技術的有效應用也可以提升飛機裝配工作的數字化、智能化及工作效率的提升。在日后的發展中，各行各業的智能化、數字化必然是行業的發展趨勢。希望文章上述有關飛機數字裝配關鍵技術及發展方面的論述分析能夠為日后飛機裝配工作的發展有所幫助。

參考文獻：

[1]胡玉龍，王仲奇，任聰，等.基于本體的飛機數字化裝配工藝模型[J].鍛壓裝備與制造技術，2015，50（5）：105-109.

[2]侯志鵬，盧文權，王波，等.飛機機身裝配工藝及仿真技術研究[J].軍民兩用技術與產品，2017（4）：9.

（作者單位：中航飛機股份有限公司）