淺談數字化對飛機模線樣板的影響

楊瑞娟　李毅

摘要：工裝是飛機制造過程的第一道產品，而模線樣板又是工裝的排頭兵。本文首先介紹了數字化的概念和特點，接著從構建數字化協同工作平臺、開展精益生產研究、建設多種計算機輔助設計環境三個方面進行了詳細分析，最后對模線樣板發展方向提出了構想和建議。

Abstract： The first production is the craft equipments in the process of the aircraft manufacture， and mould template is the vanguard. In this paper， it is introduced firstly about the conception and characteristic of the digital. Then three ideas are described， and they are been structured the digitalized coordination work platform， developed the lean production research and build the much computer aided design environmental. Finally some visions and advice are advanced for development

關健詞：數字化;飛機制造;模線樣板

Key wards： digital;aircraft manufacture;mould template

中圖分類號：V262? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2020）12-0269-02

0? 引言

剖析現代飛機的生產過程也是對某種產品生產流程的解讀，首先對產品進行數字化建模和模擬仿真，并形成產品定義，將產品定義數據滲透到設計的上游并向零件制造部件裝配等下游延伸、傳遞與加工的過程，飛機產品的形成從某種程度上來說是數據上的一種物質體現。

1? 數字化的涵義闡述

數字化主要指的是通過計算機軟件技術與硬件技術，并依托網絡，將CAD/CAM作為主體的一種計算機技術的廣泛應用，其中模線樣板的主要環節，如設計、管理以及制作等都有數字化的應用。

數字化制造依托計算機各個相關平臺支持下，一般結合使用單位的需要和要求，以最敏捷的速度將資源信息進行收集，并對有關產品、工藝及資源的信息做出分析、規劃以及重組，以此來達到產品設計、功能仿真及原形制造的目的，最終實現高效生產出能滿足客戶對產品外觀及性能要求的生產全過程。因此，數字化制造其實是在產品制造過程用數字化形式構建數字空間，并基于此完成整個產品制造的一種過程。當前數字化環境廣泛的建構在計算機技術、制作技術及網絡信息技術持續發展與應用中，同時也是當前制作系統和生產系統全面數字化覆蓋的必然趨勢。另外，個人、企業及車間等作為數字環境中的多個節點，在產品的設計、制作及銷售環節中所涵蓋的信息是數字化環境的不穩定因素。總之，我們的主要任務和目標是基于數字化環境下如何更好的發展模線樣板工裝設計。

2? 數字化制造的主要特點分析

數字化技術作為當前企業壯大與發展的核心競爭力，通過閱讀相關的文獻，將數字化環境的特點總結為以下幾點：

2.1 產品研制方法的變化

較傳統的飛機研制過程及方法一般分為三個階段：概念階段的設計、初級階段的設計及生產階段的設計。這三項的設計都需要繪制模線并通過制造物理樣機，以此來協助技術人員更精準的對飛機及飛機的內部空間進行設計，研制過程具有串行的特點，且產品定義信息傳遞具有間斷性。而處于數字環境模式下，模線與物理樣機都可以被產品數字化定義及數字樣機來頂替，同時研制過程不同于傳統形式，具有并行及多學科交叉協同設計的優勢。另外，依托業務過程這個核心，發揮跨地域、多企業、動態的三大研制特征。

2.2 數字化定義技術和多種先進技術的融合

數字技術在其他先進理念和先進技術的影響與作用下，快速與當前先進的技術進行融合，先進技術的強強結合，必然促進整體效益的快速提高，高效釋放了數字化技術在飛機研制過程中的最大能量。充分體現了三大特性：其一，制造過程中的建模與仿真;其二，網絡化高效設計與制造;其三，積極推動虛擬產品的開發。

波音777飛機是當前世界上首個利用數字化定義及無圖紙生產技術的項目，代表著近幾十年制造業在信息技術應用方面具有巨大進展的標志。數字化技術與并行工程是波音777飛機研制、開發、制造及試飛成功的主要原因，其大體可以分為三方面，數字化預裝配、零部件的100%三維數字化定義以及以精益制造為主構建了238個設計建造團隊（DBT）實施并行工程。在研發過程中，以數字化裝配為主要的實物樣機，更正了200點設計中存在的問題，方便檢測間隙、分析重量、平衡、確定公差與應力等，從而使設計更正與返工的幾率下降50%以上，同時組裝配件出現的問題也相應下降了50～80%。

3? 數字化環境下模線樣板設計與制造的相關暢想

3.1 創建一種以數字化技術為基礎的項目組管理模式

創建一種數字化協同集成平臺，同時創新管理模式。飛機設計與制造項目初始階段，首先要創建項目辦公室，并組織各參加單位形成一個團體，按部件分工，在數字檔案平臺和協同辦公平臺下載圖紙或三維數模，依照零件車間工藝申請單具體要求，進行模線樣板工裝設計的先行準備工作。

3.2 模線樣板數字化構想

模線樣板數字化，要求模線設計由傳統加工方式轉化為全新模式，對于已存在的樣板進行逆向掃描，在CAD進行模擬量修復、完善，經過一系列校對后按流程上傳、保存，保存在數據庫。對于新制板從數據庫提取原始數模到完成樣板交付，全部采用數控加工流程，高效、準確的完成模線工裝設計。

當今社會是以數字化為主導的信息化時代，伴隨當前計算機、數字化測量、數控加工及成形、復材構件成形與先進裝配等技術的高速發展，精益生產和并行工程等一系列先進理念與技術的出現和廣泛應用，促使當前飛機協同研制快速的發展與變革中，基于傳統技術的精進，新的材料、結構及技術的創新應用，整體機構、復材構建及數字化技術的集合力量構建了新時期飛機創新制作技術的主要輪廓，同時在工藝技術的創新方面提供適當的實驗平臺。原始的飛機裝配大部分使用實體模型等方式，數字化平臺則是通過虛擬的模式，一定程度上縮短了裝備的時間，同時將部件結構進行了精簡。因此，數字化的廣泛應用很大程度上提升了飛機設計及制作技術的水平，大大提高了現代飛機研制的各個流程的工作效率，進而實現整體進度的加快。

4? 關于模線樣板數字化設計生產的幾點建議

4.1 對于零件三維的建模方式可按零件的特征分類

飛機結構零件特征典型，可對各類零件建立一套可操作的建模流程規范。如：按鈑金類和機加類分。具體鈑金零件又可分為與理論外形有關的蒙皮，口蓋，連接板等;有彎邊的框，肋板等鈑彎零件;角材類;口框類等，以各類中一個典型零件為例，規范建模過程。

零件設計過程中，所使用的飛機坐標基準，肋平面，框平面，理論外形曲面等基準元素應置于規定的基準結構樹下。零件實體上關鍵結構特征的數據所在結構樹應有明確命名。這樣，就便于下一環節中各工藝及工裝設計的引用，不會造成混亂。

4.2 數模設計中應考慮零件加工的工藝性

如零件型面三維下為曲面狀態，而實際分析可近似為平面，這可以由設計在三維設計中直接按面設計。有的Z型鈑彎件，貼合理論外形面的彎邊有斜角值，而另一處邊無配合關系，一般成形為彎邊90°最為合適。但在三維設計時，如果簡單的按平行于理論外形面作此穹邊面，彎邊會有斜角值，增加零件加工復雜性，也沒必要。

4.3 采用附表明確多個零部件信息

工裝設計中，如果一件工裝中負載了多個，甚至數十個零部件信息時，尤其是零件不屬于同類（如在一結構件的工裝上包含多個系統零件的信息）工裝圖應附一表將相關零件及其子工裝的信息明確（包括零件或涉及裝配圖的名稱，當前版次），以便跟蹤零件更改信息，及時完成工裝的更改。

4.4 雙曲度的小彎件加工方式

對于雙曲度（按胎成型）的小彎件，一般的加工方法是按胎取展開試壓件，再按試壓件制展開樣板。借鑒哈飛公司的加工方式：此類零件模胎全部數控加工，將零件數模與模胎數模重合，得到包合XD孔位置的零件延伸曲面，然后將模型展開，得到展開后的準確形狀，直接按展開數據數控切割下料，而不必再取制展/試樣板。經過哈飛公司裝機實際檢驗，完全能夠生產出合格零件。

5? 結束語

總而言之，隨著當前數字化技術在各個領域的普遍應用，其使原始的飛機產品的研制整體過程已經發生了質的變化，同時數字化技術的應用很大程度提升了飛機制造技術水平，并更進一步推動了飛機研制各個流程工作效率和整體進程的加快。

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