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面向模块化配置生产的大型飞机装配规划与仿真技术(二)

2017/12/1    来源:互联网    作者:侯卓兵  孟静晖  胡成丹      
关键字:MBD  DMU  装配仿真  并行工程  模块化  
大型飞机装配具有学科领域多、精度要求高、协调产业链广、工作量大等特点,是大型飞机研制周期、质量和成本的决定性环节。目前国内航空企业更多在单点上引入数字化产品定义MBD以及装配仿真等技术,业务仍然采用传统设计制造分离模式,未形成先进的数字化装配工程应用体系。本文对国内外航空企业的数字化装配技术应用现状进行了分析,提出了先进业务管理、数字化制造工程设计、装配仿真验证相融合的集成框架,并对其中的关键技术进行了论述。最后,基于该研究成果构建了装配规划及仿真的工程应用集成环境,并对应用于某大型飞机研制中的工程化效果进行了描述。

关键技术

1 模块化设计及管理

    模块化是一种产品设计理念,也是一种管理理念。在飞机制造行业采用模块化设计及管理方法的优点包括:可以提高产品数据重用性,快速推出适应客户需要的系列化和个性化产品;实现产品结构扁平化,简化工程管理和技术状态管理,提高数据管理的准确度;采用先进的模块化生产和装配模式,缩短交付周期;利于产品维修和客户增值服务;利于合作伙伴的接口定义和合作研制机制。在飞机研发及生产环节贯彻模块化管理方法,即将设计模块而非单一零件作为最小控制单元,以简化管理复杂度和提高设计与制造协同效率。设计与工艺制造环节如果缺乏统一的模块化管理及协同机制,设计、工艺、生产等环节的符合性和一致性难以追溯,装配工艺仿真的数据来源正确性也难以保证,因此模块化设计及管理是设计制造协同、装配工艺仿真、架次飞机配置的基础保障。

    设计模块由CI/CS/DM 组成,如图3所示。CI(Configuration Item)为构型项,表示飞机某一个设计单元;CS(Configuration Solution)为构型方案,表示飞机设计单元的某一种设计状态;DM(Design Module)为设计模块,是飞机设计模块的技术包管理节点。CI、CS 为逻辑控制单元,DM下挂接具体的物理装配设计结果。

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    图3 设计模块组成

    模块化设计及管理过程包括模块联合规划、模块实现、模块发放3个过程。其中,模块联合规划由设计和工艺联合开展,以确定模块划分的合理性,并尽量将设计分离面与工艺分离面进行合并,以避免后期模块划分不合理导致的拆分问题。模块规划审核通过后,各专业设计师基于设计环境进行设计实现,达到一定成熟度后提交签署,并向下游发放。

2 基于成熟度的设计工艺高度并行

    设计工艺的并行不仅仅需要在应用环境上提供协同支撑,还需要在协同机制上建立规则,形成基于设计成熟度的设计工艺并行工作机制,通过流程驱动并保持可追溯性。与研制阶段的成熟度不同,这里的成熟度是指产品设计模块DM 的数字化模型的设计成熟度。基于成熟度的设计工艺并行协同过程如图4所示。

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    图4 基于成熟度的设计工艺高度并行

    设计模块成熟度MM4之前为设计内部多专业协同的成熟度,设计模块成熟度达到MM4 之后,设计的总体方案已经冻结,结构设计数模和设计分离面基本确定,工装人员可以初步确定大型装配工装和蒙皮拉型类外形工装的基准孔、基准面与装配方式,并可以开展工装关联设计工作。工艺人员可以进行工艺分离面划分,进行装配顶层规划,根据工作包划分初步确定厂际交付接口。

    设计模块成熟度达到MM5后,装配规划工作可以进一步细化,将设计模块统一划分至各个装配单元,进行装配干涉检查,并在MM6时开展总装装配过程的仿真验证工作,基本固化装配单元及其设计模块配套。

    设计模块成熟度达到MM6后,可以基于装配顶层规划,开展装配工艺规程(AO)的设计工作,并在设计过程中实时进行组件级装配仿真验证和优化工作。

    设计模块成熟度达到MM7后,可以开展人机工效分析、车间布局仿真等集成性仿真验证工作。

    设计数据发放时,装配规划及设计结果经过完善修正后,即可以提交审批工作,并在审批后直接发放给生产执行环节。

    该关键技术打破了设计制造的业务界限,建立基于成熟度的设计工艺并行协同机制,基于应用环境通过成熟度驱动装配工艺和工装的规划、设计及仿真的集成协同,并对成熟度升降级过程进行管理。上述成熟度的定义标准将随着业务并行工作的推进逐步完善细化。

3 面向全机装配单元的三维装配规划及仿真

    飞机总装制造厂需要从整机角度进行装配单元的规划,详细规划各装配单元的装配顺序(如图5),并基于三维可视化环境将各设计数据模块分配至各个装配单元。按照模块化管理原则,设计模块可以被分配至多个装配单元,但是一个设计模块不可以被拆分至两个或两个以上的装配单元中进行安装。设计模块在各个装配单元的消耗状态可以进行可视化展示,以避免漏装及冲突,如图6所示。

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责任编辑:张纯子
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