飞机制造工装协同工艺设计

    飞机装配工艺装备(简称飞机工装)作为一种飞机设计制造过程中的重要辅助工具，对飞机的研制进程具有至关重要的影响，针对目前我国飞机产品多型号多任务的生产状态，航空企业对飞机工装的研制过程提出了高效率、高质量、低成本的要求。工装产品的工艺设计是衔接工装产品设计和生产的重要环节，计算机辅助工艺规划(CAPP)系统的使用大大缩短飞机工装的工艺准备周期，显著提高了飞机工装工艺设计的质量，为飞机工装高效高质量的研制奠定了基础。随着我国航空企业数字化制造技术的发展，对CAPP提出了开放、动态、可扩展、智能化、人机交互、资源共享等多方面的新要求。
   
    将计算机支持的协同工作(Computer supported cooperative work,CSCW)技术应用于CAPP系统地开发中能够实现企业对CAPP的多种要求，因此，深人研究飞机工装工艺设计的特点，建立一个适合飞机制造工装并具有开放、并行、便捷、分布、共享等特点的协同工艺设计环境，将能够大大降低工装研制成本，提高工作效率，缩短研制周期。
   
    目前，就CSCW在产品研制过程中的应用来说，主要集中在产品协同设计方面，而在产品协同工艺设计方面，尤其是在飞机制造工装的协同工艺设计方面尚没有进行研究和应用。因此，本文以某航空企业的工装研制项目为背景，通过对飞机工装的协同工艺设计过程进行深人的分析，以当前已投入实际应用的面向飞机工装产品对象而开发的计算机辅助工艺规划应用系统(FixCAPP)为基础，进行飞机制造工装协同工艺设计系统((FixJigCAPP)的研究与设计。
   
    1 协同工艺设计系统
   
    FixCAPP系统是采用面向对象技术开发而成，该系统将飞机工装的产品和零部件作为对象来考虑，对飞机工装的各个零部件分别构建其工艺模型，对其工艺数据进行集中存储管理，这样工艺人员无须关注不同种类工艺文件的编辑，只需关注工艺设计和工艺数据输人FixCAPP系统即可，系统能够自动套用工艺文件格式输出文件，同时，工艺数据与工艺文件分离也有利于工艺数据的进一步利用。但是，工装的工艺设计作为一个设计整体往往需要内部多部门、多人员的并行工作，同时也需要相互协作，FixCAPP属于单机版CAPP系统，无法满足协同工艺设计的需要，因此作者在FixCAPP系统的基础上根据工装设计的需求提出了对FixJigCAPP系统的要求:
   
    ①多用户接口。系统要面向各环节工艺设计人员，不同用户的职责不同，权限不同，系统需要提供给不同角色用户不同的软件视图。
    
    ②协同工作方式。部门人员间需要对于某一产品结构设计方案以及随之而来的工艺设计方案，配套方案和备料方案等进行讨论沟通，同时，管理部门也需要根据各部门人员的实际工作状态，进行工作安排，对整个工艺准备的过程进行协调，以保证工装工艺设计过程的协同和高效。根据实际情况可能依靠发送消息、Email等方式进行同步或异步交互，在方案的设计的各个阶段进行协作和协调，以避免冲突和消除冲突。
   
    ③系统结构。系统结构的实现方式有集中式和分布式。工艺设计过程中有调度、设计、精管几个环节，每个环节都是由专人在不同机器上完成，同时根据协同工作的需要，相关信息需要共享，采取一种权衡的分布式系统，即每个代理模块都独立完成任务，将阶段性结果统一上传到服务器管理、组织、存储以方便共享并为确保各环节方案一致性提供基础。
   
    ④信息共享。工艺设计方案是协同工作的实体，为各个环节所必须，讨论评审信息也具有参考价值，需要信息共享。
   
    基于以上分析，协同工艺设计系统应从以下几个方面人手。
   
    ①系统结构模型。基于以上分析，各个环节需要成为独立的客户代理，所有代理通过lnternet/Intranet与另一地点的服务器进行通信，完成信息汇总，交换和调用等活动，如图1所示FixJigCAPP系统模型。多代理构成协同研制系统的决策群，通过网络进行的决策活动可以由多人协作或单人进行。设计活动在工装工艺知识库的支持下进行。工装工艺知识是工艺设计人员的各种设计经验经过不断地归纳总结抽象而形成的计算机化的工艺设计规范和准则。
   

    ②信息组织模型。Fix,TigCAPP系统下的信息模型包括产品结构模型，工艺模型，任务分派模型，工作流程数据模型和生产任务管理模型。由于后三种模型在协同工作中至关重要，故将在工作流管理模型中详细论述。产品结构模型包含了工装产品整体及琴组件和零件的工艺设计信息，如图2所示产品结构模型是以工装产品为根节点，以组件和零件为子结点的树状结构形式。产品节点、组件节点和零件节点分别包含其对应的属性和表明其所属产品结构关系的数据，以零件节点为例，在图2中可以看出，零件节点数据模型分为两大部分:所属产品结构关系信息和工艺信息，而工艺信息又包含:任务信息，工艺模型。同时设计过程中的零部件修改记录需要备份，因此节点关联着其历史版本，以便实现历史过程存储的管理。