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飞机全数字样机设计并行工作平台的建设与应用

2006/11/9    来源:e-works    专家:宁振波      
关键字:CIMS  CATIA  并行工程  数字样机  网络  计算机  
本文扼要介绍了在某型飞机全数字化设计工作过程中的并行工程需求分析、平台规划,并以平台建设为中心,介绍了应用CIMS理念较全面的规划CAD、CAE、CAT、CAM、PDM等的集成应用过程和实施结果。并借鉴国外最新技术,提供了可供参考的平台建设的发展方向。

     1. 前言

    在以信息技术革命为主要特征的知识经济时代,航空各科研院所、企业抓紧时机流程再造,增强自身的核心竞争能力已是当务之急。正如十六大报告中提出的“坚持以信息化带动工业化,以工业化促进信息化,走出一条新型工业化路子。” 。在这种形势下,隶属于中国航空工业第一集团公司的西安飞机设计研究所,与时俱进,抓住难得的机遇,首次在中国设计了飞机全机规模数字样机。飞机全机数字样机的问世,标志着西安飞机设计研究所飞机设计水平已进入数字化设计阶段。实现了飞机设计手段与国际飞机设计手段的接轨。数字化设计飞机的成功制造与试飞;为我国航空行业由传统的飞机研制模式向飞机数字化设计制造的现代化飞机研制模式的转变奠定了坚实的基础。

     2. 飞机数字化研制模式分析

    自我国的航空航天工业建立开始,由于受传统的设计制造方法和工具的限制,如手工图纸设计、手工操作机械加工方法,统称为模线样板法。其过程是经过图纸→模线→样板→样件→工装模具夹具→产品等众多的复杂环节。它的本质是以模拟量传递的产品研制方法,飞机工厂的一切活动围绕着它进行,是一种不得不采用的少、慢、差、费的串行工作方法,严重影响着企业的技术进步。

    上世纪飞速发展的计算机及数控技术,首先就应用到了航空航天工业;可以说,是对传统的产品研制过程的革命性变革。由CAD→CAE→NC→CAT和PDM等先进技术代替了传统的手工方法,其本质是数字量传递的产品研制方法,所以称它为数字化设计制造技术,它省去了大量的模线、样板、样件和工装等模拟量传递工具,是一种优质、高效、低成本的先进技术,它从整体上彻底地改变了传统的工程研制过程及其技术体系。

    数字化设计制造技术是指利用计算机软、硬件及其网络环境,实现产品全过程设计/制造/管理的一种技术;它不同于一般的单项先进技术,它是在网络和计算机辅助下通过产品数据模型,全面模拟产品的设计、分析、装配、制造等过程。数字化设计制造技术不仅贯穿企业生产的全过程,而且涉及企业生产线上的设备布置、各条生产线的匹配、物流规划、物料配送、生产计划、成本核算等多个方面。数字化设计制造技术的应用可以大大提高产品质量、提高劳动生产率、提高企业产品开发能力、缩短产品研制周期、降低开发成本、实现最佳设计目标和企业间的协作,使企业能在最短的时间内组织大范围内的资源开发出新产品,大大提高企业的竞争能力。因此,这一先进技术对企业作用之大、影响之深远没有哪一项技术能与它相比。

    数字化设计制造技术集成了现代设计制造过程中的多项先进技术,包括三维建模、装配分析、优化设计、工程分析、系统工程、产品数据管理、虚拟设计与制造、多媒体与网络通讯等,是一项多学科的综合技术。涉及的主要内容有:

    CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术

    异地协同设计平台

    基于知识的设计资源库

    虚拟设计与虚拟制造

    概念设计与工业设计

    绿色设计

    并行工程

    由以上对数字化设计制造技术的综述可知,其核心是协同设计平台支持下的三维CAD技术。为确保在型号研制中全面采用三维CAD飞机设计技术。必须制定一整套较完整、先进、实用性强的协同设计平台建设技术实施方案。飞机数字化协同设计平台建设考虑的重点问题如下:

    项目国内外合作伙伴公司之间的应用软件通用性

    项目管理软件系统的兼容性
  
    项目计算机硬、软件、网络建设和系统的匹配性
  
    项目国内航空工业各单位计算机硬、软件的相对一致性
  
    项目供应商软、硬件、系统方案的先进性、成熟性、可靠性和发展性
 
    项目计算机硬、软件配置的统一规划、分步实施的原则
   
    系统应用的历史状况和数据资源保护

    这样的技术思路决定了数字化协同设计平台要以应用为中心,既以CAD系统为第一选型目标,CAD系统确定之后,再根据CAD软件的要求,配置相应的硬件、系统软件、网络系统及其它应用软件;构成一套较完整的飞机数字化设计系统。因此,CAD系统的正确选择,是整个项目成败的关键所在。鉴于当时国内尚没有成熟的三维CAD系统可选,并考虑现有资源的利用和CAD软件的发展趋势及服务保障,以及实施PDM的情况,我们结合实际型号需要,最终选择了国际上尚没有应用先例的以CATIA V5为核心的CAD系统。

    通过艰苦攻关,我所在中国飞机研制中,率先采用并行工程和无纸设计技术,实现了应用国际先进CAD软件CATIA V5进行三维外形建模、三维结构设计、数字化结构件和主要飞机系统件的预装配,最终建成了五万多个零组件、四十三万个标准件、可全面应用于生产的全机数字样机。

    经过制造、总装、试飞的全面检验,已经证明采用数字样机缩短了60%的设计周期,并且提高了设计质量,减少了40%的设计反复,大大缩短了试制周期,提高了制造质量,减少了制造返工。

    3.数字化设计/制造/管理平台规划建设
   
    “九五”期间,我所参加了《飞机异地无纸设计》课题和《航空CIMS》重点工程,在零部件级数字化设计方面取得了一定的经验和实效。借鉴国外先进经验,形成了我们数字化设计/制造/管理平台的框架如下:


 
    图1西安飞机设计研究所数字化设计/制造/管理平台的框架


    初步建立基于中国航空工业第一集团公司专用网(金航网)和我所局域网及数据库的基本技术支持系统,为最终建立航空现代集成制造系统奠定基础。
 

责任编辑:陈沁
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