数字化设计制造技术在民机研制中的应用

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1、数字化设计制造技术在民机研制中的应用支亚非程家林（成都飞机工业（集团）有限责任公司技术中心610091）摘要：数字化设计制造技术对于促进我国飞机研制模式的转变、提高快速研制能力、提升飞机行业整体技术水平、缩短与世界先进水平的差距具有重要意义。本文从产品数字化定义、数字化预装配、产品数据管理和并行工程等方面阐述数字化设计制造技术在民机研制中的应用情况。关键词：数字化设计制造民机应用1概述数字化设计制造技术的应用从根本上改变了国内飞机行业传统的设计和制造模式。目前国外最领先的航空数字化设计制造技术已经覆盖了飞机研制的全生命周期，从概念阶段、面向制造/维护的设计、制造，

2、直至服务与支持阶段，并且已经达到了可视化管理高度。中航工业成飞是国内最早应用数字化设计制造技术的企业之一，经过多年的发展，在设计和制造中普遍应用了CAD/CAE/CAPP/CAM技术，在项目研制中全面采用了数字化设计和以数控加工为中心的先进制造技术。特别是近几年在新研项目、C919等项目中广泛采用数字化设计制造技术，在产品数字化定义、数字化预装配、产品数据管理和并行工程等方面取得了初步突破，其技术及应用水平在国内处于领先地位，并形成了一支强有力的技术开发与实施队伍。2产品数字化定义产品数字化定义即基于模型的工程定义，是一个用集成的三维实体模型来完整表达产品定义信息

3、的方法，它详细规定了三维实体模型中产品尺寸、公差的标注规则和工艺信息的表达方法，改变了传统由三维实体模型来描述几何形状信息，而用二维工程图纸来定义尺寸、公差和工艺信息的分步产品数字化定义方法。同时，产品数字化定义使三维实体模型作为生产制造过程中的唯一依据，改变了传统以工程图纸为主，而以三维实体模型为辅的制造方法。2.1精确模型精确模型需要满足两个条件，一是要满足设计、工艺、制造的要求，模型状态即为零件的真实状态，并可以直接供工艺、制造部门使用，二是要满足电子样机协调及数字化预装配的要求。在民机研制过程中，通过采用用专业模块建模的方式来保证模型的精确性，如机加零件采

4、用CATIAV5软件PartDesign模块建模，如图1所示；钣金零件采用CATIAV5软件航空钣金模块建模，如图2所示；复材件采用CATIAV5软件复合材料设计模块建模，如图3所示。图1机加零件图2钣金零件图3复合材料零件2.2三维标注根据实际技术水平和制造条件，制定三维标注原则、三维标注的要求和紧固件标识方法，对尺寸、公差、表面粗糙度、紧固件标识和数字、字母、文字等进行统一规定，并形成企业标准。零件三维标注信息如图4所示，装配件三维标注信息如图5所示，紧固件标识信息如图6所示。图4零件三维标注信息图5装配件三维标注信息图6紧固件标识信息2.3工艺、制造和装配信

5、息对于三维模型中无法表达的工艺、制造和装配信息，如表面处理方法、热处理方法、紧固件信息、材料信息、装配信息等，通过制定零部件结构树模板的方式标识在三维模型中。零件和装配件结构树模板如图7所示。在零部件模型导入PDM系统的时候，可以自动提取出结构树上所包含的工艺、制造和装配信息，并按规定格式自动生成EBOM，供工艺、制造使用。图7零件和装配件结构树模板3数字化预装配数字化预装配是以飞机全机数字样机为基础，工艺流程为主导，借助计算机软件平台，对产品装配过程中的各个环节进行统一建模，在虚拟的工厂环境下，实现产品的工艺决策、制造装配和质量检验的模拟装配过程，完全以数字量传

6、递。3.1装配干涉仿真在虚拟装配环境中，依据设计好的装配工艺流程，对每个零件、成品和组件进行移动、定位、夹紧和装配操作，在装配的过程中进行产品与产品、产品与工装的干涉检查，当系统发现存在干涉情况时报警，并显示出干涉区域和干涉量，以帮助工艺设计人员查找和分析干涉原因。该项检查是零件沿着模拟装配的路径，在移动过程中零件的几何要素是否与周边环境有碰撞。如图8所示。图8装配干涉仿真3.2装配顺序仿真在虚拟环境下，依据设计好的装配工艺流程，对产品装配过程和拆卸过程进行三维动态仿真，验证每个零件按设计的工艺顺序是否能无阻碍的装配上去，以发现工艺设计过程中装配顺序设计的错误。如

7、图9所示。图9装配顺序仿真3.3人机工程仿真产品装配的过程，少不了人的参与，产品移动的过程也就是人动作的过程。将标准人体的三维模型放入到虚拟产品结构和工装结构环境中，按照工艺流程进行装配工人可视性（是否看得见，看多大范围）、可达性（工人的身体或肢体是否能达到装配位置）、可操作性（空间大小或零件重量是否便于工人操作）、舒适性（工人承受的负荷以及操作时间或次数是否使工人容易疲劳）以及安全性（工人在较高的位置操作等）的仿真。如图10所示。图10人机工程仿真3.4虚拟数字化车间仿真在虚拟装配环境下，建立厂房、地面、起吊设备等三维制造资源模型，将已经建立的各装配工艺模型和装

8、配型架、工