第一章 飞机产品数字化建模.pptx

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第一章飞机产品数字化建模1 1.5.2基于产品数字建模的工程设计过程：1.飞机数字化内部轮廓DIP(DigitalInboardProfile)飞机产品设计从用户需求信息开始。飞机总体设计组经过对飞机的航程、所需燃油、载客量、总体性能及制造成本等进行分析后，得出的数据就作为进行初步产品数字建模的依据。建立飞机总体定义包括飞机的描述文档、三面图、外形气动布局和飞机内部轮廓图，即DIP----三维实体模型------数字内部轮廓DIP。波音公司初始的一级数字样机2 3 2.建立数字样机与数字化预装配DPA（DigitalPre-Assembly）隔框/长桁机加肋板阶段1阶段2阶段3设计进展1.5.2基于产品数字建模的工程设计过程：4 第二阶段数字化预装配（2级数字样机）在生产设计数据集发放之前，为工程部门用来进一步进行产品开发，验证设计构形等。已经用它对飞机结构设计和不同设计组之间的界面进行了协调，零部件外形已确定下来，但还未进行详细设计。在这一阶段DPA的工作进展主要体现在为飞机的可达性、可维护性、可服务性、可靠性、价值工程、人机工程以及支持装备的兼容性等进行了尽可能的详细设计，但尚未进行详细的装配和安装设计。工艺装备设计以及描述装配顺序的工艺计划正在进行中。5 第三阶段数字化预装配（3级数字样机）在此阶段，对详细设计零部件进行完整的数字化预装配，诸如对有关飞机上的管道系统、导线束、控制电缆、绝缘毯、空气管路、燃油管线、液压管路、导线夹压板、角片支架、紧固件和连接孔等制造和安装进行最后计算机描述。完成了最后阶段的数字化预装配设计工作，使所有的工程数据在发放前即可解决它们之间的干涉问题。6 数字化预装配模型将不断更新，直至飞机最后交付。进行上述数字化预装配设计后，工程部门一般不再要求制造传统的1级、2级和3级实物样机；但对于飞机部分内部系统和构件高度密集的区域，还需制造实物样机。这些部分的实物样机并不是为零部件的工程设计所需，而是用来进行产品验证和安装的工作环境试验。7 数字化预装配DPA是一个过程，它利用很多有关计算机模型的文件，其中包括零部件布置、装配和模型安装。当设计人员、系统分析人员、工艺计划人员以及工艺装备设计人员需要时，就可以把这些模型组装起来，在计算机上完成飞机的装配模拟工作。对所有零部件都构造成三维实体模型，用来检查设计集成的各种状态、干涉和界面对接情况。整架飞机的所有干涉情况可以标识出来，并在预装配过程中解决干涉问题。8 另外，在数字化预装配中，设计人员要综合从工程分析、测试和制造中返回的大量数据和信息。因此，数字化预装配模型的数据管理工作极其繁琐且工作量极大，需要有一个专门机构来进行数字化预装配的行政管理工作。它管理DPA的共享模型，并要确保所有模型使用者很容易对模型进行存取，在数据发放时进行最后工艺过程的检查。9 10 3.主尺寸表面MDS(MasterDimensionSurfaces)主尺寸表面MDS即飞机的外形数学模型，飞机的三维外形数字模型与其数字内部轮廓模型合在一起组成了三维数字化产品定义。它可以直接起到三维飞机模线的作用，又可以用于三维飞机零组件的定义构形，也可用于后续的制造、工装设计、产品检验和数控加工等环节。数字内部轮廓DIP主尺寸表面MDS三维数字化产品定义11 3.主尺寸表面MDS(MasterDimensionSurfaces)主尺寸表面定义完全由计算机生成，并作为数字控制的三维曲面定义存储在数据库中。它对每一张曲面都有数字标识和修改版本字母，以便于后续的设计和制造环节中各部门的技术人员调用。12 4.几何结构设计和零件表生成在飞机的主尺寸表面MDS定义和数字内部轮廓模型DIP构成的飞机数字化产品定义的基础上，进一步对零组件进行结构设计。作为一般规则，此阶段的所有零组件都应构造成精确的三维实体模型。13 在此基础上，再由三维实体模型生成二维工程图纸，并标注尺寸和公差等，构成唯一的授权数据集。14 此阶段还有一项重要的设计工作，即设计人员和制造工艺人员共同商定如何建立和控制产品零件树（产品结构树）。现阶段的工作都是在产品协同设计组IPT中进行的，其工作结果体现在综合工作说明IWS中。此时，产品设计尚未发放。(IntegratedProductTeam)(IntegratedWorkStatement)15 当结构设计人员进行了详细设计，且每个零组件的几何形状和尺寸正确无误后，把产品的几何定义（三维实体模型和二维图形、数控加工曲面信息，以及机构运动模拟信息等）存到数据库，并由集成数据管理IDM（IntegratedDataManagement）系统进行管理。16 APL系统可以实现图纸零件表PL（partlist）和物料清单Bom（Billofmaterial）的生成、零部件的更改维护、零部件的构型管理和零部件之间结构和装配关系生成与维护，以及以表格的形式发放工程零件数据等多项功能。APL系统是基于图纸的管理方式，每份APL表对应一个装配图或安装图号，并且各层图纸的有效性信息都写在APL表中，如果需要某特定架次的飞机，则需要从APL表中进行提取。虽然波音APL系统从1967年开始就已应用到所有商用项目中，但APL系统在飞机构型控制和有效性管理上极其复杂。因此，波音在DCAC/MRM计划中逐步采用PDM系统替代APL系统来进行飞机产品数据的管理，从而实现简化飞机构型的目的。(PDM基于设计零件号管理）17 由此可知，产品的设计结果体现在两个方面，一方面是产品的几何信息，它存储在IDM系统中的数据集中；另一方面是产品的非几何信息，包括产品结构树和工艺信息，它存储于APL系统中。这两部分信息密切相关、不可分割，其相关性是通过产品图号或零件号来实现的，由统一的系统来管理。18 飞机的产品数字建模除了上述产品外形和内部结构的三维数字定义之外，还有很多系统数字建模和其它的相关工作：5.产品数字建模的其他相关工作绝缘毯设计：三维数字化定义计算机辅助排样飞行驾驶舱设计：人机工程设计管线设备布置安装标准零件库：连接件，紧固件，垫片，轴承，液压系统元件零件19 1.5.3基于产品数字模型的制造工程飞机的制造工程大体上是与飞机的设计工作同时展开的，制造技术人员和设计人员在同一产品协同设计组中并行工作。1.产品结构分解和关键特性的确定：产品结构分解：在飞机产品的初步设计阶段，飞机的三维数字模型是单一的整体模型。需要把飞机整体模型分解成部件、组件和零件，以及基于这些零组件的装配件和安装件，直至最后把飞机装配起来。20 对零组件不可能按指定的尺寸正确无误地制造出来，制造出的零件尺寸一般在所标尺寸的允许公差范围内。这些公差就是零组件的关键特性。制造关键特性是反映产品几何外形要求的信息，通常以公差、轮廓度、位置度等形式的信息出现。但不是一个零件上的所有尺寸和形状都是关键特性。在IPT中的每个成员都有权参与确定大多数结构件的关键特性，设计人员、工艺人员以及质量管理人员一同确定前述并行产品设计过程中的重要工作内容。关键特性KeyCharacteristics21 制造关键特性是在飞机试制过程中不断完善的，需要及时地调整与修改，以适应产品在不同生产环境下带来的变化。在制造过程中，由零件组装成组件，组件再装配成部件。因此可见，关键特性也是一个树形结构。之间相互影响，由上到下逐步定义。22 23 2.三维工艺装备设计与工艺计划：工艺装备设计与产品设计一样，也首先是进行三维建模，然后工艺装备设计人员利用三维零部件模型进行工艺装备的数字化预装配。进行干涉检查、空间验算。工艺装备设计人员在IPT组中，是同产品设计及工艺计划人员并行工作的。工艺装备设计人员检查所设计零件的可生产性，协助标识零件的关键特性，将信息及时反馈给产品设计人员和工艺计划人员。工艺装备部门还负责在整个飞机制造过程中对工艺装备的配套、维护和检修工作。24 零件工艺设计人员确定零件因制造过程的需要而留有的余量、导孔和其他要求，零件在制造过程中不同阶段的状态可以放在不同的层Layer中，以方便使用。这些工艺数据与产品设计数据一起组成了单一产品定义包，即制造延拓数据集MED(ManufacturingEnhancedDataset)。它需要设计、工艺计划、工艺装备设计人员共同签字才有效。25 4.客户支持服务在IPT组中，客户服务部门的人员和设计人员并行工作，利用CAD软件构造地面支持装备（GSE－GroundSupportEquipment）的三维实体模型。客户代表可以进行地面支持装备的数字化预装配，检查GSE与飞机零部件之间的配合和使用情况。还可以进行技术出版物的图形（三维图形、爆炸图）的生成。26 AQS最早由波音公司提出，以解决日益突出的生产波动带来的质量问题。其基本方法是通过对影响产品关键特性的硬件波动源采取控制（即硬件可变性控制，HardwareVariabilityControl，HVC）来达到提高产品质量稳定性的要求。HVC是一种用来管理由于零件制造的偏差而引起的更改、出错和返工的方法。它是通过尽量减少零部件间的段面划分和综合考虑控制零部件关键特性的选择方法来实现的，并利用两个有力的质量杠杆－关键特性KC和统计过程控制SPC来完成。5.硬件可变性控制HVC和质量管理质量体系（AdvancedQualitySystem,AQS）27 SPC是英文StatisticalProcessControl的字首简称，即统计过程控制，是应用统计方法对生产过程中的各个阶段进行监控，从而达到改进与保证产品质量的目的。统计过程控制（SPC）为质量管理的一个重要环节。质量管理的目的不仅仅用加强检验来达到。若零件检验不合格，往往我们仅能对产品进行修复、报废、记录等方式处理，而无法预防制造过程中的损失。而ＳＰＣ的目的，在于将检验结果用统计分析的手法，及时发现并排除造成制造质量不稳定的因素，把生产制造的数据用正态分布原理，预先估计废品的概率。(强调过程控制，预防可能发生的损失，消除或降低到可接受程度）28 在IPT组中，质量控制计划人员与制造工程师一起，根据首件检验要求等制定产品检验计划、校核计划和一致性计划等，并负责检验工程设计各种制造标准情况，评审由工程设计、工艺计划和工艺装备设计人员在CAD系统上产生的数据集，最后还需国家航空管理部门的审查。29 在装配生产中，应用AQS来实现数字化装配质量的提高。首先，装配车间的质量管理系统根据设计部门给出的关键特性制定AQS检验计划，而后在质量现场采用常规检验手段和数字化手段进行产品质量的检测，对于发现产品质量异常的现象，需要通过分析影响关键特性的硬件波动源，提出返工或修改意见，直至质量达到设计要求。30 1.数字化产品模型内容：1.5.4工程设计数据的发放和管理三维实体模型二维视图设计、制造、分析数据提供零件加工、零件对接面、检验的几何数据重量和应力分析数据飞机外形数据产品结构树飞机安装和装配过程模型各种设计文档分层存放31 2.工程设计数据的发放：工程设计数据的发放和控制由专门单位负责，设计人员把产品数据传输到数据库中，并将这些数据设置为冻结方式，以便数据被各部门共享。这种数字发放包有CAD系统生成的模型，其中包括产品的三维实体数字模型、二维图形数据和其它后续环节所需的数据，如产品零件表数据等。在数据发放前，须办理电子批准手续，列出发放包的内容；同时还需检查内容的完整性、发放授权、相应的数据集特征的入口，以及程序是否与批准的要求相符，带标注的图形是否能被绘出，最后数字化预装配干涉检查时否有问题等。然后通过多种介质进行产品数据的发放。32