飛機鈑金零件數字化制造系統及其應用

汪洋華

摘要：隨著時代的發展，當前我國的機械制造水平的日益提升，飛機作為當前時代背景下民眾出行、軍隊執行任務等情境下的重要工具，保證其質量合格具備十分重要的現實意義。鈑金零件屬于航空產品最基本的組成單元，其質量能夠對產品的性能質量、制造成本產生直接影響。數字化是現代制造技術發展的主要方向，同時也是飛機鈑金零件制造的主要發展方向。該文通過對相關文獻進行查閱，對飛機鈑金零件制造數字化的重要價值進行了簡要闡述，在功能需求分析的基礎上，完成了飛機鈑金零件數字化制造系統的設計，并對其應用思路進行了研究。希望該研究內容能夠為我國飛機鈑金零件制造技術的發展提供一定的理論指導。

關鍵詞：飛機制造?鈑金零件?數字化?應用

中圖分類號：TH161????文獻標識碼：A

The?Digital?Manufacturing?System?of?Aircraft?Sheet?Metal?Parts?and?Its?Application

WANG?Yanghua

（AVIC?Jiangxi?Hongdu?Aviation?Industry?Group?Co.，?Ltd.，?Nanchang，?Jiangxi?Province，?330096?China）

Abstract：?With?the?development?of?the?times，?at?present，?the?level?of?machinery?manufacturing?in?China?is?improving?day?by?day.?As?an?important?tool?for?people’s?travel?and?military?missions?in?the?context?of?the?current?era，?it?is?of?great?practical?significance?to?ensure?the?qualification?of?the?quality?of?the?aircraft.?Sheet?metal?parts?are?the?most?basic?components?of?aviation?products，?and?their?quality?can?have?a?direct?impact?on?the?performance?quality?and?manufacturing?costs?of?products.?Digitization?is?the?main?development?direction?of?modern?manufacturing?technology，?and?also?the?main?development?direction?of?aircraft?sheet?metal?parts?manufacturing.?This?paper?briefly?describes?the?important?value?of?the?digitalization?of?aircraft?sheet?metal?parts?manufacturing?by?consulting?relevant?literature，?completes?the?design?of?the?digitalization?manufacturing?system?of?aircraft?sheet?metal?parts?on?the?basis?of?functional?requirements?analysis，?and?studies?its?application?ideas，?hoping?that?this?research?content?can?provide?some?theoretical?guidance?for?the?development?of?aircraft?sheet?metal?parts?manufacturing?technology?in?China.

Key?Words：?Aircraft?manufacturing;?Sheet?metal?parts;?Digitization;?Application

鈑金零件制造是飛機制造工程的重要組成部分，在實踐中，飛機的鈑金零件數量相當多，主要包括框肋、蒙皮、壁板等，這些構件共同組成了飛機的各類功能組件。在實踐中，采取不同的信息處理模式能夠得到存在性能差異的飛機鈑金制造系統。在當前的科學技術背景下，制造領域涌現出了多種制造模式，主要包括現代集成制造、大規模定制、可重構制造系統等。從實質來看，以上幾種制造模式的差異主要在于對制造信息的處理方式上，飛機鈑金制造對象信息主要包括模擬量、數字量兩種形式，在傳統的飛機鈑金零件制造過程中，非常依賴技術人員的技術經驗，但是，傳統人力加工往往存在效率低下、質量較差的缺陷。當前，航空航天領域對于飛機鈑金零件制造的精密化要求逐漸提升，傳統的人工作業模式在進行新型、高精密模具的加工過程中，甚至會達到100%的返修率，這一現象根本無法適應現代背景下飛機的制造需求。而在數字化背景下，鈑金制造信息載體能夠重模擬量轉移到數字量，并能夠通過CAD、CAE等軟件對信息進行處理，實現零件制造的集成優化，能夠有效解決傳統工作背景下鈑金制造周期長、質量穩定性弱的缺陷。

1數字化技術及其在制造業中的應用

數字化技術與信息化技術的發展具備較強的同步性。從概念角度來看，數字化是計算機專業的重要術語，指的是將信息轉換為計算機可讀取格式（即0，1二進制代碼）的一種過程，在實踐中通常使用模數轉換器對其進行處理。數字化技術指的是合理運用二進制代碼，通過電子計算機等設備媒介完成信息的表達、傳輸、處理等工作，數字化技術主要包括數字壓縮、數字傳輸、數字編碼等技術，是現代信息數字化的重要技術手段，也是多個行業與技術得以發展的重要基礎。

在當前時代背景下，中國制造業企業的數字化已經進行了很長一段時間，企業將數字化技術應用于產品制造的多個方面。

1.1產品設計階段

首先，信息化技術幫助企業完成需求文檔管理，在這一階段，能夠幫助技術人員更好地完成信息協同工作，提升信息溝通效率。其次，在研發過程中，信息化技術能夠通過3D格式的圖形文件實現對機械零件圖、電氣原理圖等文件內容的處理，在特定條件下，技術人員也能夠通過軟件實現零件的虛擬化，在虛擬環境中實現對零件的更新與迭代，最終提升產品設計質量[1]。

1.2產品生產階段

信息化技術能夠將產品的各項信息輸入計算機系統中，并通過自動化技術控制整個制造過程，相比于傳統人工操作而言，這種方式能夠有效提升產品生產的質量、效率，同時只需要一個或者數個操作人員對機器本身進行控制即可，也能夠有效降低產品生產過程中的人工成本。

2飛機制造數字化的重要價值

飛機是一種高精度產品，飛機的各種鈑金零件在制造過程中對于模型精度等內容存在較高的要求，特別是在當前時代背景下，現代飛機的功能更加齊全，對于機械零件的精度要求更高。在這一背景下，提升飛機鈑金零件制造的精度就成為了值得相關技術人員著重解決的熱點問題。在數字化技術背景下，技術人員能夠通過數字化軟件對零件模型進行綜合設計[2]。

2.1在設計階段的價值

在飛機的設計階段，設計軟件能夠根據相關行業的需求特點，對飛機的各種特性進行平衡，主要包括安全性、經濟性、載重量等內容，在數字化軟件的支持下，相關設計人員能夠更加輕松地實現對上述諸多內容的綜合分析與全面掌握，進而對飛機的設計工作有針對性地進行完善。相比于傳統的人工設計而言，引進了信息化技術后的設計能夠實現成品的預展示與虛擬迭代，不需要進行實際生產，就能夠實現設計方案的迭代升級，最終有效提升飛機本身的設計質量[3]。

2.2在預裝配階段的價值

在飛機的預裝配階段，數字化技術也能夠為其提供相應支持。具體而言，預裝配主要指的是飛機模擬裝配的過程中，能夠為實際飛機運行提供必要的數據、信息支持。預裝配工作依賴的裝備是數樣機，在計算機、信息化、數字化技術的支持下，這種機器能夠按照流程完成組裝，同時也能夠對飛機材料的質量進行全面檢測，從而降低實際裝配過程中出現問題的概率。

在實際操作環節，數字化技術能夠從以下幾個方面對預裝配階段提供技術支持。首先，在裝配干涉仿真過程中。這一階段主要就是建立警報系統，在實際的預裝配階段，雖然屬于虛擬的裝配活動，但是在實踐中也很容易受到多種干擾因素的影響，在出現問題之后，系統應當能夠對問題進行技術發現預處理，同時，這一過程雖然是在虛擬環境內進行的，但是仍然離不開員工的參與，在數字化背景下，技術人員可以將人體3D模型放入其中，實現。其次，在數字化車間仿真工作中，技術人員能夠使用虛擬3D軟件對車間、廠房等方面的模型進行完善，并將半成品投入虛擬生產車間。最后，通過數字化技術對裝配順序、裝配過程進行全方位模擬，這可以幫助技術人員發現實際裝配過程中可能存在的隱患與問題，最終有效提升飛機裝配質量[4]。

2.3在綜合設計制造方面的價值

在綜合設計制造方面，數字化技術同樣能夠提供技術支持。具體而言，3D數字化模型與數字化設計系統能夠對飛機的結構強度設計、動力推進系統設計等內容進行有效完善。在實驗試飛、飛機制造等知識管理方面，數字化技術也能夠發揮出相應價值。例如：在試飛過程中，數字化技術能夠最短時間內對全部實驗數據進行收集、整理、分析、存儲，進而為飛機設計與制造工作提供重要保障。

3飛機鈑金零件數字化制造系統初步設計

3.1系統整體設計與集成方案

3.1.1制造資源編碼系統集成方案

該子系統是整個系統中的核心結構，是整個系統中唯一的編碼源，能夠通過這一系統實現編碼信息的接收與傳遞。技術人員在系統中通過操作即可完成編碼的申請，在經過審核流程，并得到批準后，編碼生效并進入編碼字典。

3.1.2制造數據準備系統集成方案

（1）通過與編碼系統的接口獲取唯一編碼；（2）與車間計劃管理系統之間存在接口，為其提供零件加工所需要的各類信息；（3）與生產現場管理系統的接口，通過這個接口，能夠實現對現場反饋信息的整理與收集，進而修正或者完善系統中存在的數據；（4）與制造資源管理系統的接口，可以通過這一接口獲取可選的制造資源信息，如刀具、設備等[5]。

3.1.3車間計劃管理系統的集成方案

（1）通過與編碼系統的接口獲取唯一編碼。（2）通過與制造資源管理系統的接口獲取物料信息，并將采購后的信息提供給該系統。（3）通過與制造數據準備系統的接口獲取各項資料，包括產品信息、加工時間等。（4）與生產現場管理之間建立連接，向其傳遞零件生產的計劃信息，并實施監督現場實際的加工進度。

3.1.4制造資源管理系統的集成方案

（1）通過與編碼系統的接口獲取唯一編碼。（2）與車間計劃管理系統之間通過接口建立聯系。在實際的系統運行中，本分系統能夠幫助車間計劃管理系統獲取其所需資源的狀態信息，在采購活動完成之后，本分系統能夠從相應接口處獲取到信息反饋，從而更新自身的信息庫。（3）與生產現場管理系統通過接口建立聯系。在實際的系統運行過程中，本分系統能夠為現場生產提供資源編碼、資源的實際使用情況等重要信息。（4）與制造數據準備系統之間通過接口建立聯系。在實際運行過程中，本分系統能夠為數據準備系統提供相關設備的基礎信息。

3.1.5生產現場管理系統的集成方案

（1）通過與編碼系統的接口獲取唯一編碼。（2）與制造資源管理系統之間通過接口建立聯系。在實際的系統運行中，制造資源管理系統能夠為該系統提供實際鈑金零件生產過程中所需要的各種信息，即編碼、使用情況等。（3）與制造數據準備系統之間通過接口建立聯系。在實際運行過程中，制造數據準備系統能夠為本系統提供各項信息，主要包括產品結構信息、加工時間等。（4）與車間計劃管理系統之間通過接口建立聯系。車間計劃管理系統能夠為該系統提供實際生產計劃相關信息，并能夠通過這一接口獲取鈑金零件的實際制造情況[6]。

3.2制造信息分類

飛機鈑金零件制造過程中的信息主要包括鈑金零件制造要素信息與鈑金制造知識兩個主要種類，其中，鈑金零件制造要素信息主要指的是零件在制造過程中存在的各種設計信息，主要包括模具、工藝等信息，從性質上講屬于典型的生產型數據。為了進一步描述鈑金加工工藝流程中的工序件信息，相關技術人員創造性地提出了飛機鈑金零件制造模型這一概念。鈑金制造知識的內容主要包括支持零件信息定義的各種信息，從性質角度分析，此類信息屬于典型的支撐性信息。在實踐中，鈑金成型工藝具備較強的復雜性，不同零件存在不同的理化性質，綜合來看，鈑金制造知識具備種類多、復雜性強等特征。

3.3制造信息管理系統

制造模型、工藝數據等內容，在進行具體的數字化制造過程中，都是采取產品數據關系系統對其進行集中分析與管理的。技術人員在系統的基礎上，以鈑金零件制造模型為核心，對鈑金零件制造過程中零件制造信息進行獲取、表達、集成。工藝設計等子系統的技術設計人員能夠從系統中抽取領域信息完成模型內容的建立。在該制造系統的知識庫模型中，存儲了相當大量的飛機鈑金零件制造知識、標準、規范。應用系統通過集成接口實現對知識的獲取，幫助相關設計人員進行設計決策。

3.4制造信息定義與傳遞

在實際制造情境中，飛機鈑金零件的種類、制造工藝均存在數量較多的特征，每一種零件都具備獨特的性質，例如橡皮囊需要進行液壓成型等。因此，技術人員在設置數字化建造系統時，應當針對不同的零件、工藝設置不同的要素信息定義方法。

3.5建造飛機鈑金制造知識庫

與其他機械工業零件不同，飛機鈑金零件在制造過程中非常依賴制造人員、企業的生產經驗，在材料確定、模具設計等方面尤其明顯，由此可見，飛機鈑金制造知識庫在制造系統中的重要性可見一斑。

該節主要探討飛機鈑金制造知識庫的具體內容。

（1）域指的是飛機鈑金制造知識的整體集合。（2）按照工程應用進行劃分，可以將知識庫的知識內容簡單分為族和屬兩個層次。族指的是鈑金制造系統中，不同要素設計知識的全體，主要包括制造模型知識、制造工藝知識、工裝知識三個種類。屬是在族下方的一個分支，是將族內的知識結構按照設計原子型要素信息實體的問題進行分類，例如工藝設計知識就可以劃分為工藝指令設計屬與工藝參數設計屬等屬別。按照工藝進行精細化分類，可以將屬進行進一步劃分。即群，例如蒙皮拉形工藝設計群就屬于工藝參數設計屬之下的知識體系。最后，在群之下，可以將知識根據抽象程度的差異進行進一步細分，型屬于知識分類的最基本單元，具體包括實例型、典型、通用型這3個主要種類。

4飛機鈑金零件數字化制造系統應用

根據上文敘述，筆者簡要闡述了鈑金制造系統的主要結構，解決了現代飛機鈑金零件制造向數字化方向發展存在的一些問題。在企業進行實際鈑金零件制造的過程中，采取這種方式有效利用算法的穩定性，進而保證零件制造的質量與效率。相比于傳統的人工技術而言，這種方式明顯降低了人為操作可能存在的各種不確定因素，最終強化了鈑金制造的工藝優勢。

4.1信息傳遞方式轉變

在飛機鈑金零件的制造過程中，對于零件本身的精度要求在不斷提高。數字化制造系統結合了制造模型定義技術，對鈑金零件加工中的模型特征進行數字化定義，極大地提升了傳統背景下模型傳遞、協調、管理等環節的規范性，從根本意義上實現了信息傳遞方式的轉變，即從模擬量傳遞變為數字量傳遞。

在實際運行過程中，制造模型能夠為飛機鈑金零件制造加工過程中的工序提供精確的數字化模型，并在此基礎上直接實現模型的塑造。在這一背景下，傳統的模線、標準樣件等制造過程必須應用的產物已經失去了其作為重要制造樣本的作用，同時，樣板等構件的的基礎模型也變為了統一化程度較高的數字模型。最后設計人員在進行數字化加工的過程中所采用的也是數字模型，這種操作方式減少了環節鏈條的長度，有效消除了數據傳遞過程中可能產生的誤差，最終有效提升了鈑金零件制造的精準度。

4.2工藝設計思想轉變

在系統應用過程中，工藝思想的轉變也是比較明顯的。具體而言，該系統中建立了知識庫系統，知識庫系統的建立是在對整個飛機鈑金零件制造工藝進行全面分析與實地調研的基礎上建立的，在此基礎上的工藝設計活動屬于典型的智能化設計，技術人員可以在域、族、屬、群、型這5個知識框架內尋找自身所需要的知識內容，極大地提升了設計工作的效率與質量。

在該系統中，主要對鈑金鋁合金材料數據、鈑金工藝術語等知識進行了綜合整理，并建立了較為完整的知識庫體系，在實際的零件制造過程中，這一知識庫能夠為相關單位的工作人員提供足夠的工藝技術支持，同時，在使用過程中，技術人員還可以將所得到的知識經驗、新的標準規范向系統內部進行反饋，從而有效提升系統內部知識儲備的豐富度。在工藝設計階段，各種工序、裝備信息基本都是成熟且完整的，設計人員在使用時，只需要結合自身的實際情況對其進行適當調整即可，不需要自己動手對制造指令進行全面編程。綜合來看，在數字化技術的背景下，企業工藝設計已經從依賴熟練技術工人的經驗型進行了轉變，成為了依賴知識庫完整性、成熟性的智能型工藝設計思路。

4.3數字化技術應用轉變

在系統應用過程中，數字化技術應用也出現了改變。具體而言，在該系統應用過程中，在企業網絡的基礎上，將應用系統、軟件工具、數據庫等內容進行了統一整合，形成了統一性較強的綜合平臺系統，并通過接口強化制造過程中的數據交換與數據傳遞工作。這種工作思路具備典型的分布式集成思路，將飛機鈑金零件制造模型數字化定義、模具制造等數據化技術在實際零件的加工過程中進行了集成應用，主要包括橡皮囊液壓成形、蒙皮拉形和大型整體壁板噴丸成形等。由此可見，信息化系統的建設完成實現了單項數字化技術應用向集成系統數字化技術應用模式的轉變。

5結語

縱觀全文，飛機鈑金零件的制造與一般機械制造所采用的鈑金工藝存在比較明顯的差異，對于操作人員的技術要求相對較高，在傳統的零件制作環節，往往需要消耗大量的人力、物力資源，同時制造效率也相對較低。針對這種情況，對其進行數字化是比較好的解決策略，數字化必將是飛機鈑金零件制造技術未來發展的重要方向。同時，飛機鈑金制造知識庫是飛機鈑金零件制造集成技術研發的核心內容。相信經過一段時間的發展，我國飛機鈑金零件數字化系統必然會更加成熟，進而推動我國航空航天技術迅猛發展。

參考文獻

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