航空航天产品数字化研制体系和研制流程构建.doc

word格式,2015～2016学年第二学期航空航天产品数字化研制体系及研制流程构建 目录摘要 2第一章 概论 21.1研究背景 21.2国内外研究现状 31.3数字化工厂 41.4发展方向 6第二章 数字化建模 72.1产品数字化建模技术 72.2数字样机 72.3产品数字模型在飞机应用 8第三章 数字化车间 93.1车间布局与仿真框架模型 93.2车间生产线仿真模型 103.3飞机装配工艺设计 113.4数字化产品装配 123.5车间物流体系 15第四章 数字化航空产品维护 164.1航空产品物流 164.2航空数字化维修 17第五章 A380装配看宽体客机的装配技术 185.1A380飞机性能及其特点 185.2A380飞机装配所使用的数字化技术 185.3A380的创新性研制过程 19第六章 数字化制造管理 206.1数字化生产管理 206.2数字化生产管理的发展历程 20第七章 总结与展望 21参考文献 22附录 缩写词对照表 24航空航天产品数字化研制体系及其研制流程构建摘要分析了我国航空数字化目前研制现状与发展趋势，针对航空产品研制中具有的系统结构复杂、多学科交叉、研制过程非常复杂、可靠性要求极高、研制所厂之间协同要求高等特点，充分借鉴已有的研究成果，对适于航空航天研制数字化的产品进行了深入地研究，提出了一种面向异地协同设计的、开放的、基于PDM系统框架和系统集成的航空航天产品开发平台的体系结构，并对数字化的核心技术进行了深入的探讨。

论文以工业革命改革为背景，展开了数字化的航空航天产品开发平台的研制论述数字化研制体系从市场调研、建模、工艺规划、设计、加工、数字化装配、维护和制造管理进行构建，实现对产品设计、功能、制造过程的仿真和产品原型制造，低成本方便快捷获得所需产品即产品建模是基础，优化设计是主体，数据管理是核心关键词：数字化、虚拟制造、网络制造、制造管理第一章 概论1.1研究背景随着世界政治格局变化以及经济全球化的特点，进入20世纪90年代以来，世界航空工业正在形成设计、生产与市场的全球化，降低飞机全生命周期内的成本以及提高飞机的质量（舒适性、可靠性、经济性、环保性）成为现代飞机研制的重要指标无论是工业4.0，还是中国制造2025，亦或互联网的讨论，数字化的发展势在必行，航空航天工业也将借助智能制造的机遇，走上自动化、信息化的道路上数字化制造是通过信息技术应用，实现所有生产设备是识别、感知、互联，并通过生产过程数字化系统将这些信息过程融合起来，从而实现资源、信息、物流和人的交流和互动数字化已经渗透到产品研制的设计、制造、试验和管理的全过程中，出现了飞机产品数字化定义、虚拟制造、仿真等单元技术采用数字化设计制造集成技术是保证飞机快速研制的必要手段。

美国联合攻击战斗机（JSF）是体现数字化设计制造技术应用水平的典型实例，证明了数字化设计制造技术在提高飞机产品质量、缩短研制周期方面至关重要的作用和地位中国航空工业第一集团公司为了完成信息化建设，迎接国际航空市场激烈的竞争和挑战，提出了基于信息技术、实现跨越式发展的战略构想数字化产品定义技术面向从设计、分析、制造、装配到维护、销售、服务等全生命周期的各个环节，用于描述和定义产品全生命周期的数字化过程中所应包含的信息，及信息间的关联关系，使其成为计算机中可实现、可管理和可使用的信息产品设计信息是产品开发的整个的源头，为延续研制产品进行后续阶段开发高效产品设计方案是各行业都关注的问题数字化产品开发（DPD）是产品设计和工艺规划阶段采用数字化手段，以产品-过程-资源（Product-Process-Resource，PPR）核心建立模型，用数字样机（Digital Mock Up，DMU）进行产品模型试验，便于产品的优化设计和改型设计，加速产品的工艺规划1.2国内外研究现状数字化制造技术美国最早应用，19世纪50年代，MIT发明NC机床和CAM处理系统APT（Automatically Programmed Tools）系统，K&T公司研制成功带ATC的加工中心和UT公司研制成功了带自动换刀方式的世界上第一台加工中心。

60、70年代,CAD软件(二维绘图和三维造型)的出现和柔性化制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）系统的出现,以及CAD/CAM系统的发展进入80年代,出现了计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS),使波音公司的飞机在设计､制造和管理的时间由原先的八年缩短到三年从80年代末期到现在,出现了在机械､航空航天､汽车､造船等领域广泛应用的CAD/CAM一体化三维软件90年代发展起来的快速成型技术（Rapid prototyping，RP）,可以对产品进行快速评价､修改及功能试验,有效地缩短了开发产品的时间数字化制造技术不断发展,1990年美国波音公司代表率先开展数字化设计技术研究，选用CATIA软件系统，方面网络上的资源共享过程B767-X的设计上用CATIA对全部零件进行三维数字化设计，数字化预装配和并行工程在企业管理方面进行资源重组、过程重组和产品重组名的联合攻击战斗机JSF项目通过建立基于协同平台的全球化虚拟企业，覆盖飞机全生命周期全面采用数字化技术，使飞机设计时间减少50%，工装减少90%，总装工装减少95%，零部件数量减少50%，制造周期缩短67%，制造成本降低50%，使用维护成本降低50%。

欧洲以及巴西等航空制造业比较发达的地区或国家的产品数字化制造管理变革也基本经过了这种变革的过程相对而言，中国航空工业起步比较晚，目前我们能还只是向现代航空制造技术迈进起步阶段，航空制造也走过了“维修-仿制-改进-研制”的路程，建设一个现代化的航空制造工程体系，进入飞机装配的数字化时代，缩短研制周期、降低研制成本飞豹”飞机研制应用数字化设计、制造和管理技术，初步实现飞机的数字化制造在ARJ21飞机的基础上，C919飞机采用自动化生产线，突出数字化装配协调技术，实现复杂构型的自动化柔性装配生产线1.3数字化工厂1、数字化工厂由来在设计部分，CAD和PDM系统的应用已相当普及；在生产部分，ERP等相关的信息系统研制比较好，但在解决“如何制造→工艺设计”这一关键环节上，大部分国内企业还没有实现有效的计算机辅助治理机制，“数字化工厂”技术与系统作为新型的制造系统，紧承着虚拟样机（Virtual Prototype，VP）和虚拟制造（virtual Manufacturing，VM）的数字化辅助工程，提供了一个制造工艺信息平台，能够对整个制造过程进行设计规划，模拟仿真和检测，并将制造信息资源共享，从而实现虚拟制造和并行工程，保障生产的顺利进行。

数字化工厂”规划系统通过同一的数据平台，通过具体的规划设计和验证预见所有的制造任务，在进步质量的同时减少设计时间，加速产品开发周期，消除浪费，减少为了完成某项任务所需的资源数目等，实现主机厂内部、生产线供给商、工装夹具供给商等的并行工程数字化工厂（Digital Factory，DF）是企业数字化辅助工程新的发展阶段，包括产品开发数字化、生产准备数字化、制造数字化、管理数字化、营销数字化除了要对产品开发过程进行建模与仿真外，还要根据产品的变化对生产系统的重组和运行进行仿真，使生产系统在投入运行前就了解系统的使用性能，分析其可靠性、经济性、质量、工期等，为生产过程优化和网络制造提供支持2、数字化工厂的主要内容数字化工厂是以资源、操作和产品为核心，将数字化的产品设计数据，在现有实际制造系统的所映射的虚拟现实环境中，对产品生产过程进行计算机仿真和优化的虚拟制造方式从广义角度而言，数字化工厂是以制造产品和提供服务的企业为核心，由核心企业以及一切相关的成员(包括核心制造企业、供应商、软件系统服务商、合作伙伴、协作厂家、客户、分销商等)构成的，使一切信息数字化的动态组织方式主要特点有：动态性、集成性、互补性、合约性、趋利性、可信任性、多目的性、相对稳定性、协作性和自治性等。

从狭义角度而言，数字化工厂是以资源、操作和产品为核心，将产品设计数据数字化，在现有实际制造系统的虚拟现实环境中，对生产过程进行计算机仿真和优化的虚拟制造方式其主要以工艺规划和生产路线规划为核心，如何组织生产问题3、数字化工厂的关键技术（i） 数字化建模技术通常研究的制造系统是非线性离散化系统，需要建立产品模型、资源模型制造设备、材料、能源、工夹具、生产人员和制造环境等、工艺模型工艺规则、制造路线等以及生产管理模型系统的限制和约束关系数字化工厂是建立在模型基础上的优化仿真系统，所数字化建模技术是数字化工厂的基础ii） 优化仿真技术　　随着虚拟设计技术的发展，在计算机中进行产品零件的三维造型、装配分析和数控加模拟技术以及以工程分析技术不断发展和完善，这种技术进一步向制造过程领域发展数字化建模的基础上，对制造系统进行运动学、动力学、加工能力等各方面进行动态仿真优化iii） 虚拟现实技术文本信息很难满足制造业的需求，随着三维造型技术发展，三维实体造型技术已得到普遍的应用具有沉浸性的虚拟现实技术，使用户能身临其境地感受产品的设计过程和制造过程，使仿真的旁观者成为虚拟环境的组成部分iv） 软件之间的重组和集成数字化工厂软件模块之间以及和其他软件模块之间的信息交换和集成。

v） 应用工具产生虚拟环境的工具集、各种数据转换工具、设备控制程序的生成器、各种报表的输出工具等4、 数字化工厂的功能分析数字化工厂的实施涉及到产品开发的整个过程，数字化工厂系统可以主要划分为车间布局、工艺规划、仿真优化三大功能模块，如图1-1所示图1- 1数字化工厂基本功能合理的车间设备布局可以节约大量的物料运输费用，提高使用率工厂布局仿真主要是建立厂房的布局模型，包括设备、工装夹具、物流运输设备等工艺规划是在构建的虚拟平台上，将工艺大纲与产品设计数据结合，对产品的加工工艺和装配进行合理规划一般工艺过程由三个基本要素主成，即产品（零件和部件）、资源（厂房、工人、设备）和操作（运输、加工、装配等）仿真优化是在仿真模型中，对生产线进行物流仿真，同时对工艺规划的方案进行验证通过工厂布局仿真、工艺规划、仿真优化这三大模块建立起来数字化工厂模型，对规划的结果进行仿真优化，将优化结果反馈到规划设计阶段进行调整1.4发展方向美国政府提出“再工业化”战略，旨在提升数字化设计、制造能力德国政府推出“工业4.0”战略，旨在通过采用先进物联网技术，打造数字化工厂，实现从采购、生产到销售和服务的全产业链数字化。

数字化技术是产品创新和技术创新的共性使能技术，它将促进产品和工艺设计更趋现代化，加工制造更加精密、快速，制造系统更加柔性、智能飞机研制数字化技术的发展趋势是帮助企业实现飞机设计、工艺规划、验证、管理过程的可视化和自动化，进而通过流程的优化实现精益制造，通过智能技术的应用实现智能制造数字化制造是数字化设计的延伸，数字化技术将改变制造业的设计、生产、管理和服务方式，从而推动产业形态和制造模式的深刻变革在飞机全生命周期的研制活动中，通过模型、样机、仿真或其他手段验证和确认方案，展开详细设计与制造，各个阶段的活动是一个迭代递归的过程传统工艺串行设计成本高、研制周期长通过实施并行工程，并行工程的主要内容就是飞机设计制造流程的重构、以产品为中心的集成产品开发团队（IPT）的重组、数字化产品定义和仿真工具的应用及并行协同的工作平台的建立随着计算机和网络技术。