第一章 飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)字化建模.pptx

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第一章飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)字化建模1 1.5.2基于產(chǎn)品數(shù)字建模的工程設(shè)計(jì)過(guò)程：1.飛機(jī)數(shù)字化內(nèi)部輪廓DIP(DigitalInboardProfile)飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)從用戶需求信息開始。飛機(jī)總體設(shè)計(jì)組經(jīng)過(guò)對(duì)飛機(jī)的航程、所需燃油、載客量、總體性能及制造成本等進(jìn)行分析后，得出的數(shù)據(jù)就作為進(jìn)行初步產(chǎn)品數(shù)字建模的依據(jù)。建立飛機(jī)總體定義包括飛機(jī)的描述文檔、三面圖、外形氣動(dòng)布局和飛機(jī)內(nèi)部輪廓圖，即DIP----三維實(shí)體模型------數(shù)字內(nèi)部輪廓DIP。波音公司初始的一級(jí)數(shù)字樣機(jī)2 3 2.建立數(shù)字樣機(jī)與數(shù)字化預(yù)裝配DPA（DigitalPre-Assembly）隔框/長(zhǎng)桁機(jī)加肋板階段1階段2階段3設(shè)計(jì)進(jìn)展1.5.2基于產(chǎn)品數(shù)字建模的工程設(shè)計(jì)過(guò)程：4 第二階段數(shù)字化預(yù)裝配（2級(jí)數(shù)字樣機(jī)）在生產(chǎn)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)集發(fā)放之前，為工程部門用來(lái)進(jìn)一步進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)構(gòu)形等。已經(jīng)用它對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和不同設(shè)計(jì)組之間的界面進(jìn)行了協(xié)調(diào)，零部件外形已確定下來(lái)，但還未進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)。在這一階段DPA的工作進(jìn)展主要體現(xiàn)在為飛機(jī)的可達(dá)性、可維護(hù)性、可服務(wù)性、可靠性、價(jià)值工程、人機(jī)工程以及支持裝備的兼容性等進(jìn)行了盡可能的詳細(xì)設(shè)計(jì)，但尚未進(jìn)行詳細(xì)的裝配和安裝設(shè)計(jì)。工藝裝備設(shè)計(jì)以及描述裝配順序的工藝計(jì)劃正在進(jìn)行中。5 第三階段數(shù)字化預(yù)裝配（3級(jí)數(shù)字樣機(jī)）在此階段，對(duì)詳細(xì)設(shè)計(jì)零部件進(jìn)行完整的數(shù)字化預(yù)裝配，諸如對(duì)有關(guān)飛機(jī)上的管道系統(tǒng)、導(dǎo)線束、控制電纜、絕緣毯、空氣管路、燃油管線、液壓管路、導(dǎo)線夾壓板、角片支架、緊固件和連接孔等制造和安裝進(jìn)行最后計(jì)算機(jī)描述。完成了最后階段的數(shù)字化預(yù)裝配設(shè)計(jì)工作，使所有的工程數(shù)據(jù)在發(fā)放前即可解決它們之間的干涉問(wèn)題。6 數(shù)字化預(yù)裝配模型將不斷更新，直至飛機(jī)最后交付。進(jìn)行上述數(shù)字化預(yù)裝配設(shè)計(jì)后，工程部門一般不再要求制造傳統(tǒng)的1級(jí)、2級(jí)和3級(jí)實(shí)物樣機(jī)；但對(duì)于飛機(jī)部分內(nèi)部系統(tǒng)和構(gòu)件高度密集的區(qū)域，還需制造實(shí)物樣機(jī)。這些部分的實(shí)物樣機(jī)并不是為零部件的工程設(shè)計(jì)所需，而是用來(lái)進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證和安裝的工作環(huán)境試驗(yàn)。7 數(shù)字化預(yù)裝配DPA是一個(gè)過(guò)程，它利用很多有關(guān)計(jì)算機(jī)模型的文件，其中包括零部件布置、裝配和模型安裝。當(dāng)設(shè)計(jì)人員、系統(tǒng)分析人員、工藝計(jì)劃人員以及工藝裝備設(shè)計(jì)人員需要時(shí)，就可以把這些模型組裝起來(lái)，在計(jì)算機(jī)上完成飛機(jī)的裝配模擬工作。對(duì)所有零部件都構(gòu)造成三維實(shí)體模型，用來(lái)檢查設(shè)計(jì)集成的各種狀態(tài)、干涉和界面對(duì)接情況。整架飛機(jī)的所有干涉情況可以標(biāo)識(shí)出來(lái)，并在預(yù)裝配過(guò)程中解決干涉問(wèn)題。8 另外，在數(shù)字化預(yù)裝配中，設(shè)計(jì)人員要綜合從工程分析、測(cè)試和制造中返回的大量數(shù)據(jù)和信息。因此，數(shù)字化預(yù)裝配模型的數(shù)據(jù)管理工作極其繁瑣且工作量極大，需要有一個(gè)專門機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行數(shù)字化預(yù)裝配的行政管理工作。它管理DPA的共享模型，并要確保所有模型使用者很容易對(duì)模型進(jìn)行存取，在數(shù)據(jù)發(fā)放時(shí)進(jìn)行最后工藝過(guò)程的檢查。9 10 3.主尺寸表面MDS(MasterDimensionSurfaces)主尺寸表面MDS即飛機(jī)的外形數(shù)學(xué)模型，飛機(jī)的三維外形數(shù)字模型與其數(shù)字內(nèi)部輪廓模型合在一起組成了三維數(shù)字化產(chǎn)品定義。它可以直接起到三維飛機(jī)模線的作用，又可以用于三維飛機(jī)零組件的定義構(gòu)形，也可用于后續(xù)的制造、工裝設(shè)計(jì)、產(chǎn)品檢驗(yàn)和數(shù)控加工等環(huán)節(jié)。數(shù)字內(nèi)部輪廓DIP主尺寸表面MDS三維數(shù)字化產(chǎn)品定義11 3.主尺寸表面MDS(MasterDimensionSurfaces)主尺寸表面定義完全由計(jì)算機(jī)生成，并作為數(shù)字控制的三維曲面定義存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中。它對(duì)每一張曲面都有數(shù)字標(biāo)識(shí)和修改版本字母，以便于后續(xù)的設(shè)計(jì)和制造環(huán)節(jié)中各部門的技術(shù)人員調(diào)用。12 4.幾何結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和零件表生成在飛機(jī)的主尺寸表面MDS定義和數(shù)字內(nèi)部輪廓模型DIP構(gòu)成的飛機(jī)數(shù)字化產(chǎn)品定義的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)零組件進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。作為一般規(guī)則，此階段的所有零組件都應(yīng)構(gòu)造成精確的三維實(shí)體模型。13 在此基礎(chǔ)上，再由三維實(shí)體模型生成二維工程圖紙，并標(biāo)注尺寸和公差等，構(gòu)成唯一的授權(quán)數(shù)據(jù)集。14 此階段還有一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)工作，即設(shè)計(jì)人員和制造工藝人員共同商定如何建立和控制產(chǎn)品零件樹（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹）?，F(xiàn)階段的工作都是在產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)組IPT中進(jìn)行的，其工作結(jié)果體現(xiàn)在綜合工作說(shuō)明IWS中。此時(shí)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)尚未發(fā)放。(IntegratedProductTeam)(IntegratedWorkStatement)15 當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，且每個(gè)零組件的幾何形狀和尺寸正確無(wú)誤后，把產(chǎn)品的幾何定義（三維實(shí)體模型和二維圖形、數(shù)控加工曲面信息，以及機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模擬信息等）存到數(shù)據(jù)庫(kù)，并由集成數(shù)據(jù)管理IDM（IntegratedDataManagement）系統(tǒng)進(jìn)行管理。16 APL系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)圖紙零件表PL（partlist）和物料清單Bom（Billofmaterial）的生成、零部件的更改維護(hù)、零部件的構(gòu)型管理和零部件之間結(jié)構(gòu)和裝配關(guān)系生成與維護(hù)，以及以表格的形式發(fā)放工程零件數(shù)據(jù)等多項(xiàng)功能。APL系統(tǒng)是基于圖紙的管理方式，每份APL表對(duì)應(yīng)一個(gè)裝配圖或安裝圖號(hào)，并且各層圖紙的有效性信息都寫在APL表中，如果需要某特定架次的飛機(jī)，則需要從APL表中進(jìn)行提取。雖然波音APL系統(tǒng)從1967年開始就已應(yīng)用到所有商用項(xiàng)目中，但APL系統(tǒng)在飛機(jī)構(gòu)型控制和有效性管理上極其復(fù)雜。因此，波音在DCAC/MRM計(jì)劃中逐步采用PDM系統(tǒng)替代APL系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的管理，從而實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)化飛機(jī)構(gòu)型的目的。(PDM基于設(shè)計(jì)零件號(hào)管理）17 由此可知，產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)果體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面是產(chǎn)品的幾何信息，它存儲(chǔ)在IDM系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集中；另一方面是產(chǎn)品的非幾何信息，包括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹和工藝信息，它存儲(chǔ)于APL系統(tǒng)中。這兩部分信息密切相關(guān)、不可分割，其相關(guān)性是通過(guò)產(chǎn)品圖號(hào)或零件號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，由統(tǒng)一的系統(tǒng)來(lái)管理。18 飛機(jī)的產(chǎn)品數(shù)字建模除了上述產(chǎn)品外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的三維數(shù)字定義之外，還有很多系統(tǒng)數(shù)字建模和其它的相關(guān)工作：5.產(chǎn)品數(shù)字建模的其他相關(guān)工作絕緣毯設(shè)計(jì)：三維數(shù)字化定義計(jì)算機(jī)輔助排樣飛行駕駛艙設(shè)計(jì)：人機(jī)工程設(shè)計(jì)管線設(shè)備布置安裝標(biāo)準(zhǔn)零件庫(kù)：連接件，緊固件，墊片，軸承，液壓系統(tǒng)元件零件19 1.5.3基于產(chǎn)品數(shù)字模型的制造工程飛機(jī)的制造工程大體上是與飛機(jī)的設(shè)計(jì)工作同時(shí)展開的，制造技術(shù)人員和設(shè)計(jì)人員在同一產(chǎn)品協(xié)同設(shè)計(jì)組中并行工作。1.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解和關(guān)鍵特性的確定：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解：在飛機(jī)產(chǎn)品的初步設(shè)計(jì)階段，飛機(jī)的三維數(shù)字模型是單一的整體模型。需要把飛機(jī)整體模型分解成部件、組件和零件，以及基于這些零組件的裝配件和安裝件，直至最后把飛機(jī)裝配起來(lái)。20 對(duì)零組件不可能按指定的尺寸正確無(wú)誤地制造出來(lái)，制造出的零件尺寸一般在所標(biāo)尺寸的允許公差范圍內(nèi)。這些公差就是零組件的關(guān)鍵特性。制造關(guān)鍵特性是反映產(chǎn)品幾何外形要求的信息，通常以公差、輪廓度、位置度等形式的信息出現(xiàn)。但不是一個(gè)零件上的所有尺寸和形狀都是關(guān)鍵特性。在IPT中的每個(gè)成員都有權(quán)參與確定大多數(shù)結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵特性，設(shè)計(jì)人員、工藝人員以及質(zhì)量管理人員一同確定前述并行產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中的重要工作內(nèi)容。關(guān)鍵特性KeyCharacteristics21 制造關(guān)鍵特性是在飛機(jī)試制過(guò)程中不斷完善的，需要及時(shí)地調(diào)整與修改，以適應(yīng)產(chǎn)品在不同生產(chǎn)環(huán)境下帶來(lái)的變化。在制造過(guò)程中，由零件組裝成組件，組件再裝配成部件。因此可見，關(guān)鍵特性也是一個(gè)樹形結(jié)構(gòu)。之間相互影響，由上到下逐步定義。22 23 2.三維工藝裝備設(shè)計(jì)與工藝計(jì)劃：工藝裝備設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)一樣，也首先是進(jìn)行三維建模，然后工藝裝備設(shè)計(jì)人員利用三維零部件模型進(jìn)行工藝裝備的數(shù)字化預(yù)裝配。進(jìn)行干涉檢查、空間驗(yàn)算。工藝裝備設(shè)計(jì)人員在IPT組中，是同產(chǎn)品設(shè)計(jì)及工藝計(jì)劃人員并行工作的。工藝裝備設(shè)計(jì)人員檢查所設(shè)計(jì)零件的可生產(chǎn)性，協(xié)助標(biāo)識(shí)零件的關(guān)鍵特性，將信息及時(shí)反饋給產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員和工藝計(jì)劃人員。工藝裝備部門還負(fù)責(zé)在整個(gè)飛機(jī)制造過(guò)程中對(duì)工藝裝備的配套、維護(hù)和檢修工作。24 零件工藝設(shè)計(jì)人員確定零件因制造過(guò)程的需要而留有的余量、導(dǎo)孔和其他要求，零件在制造過(guò)程中不同階段的狀態(tài)可以放在不同的層Layer中，以方便使用。這些工藝數(shù)據(jù)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)一起組成了單一產(chǎn)品定義包，即制造延拓?cái)?shù)據(jù)集MED(ManufacturingEnhancedDataset)。它需要設(shè)計(jì)、工藝計(jì)劃、工藝裝備設(shè)計(jì)人員共同簽字才有效。25 4.客戶支持服務(wù)在IPT組中，客戶服務(wù)部門的人員和設(shè)計(jì)人員并行工作，利用CAD軟件構(gòu)造地面支持裝備（GSE－GroundSupportEquipment）的三維實(shí)體模型。客戶代表可以進(jìn)行地面支持裝備的數(shù)字化預(yù)裝配，檢查GSE與飛機(jī)零部件之間的配合和使用情況。還可以進(jìn)行技術(shù)出版物的圖形（三維圖形、爆炸圖）的生成。26 AQS最早由波音公司提出，以解決日益突出的生產(chǎn)波動(dòng)帶來(lái)的質(zhì)量問(wèn)題。其基本方法是通過(guò)對(duì)影響產(chǎn)品關(guān)鍵特性的硬件波動(dòng)源采取控制（即硬件可變性控制，HardwareVariabilityControl，HVC）來(lái)達(dá)到提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性的要求。HVC是一種用來(lái)管理由于零件制造的偏差而引起的更改、出錯(cuò)和返工的方法。它是通過(guò)盡量減少零部件間的段面劃分和綜合考慮控制零部件關(guān)鍵特性的選擇方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，并利用兩個(gè)有力的質(zhì)量杠桿－關(guān)鍵特性KC和統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制SPC來(lái)完成。5.硬件可變性控制HVC和質(zhì)量管理質(zhì)量體系（AdvancedQualitySystem,AQS）27 SPC是英文StatisticalProcessControl的字首簡(jiǎn)稱，即統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制，是應(yīng)用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)階段進(jìn)行監(jiān)控，從而達(dá)到改進(jìn)與保證產(chǎn)品質(zhì)量的目的。統(tǒng)計(jì)過(guò)程控制（SPC）為質(zhì)量管理的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。質(zhì)量管理的目的不僅僅用加強(qiáng)檢驗(yàn)來(lái)達(dá)到。若零件檢驗(yàn)不合格，往往我們僅能對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行修復(fù)、報(bào)廢、記錄等方式處理，而無(wú)法預(yù)防制造過(guò)程中的損失。而ＳＰＣ的目的，在于將檢驗(yàn)結(jié)果用統(tǒng)計(jì)分析的手法，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除造成制造質(zhì)量不穩(wěn)定的因素，把生產(chǎn)制造的數(shù)據(jù)用正態(tài)分布原理，預(yù)先估計(jì)廢品的概率。(強(qiáng)調(diào)過(guò)程控制，預(yù)防可能發(fā)生的損失，消除或降低到可接受程度）28 在IPT組中，質(zhì)量控制計(jì)劃人員與制造工程師一起，根據(jù)首件檢驗(yàn)要求等制定產(chǎn)品檢驗(yàn)計(jì)劃、校核計(jì)劃和一致性計(jì)劃等，并負(fù)責(zé)檢驗(yàn)工程設(shè)計(jì)各種制造標(biāo)準(zhǔn)情況，評(píng)審由工程設(shè)計(jì)、工藝計(jì)劃和工藝裝備設(shè)計(jì)人員在CAD系統(tǒng)上產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集，最后還需國(guó)家航空管理部門的審查。29 在裝配生產(chǎn)中，應(yīng)用AQS來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化裝配質(zhì)量的提高。首先，裝配車間的質(zhì)量管理系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計(jì)部門給出的關(guān)鍵特性制定AQS檢驗(yàn)計(jì)劃，而后在質(zhì)量現(xiàn)場(chǎng)采用常規(guī)檢驗(yàn)手段和數(shù)字化手段進(jìn)行產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)，對(duì)于發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量異常的現(xiàn)象，需要通過(guò)分析影響關(guān)鍵特性的硬件波動(dòng)源，提出返工或修改意見，直至質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求。30 1.數(shù)字化產(chǎn)品模型內(nèi)容：1.5.4工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的發(fā)放和管理三維實(shí)體模型二維視圖設(shè)計(jì)、制造、分析數(shù)據(jù)提供零件加工、零件對(duì)接面、檢驗(yàn)的幾何數(shù)據(jù)重量和應(yīng)力分析數(shù)據(jù)飛機(jī)外形數(shù)據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹飛機(jī)安裝和裝配過(guò)程模型各種設(shè)計(jì)文檔分層存放31 2.工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的發(fā)放：工程設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的發(fā)放和控制由專門單位負(fù)責(zé)，設(shè)計(jì)人員把產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)庫(kù)中，并將這些數(shù)據(jù)設(shè)置為凍結(jié)方式，以便數(shù)據(jù)被各部門共享。這種數(shù)字發(fā)放包有CAD系統(tǒng)生成的模型，其中包括產(chǎn)品的三維實(shí)體數(shù)字模型、二維圖形數(shù)據(jù)和其它后續(xù)環(huán)節(jié)所需的數(shù)據(jù)，如產(chǎn)品零件表數(shù)據(jù)等。在數(shù)據(jù)發(fā)放前，須辦理電子批準(zhǔn)手續(xù)，列出發(fā)放包的內(nèi)容；同時(shí)還需檢查內(nèi)容的完整性、發(fā)放授權(quán)、相應(yīng)的數(shù)據(jù)集特征的入口，以及程序是否與批準(zhǔn)的要求相符，帶標(biāo)注的圖形是否能被繪出，最后數(shù)字化預(yù)裝配干涉檢查時(shí)否有問(wèn)題等。然后通過(guò)多種介質(zhì)進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)的發(fā)放。32