明确发展方向提升智能制造层级——访中航工业沈阳飞机工业(集团)有限公司副总工程师杜宝瑞

():您长期从事数字化制造技术的研究与应用工作,针对当前工程应用新需要,请谈谈该技术的发展方向. 杜宝瑞:数字化技术使制造依据从模拟量转变为数字量,数字化技术的核心是为制造过程提供了数字化产品定义、数字化制造工艺以及数字化制造程序.得益于数字化技术,在设计过程中,产品的几何信息通过精准的三维数字化模型进行定义,而其他非几何信息也被以数字化方式定义于同一文件中,进而形成制造过程的单一数据源.在制造过程中,通过数字量传递实现三维数字化工艺设计、数字化工装设计与制造及数字化制造指令的生成,实现产品的数控加工、数字化装配和数字化检测.     

某型飞机数字量协调技术分析及在精加工生产线中的应用

为了适应飞机数字化装配及精加工要求,本文深入分析了由模拟量转化为数字量协调可能遇到的生产问题,提出了新型的工艺解决方案,并运用理论数模与实物样件对比、二次修正的方法,实现产品的快速逆向建模。通过引进具有在线检测、自动调姿、数控精加工功能的数字化生产线,实现多机型并行制造,保证产品质量的同时,有效地提高生产效率,降低生产成本。     

样板模拟量逆向构建数字模型技术研究

为实现老机型的模拟量向数字量的转换,建立了一套基于多种测量设备的转换系统,为数控下料和模具设计提供数据依据,满足了公司数字化制造技术的发展和应用要求。     

数字化制造技术在ARJ21飞机吊挂研制上的应用

数字化制造技术是以全机数学模型为基础,通过数字量传递,实现产品及产品工艺设计、工装设计及产品制造,工装制造和质量检测,以完成产品的实现.     

MBD技术在飞机制造中的应用

当前,我国航空制造业的数字化技术发展迅猛,三维数字化设计技术和数字化样机技术得到了深入应用.同时,随着计算机和数控加工技术的发展,传统以模拟量传递的实物标工协调法被数字量传递为基础的数字化协凋法代替,缩短了型号研制周期,提高了产品质量.     

基于综合切面模线的飞机零件逆向建模

主要以模拟量飞机改型设计与数字化制造的具体要求为切入点进行研究,阐明了以综合切面模线为基础的零件逆向建模方法。该方法通过平板式扫描设备扫描零件的切面模线形成二维光栅图像,并通过正交网格线对二维光栅图像进行失真校正和矢量化处理,最终通过矢量化的切面模线对飞机零件进行逆向建模。结合飞机零件的逆向建模过程,进行了详细描述。     

某型飞机应急舱门装配协调研究

随着工业水平发展和科技的进步,飞机制造装配也逐步从模拟量传递向数字量传递转变。高度数字化带来的灵活性、快速性、准确性使得数字化装配协调方式成为了未来发展的趋势,但目前国内数字量传递方式技术上还不够成熟。通过对某型号飞机应急门的装配协调方式进行研究和验证,探索数字量与模拟量相结合在飞机舱门装配中的应用。通过结合实际情况对比分析,选择采用数字量-模拟量的协调方式,在数字量装配的过程中适当引入标准工装辅助完成应急舱门的装配工作。并对比在目前技术水平条件下,数字量传递方式与数字量-模拟量传递方式对舱门装配协调产生的影响,验证了数字量-模拟量协调方式的优化效果,为其他型号飞机或其他舱门的装配协调工作提供参考。     

柔性装配中的数字标工协调

飞机制造中的关键是保证零部件结构外形和交点的互换协调,为此需采用大量的体现产品形状与尺寸的标准工艺装备来保证飞机的结构形状和尺寸符合设计准确度和互换协调要求[1-2].目前国外航空企业已广泛采用先进数字化互换协调方法,产品协调部位之间、产品与工艺装备之间以及工艺装备之间的协调关系以数字量的形式存在,使得各类工装制造精度明显提高,尺寸传递协调路线缩短,产品协调准确度有明显提高[3-4].国内飞机制造中产品设计已全采用全数字化产品定义,但仍广泛采用以实物标工模型来传递产品形状与尺寸的模拟量协调方法,对如何实现以数字标工为核心的全数字量协调传递等关键问题并未见其详[5-7].为发挥产品设计数字化优势,需对飞机制造过程中的数字化协调方法作一研究.     

直升机产品设计与工艺装备并行设计方法

近年来,直升机制造技术发生了根本性变革,采用模线样板、标准样件、零件成型模具与装配型架的模拟量传递体系的传统直升机设计制造方法,已向数字化样机、数字化预装配、数控加工制造方法转变,这就对直升机工装设计及制造提出了更高的要求.同时,作为高技术产品的直升机设计思想、设计技术和设计方法也发生了革命性的变化.直升机新概念、新理论、新结构、新的设计原则和设计方法的应用,使得直升机趋于复杂化和综合化,传统的总体设计、气动设计、结构设计、工艺设计的直升机设计概念势必将被新的设计概念所取代.     

飞机大部件自动对接装配技术

飞机研制不断向大型化、高可靠性、长寿命、隐身和轻量化、快速研制的方向发展,飞机部件结构中大量应用钛合金、复合材料等难加工材料和锯齿蒙皮对缝,对飞机各大部件的对接装配提出更高的要求,迫使国内飞机大部件对接技术由模拟量协调、固定专用工装手工调姿装配向数字量协调、柔性化工装自动调姿装配方向发展,研究和应用基于数字量协调的飞机大部件自动对接装配技术势在必行。     

过渡协调模式下机翼数学模型的建立

讨论了飞机制造模式由模拟量协调体系向数字量协调体系转化过程中出现的问题,重点研究了其中的关键技术,即飞机外形数字化模型的建立,主要包括理论图的分析与转化,外形数据的获取,翼型轮廓曲线的计算,外形曲面的重构以及误差检验等。上述建模过程遵循了原始设计意图,保证所建数模符合生产中使用的制造与检验依据,为定型飞机数字化建模提供了理论指导。     

飞机钣金组件数字化装配误差分析

以飞机数字化制造装配为依托,通过对飞机钣金组件在模拟量协调路线和数字量协调路线下产生误差环节的比较,着重分析了飞机钣金组件在数字化装配过程中产生的系统误差和随机误差的因素和造成误差累积的原因。针对减小在钣金零件制造路线、钣金组件装配路线、温度场变化、振动场变化、应力变化等环节的累积误差提出了改进措施。     

复合材料构件数字化建模技术研究

复合材料结构设计为后续的分析、制造等环节提供数据源头。而复合材料构件的三维数字化模型是复合材料结构设计的最终表达,并且复合材料构件数模的建立贯穿于整个复合材料研制过程中。因此研究复合材料数字化建模是发展复合材料数字化设计/制造能力的基础。通过采用复合材料三维模型数据集,可以完全摆脱传统的二维设计模式,真正实现数据的数字量传递,使设计和表达更为简单,效率更高。     

柔性工装在导管数字化制造中的应用

针对航空发动机外部管路制造中利用样机排管,依靠型架成型与焊接的现状,在分析现有各种管类零件特征的基础上,设计了柔性工装标准模块,探索出一套依托导管三维模型提前组合拼装导管焊接定位工装,提高导管的制造精度,实现无样机排管,使导管研制与其他部件研制并行,降低工装费用,有效缩短发动机外部管路研制周期。     

航空实物制造依据三维数字化测量及模型重建

实物制造依据包括样板、标准样件、模具等多种类型,由于种类形式各异、复杂曲面和复杂刻线并存,将其转化为数字化模型难度较大。在分析实物制造依据设计要素的基础上,综合采用摄影测量、结构光扫描测量和光学追踪的接触式测量,实现复杂实物制造依据三维数据的高精度完整采集;根据实物的大小、形式、复杂程度的不同给出测量策略和模型重建方法,提出一种以曲面外形与基准刻线等关键测量数据为基础、结合理论二维图纸的复杂实物数字化转化方法,精度能够满足要求,又大大提高了测量与模型重建的整体效率。     

航空数控车间软件集成技术

针对航空数控车间对制造工程软件的应用需求,以航空数控零件制造过程为对象,以三维数字样机为协调依据,将目前分散、独立和孤岛式的数字化制造软件进行应用集成,建立航空数控车间数字化制造应用软件系统,同时满足飞机数控零件制造过程中数字量协调的工作体系,初步形成满足现代航空企业数控生产制造流程的集成化协同工作环境。     

飞机设计域向工装域映射机理研究

为提高某飞机制造企业产品设计、工艺规划和工装设计的协同设计效率和响应速度,对三者之间的映射机理进行研究。首先依据企业需求,定义飞机设计域、工艺域和工装域的信息构成;然后,明确飞机设计-工艺-工装之间的有机联系,构建基于多色集合理论的分层映射模型,给出映射模型的建模原理和建模流程,从而实现飞机部件从设计特征到工装概念设计特征的映射;最后,开发了相关设计工具并在该公司某机型舱门骨架的装配工艺规划和工装概念设计中进行应用验证,为实现飞机设计-工艺-工装的一体化设计奠定了理论基础和实践基础。     

飞机数字化装配工艺仿真技术

利用产品的三维数字样机,对产品的装配过程统一建模,在计算机上实现产品从零件、组件装配成产品的整个过程的模拟和仿真.这样,在建立了产品和资源数字模型的基础上,就可以在产品的设计阶段模拟出产品的实际装配过程,而无需实物样机.     

蒙皮卡板式铣切工装技术研究

蒙皮是飞机零件中最重要的零件之一,蒙皮零件的外形精度和表面质量对飞机装配和疲劳寿命等起到关键作用。现阶段存在蒙皮零件手工切割外形精度不高、表面质量差、工作周期长等现象,以及蒙皮专用实体铣切工装制造成本高、存放空间紧张等问题。通过研究一种全新的工装结构形式作为铣切辅助工具,即卡板式铣切工装,结合五座标数控铣切设备切割蒙皮外形和内孔,解决了手工切割蒙皮造成的精度和表面质量差的问题,同时节约了铣切工装的制造成本和工装的存放空间,为蒙皮铣切提供了一种新的加工模式。     

激光跟踪仪在飞机数字化制造过程中的应用

飞机数字化制造技术兴起于20世纪80年代初美国飞机制造业,波音777是全球第一架完全意义上数字化设计和制造的飞机.对比之前的飞机模拟量传递制造技术,飞机数字量传递制造技术在经济成本、制造周期方面具有巨大的优势,该技术在欧美等航空工业发达国家迅速发展并逐步完善,现今已经成为欧美等航空制造企业的核心技术.