1、飛機(jī)數(shù)字化工藝技術(shù)發(fā)展趨勢初探CAPP技術(shù)的研究與應(yīng)用在我國經(jīng)歷了智能化技術(shù)研究、單一專業(yè)工程應(yīng)用以及平臺化工程化應(yīng)用等階段。近年來基于CAPP的工具化系統(tǒng)在我國各個(gè)行業(yè)制造業(yè)中均得到普遍應(yīng)用，并且取得了良好的應(yīng)用效果。 目前，航空制造業(yè)信息化應(yīng)用得到企業(yè)的充分重視和發(fā)展。飛機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件結(jié)構(gòu)、材料、狀態(tài)多種多樣，工藝種類覆蓋零件機(jī)械加工、鈑金、冶金工藝、復(fù)合材料加工、部件裝配、總裝和試驗(yàn)等，工藝過程復(fù)雜。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、制造過程及檢測試驗(yàn)等業(yè)務(wù)領(lǐng)域廣泛采用信息化技術(shù)，特別是近年來在制造領(lǐng)域隨著PDM、CAPP和MES的全面應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了工藝文件編制、工藝信息管理以及PDM

2、/CAPP/MES集成等功能，實(shí)現(xiàn)了工藝業(yè)務(wù)的信息化、集成化，并且實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)準(zhǔn)備、制造過程、質(zhì)量控制等領(lǐng)域的信息化，縮短了產(chǎn)品研制生產(chǎn)周期，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益，大大提升了企業(yè)核心競爭力。 但總體來看，我國航空工藝數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用還處在較低層次上的“計(jì)算機(jī)化”，還需要大量工作才能滿足新型飛機(jī)研制生產(chǎn)的迫切需要。飛機(jī)工藝信息化技術(shù)應(yīng)用需求 飛機(jī)產(chǎn)品基本是研制生產(chǎn)、單件小批生產(chǎn)模式，產(chǎn)品從試制、定型、小批生產(chǎn)到批量生產(chǎn)，工藝不斷優(yōu)化、細(xì)化和完善。特別是新材料、新結(jié)構(gòu)、新工藝、新設(shè)備、新技術(shù)的不斷應(yīng)用，迫使飛機(jī)的制造技術(shù)也必須不斷創(chuàng)新、不斷優(yōu)化、不斷提升，才能滿足新型飛機(jī)（如大飛機(jī)、

3、新型戰(zhàn)機(jī)等）研制和批量生產(chǎn)的要求。 在工藝設(shè)計(jì)方法上，當(dāng)前飛機(jī)制造CAPP基本采用交互式編輯和典型工藝的檢索修訂等方式，局限在工藝指令文件形成方面，是“基于經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)”，依靠工藝人員自身所具有的工藝知識能力經(jīng)驗(yàn)和系統(tǒng)所存儲的典型工藝，難以進(jìn)行工藝優(yōu)化和提升，工藝編制質(zhì)量也有局限。正如前文所述，飛機(jī)是一個(gè)創(chuàng)新集成度非常高的產(chǎn)品，而且像飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、大型鈑金件、部裝總裝電裝等工藝十分復(fù)雜，技術(shù)要求和數(shù)控加工要求高，工藝設(shè)計(jì)時(shí)需要匯集大量信息和知識進(jìn)行決策，特別是復(fù)合材料構(gòu)件在新型飛機(jī)上的大量應(yīng)用，使復(fù)合材料工藝領(lǐng)域的某些關(guān)鍵技術(shù)常待攻克解決和經(jīng)驗(yàn)積累，因此，“基于經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)”無法滿足工藝創(chuàng)新和優(yōu)化的

4、需要。 當(dāng)前飛機(jī)制造過程中數(shù)字量與模擬量傳遞方式并存，工藝環(huán)節(jié)仍然大量采用二維工程圖和工藝卡片等方式。而飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程已全面采用三維數(shù)字化樣機(jī)模式，為了實(shí)現(xiàn)工藝與設(shè)計(jì)的并行、工藝與工裝的并行、工藝與制造及檢測的并行，必然要求在工藝業(yè)務(wù)上實(shí)現(xiàn)基于三維模型的數(shù)字量傳遞。飛機(jī)制造企業(yè)結(jié)合大飛機(jī)、新型戰(zhàn)機(jī)等工程有全三維數(shù)字樣機(jī)、研制生產(chǎn)和現(xiàn)有型號定型和批產(chǎn)的需求，對基于三維產(chǎn)品模型的工藝設(shè)計(jì)和管理有迫切的需求。 飛機(jī)工藝技術(shù)準(zhǔn)備一般分為產(chǎn)品可制造性分析、工藝總方案確定（分工方案、裝配協(xié)調(diào)方案、零件制造方案和工裝方案等）、PBOM構(gòu)建（裝配單元確定與分解、工藝分工路線）、車間工藝技術(shù)準(zhǔn)備（工藝規(guī)程/A

5、O/FO編制、數(shù)控編程、工藝仿真和工藝裝備需求等）以及工藝現(xiàn)場應(yīng)用等相互聯(lián)系的業(yè)務(wù)過程。飛機(jī)按照產(chǎn)品批架次進(jìn)行生產(chǎn)和產(chǎn)品的配置，對工程技術(shù)狀態(tài)管理、工藝配置管理以及生產(chǎn)質(zhì)量檔案的管理要求嚴(yán)格。在工藝管理方面，當(dāng)前CAPP實(shí)現(xiàn)了信息管理和審簽流程管理，但在工藝業(yè)務(wù)過程管理、技術(shù)狀態(tài)管理和工藝配置管理等方面明顯不足，難以保障產(chǎn)品工藝信息的完整性、準(zhǔn)確性和一致性。 另外，當(dāng)前以工藝指令紙質(zhì)文件方式在生產(chǎn)車間中流轉(zhuǎn)，通過人為方式管理來實(shí)現(xiàn)工藝指令的執(zhí)行貫徹。這種方式難以避免地出現(xiàn)如加工時(shí)數(shù)控刀具出錯(cuò)、NC程序出錯(cuò)、設(shè)備狀態(tài)不對以及裝配時(shí)零組件漏裝錯(cuò)裝等現(xiàn)象，工藝設(shè)計(jì)與工藝執(zhí)行脫節(jié)，生產(chǎn)質(zhì)量控制往往在事

6、后處理，而不是事先預(yù)防。 因此，當(dāng)前CAPP系統(tǒng)在航空制造企業(yè)中的應(yīng)用停留在工藝文件編制工具的層次上，在普及工藝信息化應(yīng)用方面發(fā)揮了較大作用，但在提高工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量、優(yōu)化工藝、提升企業(yè)工藝技術(shù)等方面嚴(yán)重不足。為了適應(yīng)飛機(jī)制造工藝技術(shù)特點(diǎn)，滿足新型飛機(jī)研制和生產(chǎn)的需要，飛機(jī)制造工藝信息集成系統(tǒng)應(yīng)充分發(fā)揮工藝數(shù)據(jù)的核心作用，向應(yīng)用縱深和智能化、集成化深度方向發(fā)展。 飛機(jī)數(shù)字化工藝技術(shù)發(fā)展趨勢 為適應(yīng)飛機(jī)研制生產(chǎn)的需要，飛機(jī)制造企業(yè)正進(jìn)一步推進(jìn)飛機(jī)數(shù)字化工藝技術(shù)的發(fā)展和工廠化應(yīng)用。飛機(jī)數(shù)字化工藝技術(shù)的發(fā)展應(yīng)集中在以下4個(gè)方面： （1）基于三維模型的可視化創(chuàng)新工藝設(shè)計(jì)； （2）知識基系統(tǒng)應(yīng)用及專業(yè)化工藝

7、設(shè)計(jì)； （3）基于PBOM的工藝組織與管理； （4）可視化工藝在線執(zhí)行系統(tǒng)。 1 基于三維模型的可視化創(chuàng)新工藝設(shè)計(jì) 在工藝、生產(chǎn)準(zhǔn)備及制造環(huán)節(jié)上充分利用產(chǎn)品三維模型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品、工藝、工裝、制造以及檢測調(diào)試等數(shù)字量的傳遞和貫通，已成為各航空企業(yè)的共識。 裝配工藝設(shè)計(jì)的合理性、正確性直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)組織效率、航空產(chǎn)品成本及制造周期等。基于二維圖形的裝配工藝設(shè)計(jì)，極容易疏漏關(guān)鍵環(huán)節(jié)且不易復(fù)查更不容易糾正，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足新產(chǎn)品研制生產(chǎn)的要求，且與產(chǎn)品設(shè)計(jì)形成了技術(shù)發(fā)展的不協(xié)調(diào)。產(chǎn)品裝配三維工藝設(shè)計(jì)直接應(yīng)用產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝裝備設(shè)計(jì)三維數(shù)模，合理規(guī)劃裝配流程并進(jìn)行裝配仿真，最大限度地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和不

8、協(xié)調(diào)問題，有利于設(shè)計(jì)問題的早期暴露和解決，可以大幅度縮短研制周期和研制成本。 飛機(jī)零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，零件加工過程通過文字描述和二維工序圖相結(jié)合。采用二維簡圖難以清晰描述復(fù)雜飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、鈑金件的加工過程，往往造成誤解和遺漏，不便于工藝人員的工藝編制和操作工人的理解執(zhí)行。 基于三維模型的工藝設(shè)計(jì)必然帶來工藝應(yīng)用模式的重大變化。在基于三維模型的工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，工藝的表現(xiàn)形式為結(jié)構(gòu)化工藝和三維工藝過程模型等，而不是現(xiàn)有紙質(zhì)形式的生產(chǎn)性工藝文件。工藝人員通過計(jì)算機(jī)瀏覽和查詢?nèi)S產(chǎn)品模型，并利用三維制作工具制作可視化工藝過程。 利用三維模型實(shí)現(xiàn)高效、合理工藝設(shè)計(jì)的切實(shí)可行的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方案是： （1）裝配工藝采用

9、產(chǎn)品模型輕量化工具進(jìn)行輕量化處理，然后利用裝配過程制作工具按照裝配規(guī)劃和裝配路線制作裝配過程，最終形成裝配工藝模型，并建立與結(jié)構(gòu)化裝配工藝信息的互聯(lián)。例如針對飛機(jī)部件裝配AO的設(shè)計(jì)，成飛公司在結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)系統(tǒng)中集成3DVIA Composer作為裝配工藝過程制作工具，實(shí)現(xiàn)AO結(jié)構(gòu)化工藝與基于三維模型的輕量化裝配過程模型緊密結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了可視化裝配工藝設(shè)計(jì)和現(xiàn)場可視化裝配。 （2）對于零件工藝，充分利用數(shù)控加工仿真系統(tǒng)、鈑金加工仿真系統(tǒng)、鑄造工藝仿真系統(tǒng)或者CAD/CAM系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)與其集成，傳遞工藝技術(shù)參數(shù)信息，并引入機(jī)床設(shè)備和工藝裝備的三維模型，利用工藝仿真過程和仿真結(jié)果，作為零件加工工藝過

10、程模型。工藝仿真系統(tǒng)可以盡早發(fā)現(xiàn)問題，更好地優(yōu)化工藝過程，把從基于經(jīng)驗(yàn)的工藝設(shè)計(jì)管理轉(zhuǎn)為基于數(shù)字化仿真驗(yàn)證的工藝設(shè)計(jì)管理，可以改變當(dāng)前的工藝設(shè)計(jì)工作主要依靠經(jīng)驗(yàn)傳承和實(shí)際試驗(yàn)，而自主創(chuàng)新能力卻非常薄弱的狀況。如鑄造工藝人員可以依據(jù)產(chǎn)品三維模型在計(jì)算機(jī)上模擬澆注過程，自動產(chǎn)生澆口冒口的位置和數(shù)量，甚至完成整個(gè)澆注模的設(shè)計(jì)。nextpage2 知識基系統(tǒng)應(yīng)用及專業(yè)化工藝設(shè)計(jì) 工藝設(shè)計(jì)是產(chǎn)品信息、企業(yè)制造資源與能力信息、工藝專業(yè)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)知識以及進(jìn)度成本要求等各種信息的匯集。工藝設(shè)計(jì)過程中需要綜合各方面因素進(jìn)行決策規(guī)劃。 知識處理和管理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)工藝決策的可行途徑。通過總結(jié)歸納制造工藝設(shè)計(jì)管理過程中

11、用到的制造資源信息、材料信息、工藝技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)知識，建立結(jié)構(gòu)化工程知識模型和知識庫，實(shí)現(xiàn)工程知識管理系統(tǒng)，并提供知識搜索、知識檢索查詢、基于知識的決策支持等功能，通過網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為工藝決策過程提供信息、知識、分析和決策依據(jù)等。 正如前文所述，當(dāng)前CAPP應(yīng)用主要是在一個(gè)通用的交互設(shè)計(jì)工具的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各種專業(yè)工藝規(guī)程及指令文件的編制，缺乏對各個(gè)工藝專業(yè)固有特性的考慮。因此，隨著應(yīng)用的進(jìn)一步深入，必然要求充分分析各專業(yè)工藝設(shè)計(jì)特點(diǎn)和特色需求，在知識基系統(tǒng)的支持下，開發(fā)并實(shí)現(xiàn)各專業(yè)的工藝設(shè)計(jì)和管理功能。如在成飛公司數(shù)控中心，針對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件框、梁、壁板等類零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜、有很多復(fù)雜槽腔和筋條，具有很高的數(shù)控加

12、工要求，在開發(fā)和應(yīng)用了基于特征的智能化工藝決策、自動化數(shù)控編程和數(shù)控加工仿真功能后，大大提高了工藝設(shè)計(jì)、數(shù)控編程的效率和質(zhì)量。 由于新型飛機(jī)中大量使用復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件，復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的加工工藝技術(shù)亟待提升和積累。應(yīng)用知識基系統(tǒng)和復(fù)合材料專業(yè)化工藝設(shè)計(jì)工具無疑將有力促進(jìn)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件加工工藝技術(shù)的提升，增強(qiáng)新型飛機(jī)的研制生產(chǎn)能力。 3 基于PBOM 的工藝組織與管理 PBOM是組織和管理工藝數(shù)據(jù)的核心，但當(dāng)前CAPP還沒有完全做到這一點(diǎn)。 在三維工藝設(shè)計(jì)模式下，工藝數(shù)據(jù)的形式和內(nèi)容也發(fā)生了很大變化，為基于PBOM的工藝數(shù)據(jù)組織和管理提出了新的要求。零部件的工藝數(shù)據(jù)除包括工藝結(jié)構(gòu)化工藝信息、三維工藝

13、模型和工藝過程模型、各種工藝文件以及MBOM等外，還需其他數(shù)據(jù)如工藝方案、制造資源信息（機(jī)床、毛坯、工裝夾具、刀具）、數(shù)控程序、刀位文件等，還可能包括圖片、動畫等多種媒體形式數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)圍繞PBOM和工藝結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行組織和關(guān)聯(lián)。同時(shí)工藝數(shù)據(jù)的版本版次、有效性及技術(shù)狀態(tài)信息十分重要，必須與業(yè)務(wù)過程管理相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)工藝數(shù)據(jù)技術(shù)狀態(tài)信息的管理，這樣才能通過產(chǎn)品工藝配置，形成產(chǎn)品完整準(zhǔn)確地工藝信息和MBOM信息。 與企業(yè)PDM系統(tǒng)結(jié)合，針對飛機(jī)制造工藝的車間和公司兩級管理模式，實(shí)現(xiàn)工藝業(yè)務(wù)過程管理，實(shí)現(xiàn)工藝業(yè)務(wù)（包括PBOM/MBOM管理、工藝分工、材料定額、工藝裝備需求、車間工藝技術(shù)準(zhǔn)備、NC程序

14、和工藝仿真等）有序控制和網(wǎng)絡(luò)化電子審簽。 基于PDM系統(tǒng)和三維模型輕量化和瀏覽工具，建立異地協(xié)同工作平臺，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與產(chǎn)品制造的協(xié)同。基于三維產(chǎn)品模型或輕量化模型，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型的異地瀏覽，進(jìn)行產(chǎn)品可制造性分析。 4 可視化工藝在線執(zhí)行系統(tǒng) 在現(xiàn)有工藝現(xiàn)場應(yīng)用條件下，因人為因素影響，工作失誤時(shí)有發(fā)生。如在零件加工時(shí)工裝刀具使用錯(cuò)誤、NC程序下載錯(cuò)誤、加工設(shè)備狀態(tài)不正確等；在裝配時(shí)錯(cuò)裝、漏裝現(xiàn)象等。這是由于工藝設(shè)計(jì)與工藝執(zhí)行過程嚴(yán)重脫節(jié)，缺乏工藝執(zhí)行力度和有效控制管理，工藝可理解性和指導(dǎo)性較差，操作人員往往根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和個(gè)人理解進(jìn)行操作，沒有嚴(yán)格按照工藝參數(shù)和技術(shù)要求進(jìn)行作業(yè)，產(chǎn)品質(zhì)量難以用工藝

15、保證。 另一方面，生產(chǎn)現(xiàn)場工藝執(zhí)行狀態(tài)和過程控制缺乏有效監(jiān)督，生產(chǎn)過程中的進(jìn)度、技術(shù)狀態(tài)和質(zhì)量管控等信息不能被及時(shí)有效地獲取并反饋到調(diào)度部門。 管理人員往往通過現(xiàn)場查看和調(diào)度協(xié)調(diào)會來了解進(jìn)度、調(diào)整任務(wù)，控制粒度粗放，無法滿足高質(zhì)高效的生產(chǎn)要求。 開發(fā)和應(yīng)用可視化工藝在線執(zhí)行系統(tǒng)，利用基于三維模型的工藝信息，通過三維可視化工藝過程模型或動畫引導(dǎo)、控制操作人員進(jìn)行生產(chǎn)。將條碼技術(shù)應(yīng)用于制造執(zhí)行過程，嚴(yán)格工藝執(zhí)行要求，強(qiáng)化對工藝執(zhí)行過程的控制（包括工藝裝備檢查和校驗(yàn)、物料檢查和校驗(yàn)、開工條件檢查、NC程序下載等），對于關(guān)鍵工步，可利用工步提示信息和警示信息及實(shí)踐中總結(jié)出來的經(jīng)驗(yàn)技巧，對操作人員進(jìn)行具

16、體指導(dǎo)，從而從源頭上杜絕了人為事故的發(fā)生，并且充分發(fā)揮了三維可視化工藝對新員工的示教作用。 二維條碼具有可靠性高、信息容量大、糾錯(cuò)能力強(qiáng)、印刷簡便、成本低廉、可用多種閱讀設(shè)備閱讀和不需要數(shù)據(jù)庫支持等諸多優(yōu)點(diǎn)。在工藝執(zhí)行系統(tǒng)中建議使用二維條碼。企業(yè)主要建設(shè)內(nèi)容及規(guī)劃 針對當(dāng)前飛機(jī)制造企業(yè)數(shù)字化工藝系統(tǒng)應(yīng)用情況和發(fā)展需求，本文對飛機(jī)數(shù)字化工藝系統(tǒng)主要建設(shè)和總體規(guī)劃進(jìn)行了初步研究。 該規(guī)劃突出表現(xiàn)在以下4個(gè)方面： （1）在工藝設(shè)計(jì)功能方面，提供通用的結(jié)構(gòu)化工藝設(shè)計(jì)、工藝文件編輯、基于三維模型的工藝設(shè)計(jì)工具等。以此為基礎(chǔ)，針對各專業(yè)工藝的特點(diǎn)，集成基于知識的設(shè)計(jì)工具、建立專業(yè)知識庫、實(shí)現(xiàn)專業(yè)基于知識的設(shè)計(jì)，集成專業(yè)化工藝仿真工具系統(tǒng)（如數(shù)控加工仿真、鈑金加工仿真、鑄造工藝仿真、復(fù)材設(shè)計(jì)工具等），實(shí)現(xiàn)專業(yè)工藝的優(yōu)化創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 （2）整個(gè)企業(yè)采用統(tǒng)一的制造工藝管理基礎(chǔ)平臺和PDM系統(tǒng)緊密集成，共同實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工藝信息的全生命周期管理（包括工藝數(shù)據(jù)管理、工藝業(yè)務(wù)管理、工藝技術(shù)狀態(tài)管理、工藝協(xié)同工作管理等），管理層次分明、結(jié)構(gòu)清晰，保障產(chǎn)品工藝信息的準(zhǔn)確性、完整性和有效性。 （3）