浅谈数字化协同平台与飞机结构设计制造

陈付奎，张惠兵，谭小辉

中航工业陕西飞机工业(集团)有限公司设计研究院，陕西 汉中 723213

1 概述

数字化协同平台是充分利用Catia的各模块的功能，容纳上千人乃至上万人同时工作的平台，并共同分享所有人的设计成果的大型设计工具，它具有信息直接化，资源利用率最大化，工程进度可视化，零件设计三维化等优点，被越来越多的科研院所和厂家应用。

统计表明，15%的工程设计变更，将会直接影响到85%的制造过程返工。最有效的措施就是尽可能减少工程设计的变更，降低成本和缩短研制周期。数字化协同平台充分利用计数机软硬件并借助于数据和信息的共享手段，将飞机设计过程中的“串行工程”改为“并行工程”，极大的减少飞机的研制周期。

传统的设计制造过程是：飞机设计—工艺准备—工装设计—零件制造—装配，由于设计过程不可避免的变更，最终导致研制周期长，成本高等缺点。但是，传统的飞机结构设计，在经过了上百年的开拓创新和经验积累，已经形成了一套成熟的设计体系。从设计输入到产品输出的整个过程中，每一步都考虑了防差错，并能快速地解决生产中出现的各种问题。数字化协同平台正是借鉴传统的飞机设计的工程经验，并利用数字化、网络化等手段，使其更加系统化，规模化。

数字化协同平台在继承了传统的飞机结构设计的优点的基础上，充分运用了高性能计算机强大的计算能力和高速网络的快速传输能力，为飞机结构设计提供了更加开阔的设计平台。

2 数字化协同平台具有以下特点

1）数字化协同平台是一个超大数据库，任何一个在此平台内的人员都可以从中找到自己所需要的所有资源，各用户端设计各自所承担的零部件，并且随时将设计好的零部件上传至中央服务器。上传至中央服务器的零部件就成了协同平台的数据资源，所有在协同平台上工作的人都可以读取现有的资源，这样就实现了所有信息及时共享，而且数字化平台上的零部件是三维的，看起来直观，使得相关部件的协调也可以及时的顺利进行，同时每个设计人员也可以从平台上看到各种不同风格的零部件设计，随时可以交流学习，不断提高自己的设计水平；

2）数字化协同平台又是一整套完善的设计管理系统，它可以通过网络进行异地同步协调设计，这样就能同时调动不同地区和国家的人员，在有限时间内完成超大型复杂的设计工程，在设计上实现了人力资源的最大利用率；

3）数字化协同平台可以实现无图纸化技术，数据的电子化传递为异地生产提供了极大的方便，一天之内就可以实现在任意两地之间几十上百G的数据传输，实现了快速异地审签图纸，节省了大量的纸质图纸，同时也避免了人力资源的浪费，既节省了大量的人力物力，又能最大程度地调动不同地区的人力物力资源，实现了从设计到生产的异地资源利用率最大化。

4）数字化协同平台实现了工程进度可视化，将所有的最新数据及时的集中到中央服务器，各个系统可以及时协调整个工程的进度状况，为下一步计划的制定和实施提供了最可靠的参考，计划的控制就更科学，避免了设计更改造成的不必要的浪费。

5）数字化协同平台实现了零件设计三维化，三维制图不只是直观这么简单，最主要的是可以实现大型，特别是大型复杂形状机加件的高精度数控加工，大大的减少了装配工作量，缩短生产周期；数控整体机加件更加方便于结构优化设计，能设计出更轻的复杂结构，对飞机的总体性能有重要贡献。不仅如此，精确的空间定位对零部件的装配模拟、功能摸拟、重量重心计算和属性统计更加准确方便，大大减少了设计人员的繁杂工作量。

3 数字化协同平台为工艺制造提供了方便

工艺设计处于产品设计和加工制造的中间环节，它是生产技术准备工作的第一步。其中的任何一个因素发生变化，都可能导致工艺设计方案的更改，另外制造业特有的传统的串行工作方式，使得工艺设计成为产品制造的瓶颈，并且占用了很长的产品研制周期。目前工艺设计的不足之处：

1）产品设计的工艺性审查周期较长

要在产品设计打佯出图后,工艺部门才能对产品设计进行工艺性审查,针对可加工性和经济性对设计提出更改意见，一般周期都较长。然后，设计针对工艺提出的意见对设计图纸进行修改，若改动较大则大大延长设计周期，这是一个反复迭代过程。

2）不能及时发现工艺方案、工艺路线以及工艺规程的设计中的错误

工艺设计中隐藏的错误难以在设计过程中被人为的发现，装配工艺的优化基本上是凭工艺员的经验，工艺设计中存在的问题往往要在产品实际装配过程中才被发现,但此时工艺设计错误已带来了产品、周期、人力和费用的损失。

有了数字化协同平台工艺工作可以有效的贯穿于整个飞机生产流程当中，为工艺设计提供了充足的准备时间。工艺制造部门随时登陆数字化协同平台网络，了解设计进展和更改情况，及时的贯彻到工艺准备之中，同时进行并行产品数字化定义，建立全机数字样机，实现了数字化模块化设计与柔性制造，如波音777、JSF联合攻击机、A380等，大大缩短了研制周期，减少了工装，降低了成本，取得了明显的技术、经济效益。与此同时，数字化装配工艺设计与仿真技术也随着数字化协同平台的发展取得了实质性的进步，一些著名的飞机制造公司开始应用专用软件系统如DELMIA等进行装配工艺设计与仿真，利用车间执行系统实现了生产现场可视化装配。

我国的飞机数字化装配技术现处于起步阶段，设计部门建立全机数字样机的工作已经取得实质性的成果，因此如何在数字样机基础上，结合我国的国情通过协同工作平台建立三维数字化产品设计和装配过程仿真环境，实现产品设计、装配工艺设计、装配工装设计的并行工作方式，是我们需要急切解决的课题。数字化协同平台是一个很好的多人协同工作平台，为飞机设计师提供了广阔的舞台，能将设计员的思想更快地转变成一个个精美的飞机零件，为飞机早日翱翔蓝天提供了可行性，使我们的梦想能更快地成为现实，同时也吸引着我们编织更加美丽的梦。