浅析航空钣金数字化快速工艺准备系统关键技术

姜秀玉

摘 要：针对CAE技术在航空制造领域中应用越来越广泛，文章分析了航空钣金数字化快速工艺准备系统的设计思想，以及系统涉及到的关键技术，希望对航空钣金制造数字化发展具有一定帮助。

关键词：航空钣金；数字化；快速工艺准备

引言

当前，在航空制造领域中，CAE技术应用越来越广泛，先进的分析软件在国内所有的飞机设计以及制造厂中有已经配备，并且已经应用在相关的工艺准备环节中，对飞机钣金精准制造发展具有很大帮助。但是，也存在一定的问题，在应用先进分析工具过程中，往往仅为工艺准备的局部环节，并不能够紧密联系到工艺优化环节；软件更多则是进行检验和分析的简单应用，不能很好地优化以及反馈相关的工艺设计[1]。另外，由于商用软件具有功能众多、操作复杂等特点，并没有特别针对航空钣金设计专业化模块，这就使得在学习软件过程中，要求具有较高素质的工艺人员，经常和软件厂商进行沟通。设计效率一直较为低下，由于上述问题制约着数字化分析方法在飞机钣金制造中的应用，应该进行积极的改革处理，保证有效的应用数字化分析手段，确保在整个制造流程中的良好作用，所以，应该涉及到与其他的软件、硬件相互配合的問题，尽力营造满足精准化制造的数字环境。对于数字环境的具体要求，表现在：一是，在进行工艺、工装设计优化、零件定型方面，要积极和分析手段进行联系；二是，进一步规范化数值建模和分析的具体要求，使得使用者条件有所降低；三是，不断确保分析和优化效率的提高，能够在真正的制造中应用好仿真分析。

1 系统设计思想

在进行飞机钣金精准制造过程中，则是致力于在尽可能短的周期内，有效降低制造成本、提高产品质量。所以，对于具体的成型过程中可能碰上的质量问题，应该尽量在设计阶段进行有效避免，并且，应该通过有效的制造前的工艺规划和设计，来保证成本、效率和质量的共同优化处理。特别是对于工艺准备中的审查中，应该尽量考虑到各种情况，避免出现相关的工艺缺陷问题，应该在设计环节对各种质量问题进行预先消除，这样才是有效进行精准制造的着手点[2]。

根据对飞机钣金数字化制造中的数字化快速工艺准备进行分析，可以看出，信息化技术水平在飞机制造领域的应用越来越高，已经能够通过CAD/CAE/CAPP平台完成进行相关的工艺化准备工作。在现存的数字化制造流程基础上，通过有效的科学技术手段的引入，保证数字化快速工艺准备技术的有效性，能够有效针对各项工作进行有效审查。同时，能够将不合格的零件进行返回修改，并能提出有效的缺陷解决措施，保证发放的都是合格的零件。对于具体的工艺流程来说，应该充分利用CAE技术，保证有效进行缺陷和质量的预测，通过相应的解决方案，保证各种质量问题得到有效排除。对于工装设计阶段来说，应该通过有效的模面快速设计工具，保证流程化的顺利进行，同时，能够优化相关的工装模面，使得后续出现的几何精度以及成型质量问题得到解决。最后，对于零件在生产现场中的质量问题来说，应该保证通过数字化快速工艺准备机制，使得零件的反复修整次数逐渐减少。

充分考虑到在具体的数字化制造过程中涉及到的快速工艺准备技术的具体相关需求，在进行设计支撑软件系统中，应该保证根据下列的设计原则进行。

第一，对于应用效果来说，应该保证生产成本降低并且有利于成形缺陷的消除及质量的进一步提高。针对飞机钣金工艺的缺陷问题，应保证有效的技术手段。

第二，针对功能上来说，应该根据不同工艺准备环节用户的需求，提出相应的有效方法，对于根据CAE为基础的数字化工艺准备来说，CAE技术的需求在具体的每个工作环节中都不同。这样就应该保证能有效对于工艺审查中的成形进行快速分析，能够较为准确地判断出工艺设计中的缺陷问题，通过相应的工装设计将结果有效反馈在模面设计中。

第三，对于集成性来说，根据数字化工艺需求的相应的配套软件系统，一定要要求能够继承现有的航空厂内的数字化环境。

2 系统详细设计

2.1 系统框架与功能分析

根据不同的客户提供相应的设计以及优化要求，系统能够进行有效处理，对于工艺人员来说，能够有效实现工艺分析和设计，以及缺陷功能预测等功能；对于工艺审查人员来说，能够有效判断快速成形性内容、成型方式等；对于工装设计人员来说，能够实现回弹补偿以及快速的模面设计等功能。通过上述有效的组合方式，保证形成一系列的钣金成型知识库、快速工装设计系统以及快速工艺仿真系统等三个方面，还包括相关的钣金工艺知识数据以及涉及到相关的材料性能等。针对快速工艺准备系统，上述存在的三个子系统其主要功能分析如下：第一，对于快速工艺分析系统来说，能够有效利用数值模拟方法，实现回弹补偿，进行有效的快速成形性分析；第二，对于模面快速设计与优化系统来说，能够保证模面具有快速回弹补偿，以及快速设计等功能；第三，对于成形工艺知识库系统来说，主要包括相关的辅助工艺审查、工装设计以及工艺设计，以及相应的辅助缺陷诊断方面的功能。

2.2 系统集成与数据管理探讨

可以看出，这种通过PDM系统为核心的产品数据管理非常有效，能够在航空制造业中发挥重要的作用，能够有效集合相应CAD、CAM、CAE等应用软件以及数据库，所以，在进行数字化工艺准备系统的实施过程中，充分考虑到了有效集成相应的CAX、PDM等系统。

一般来说，对于CAE系统往往具有非常复杂的数据管理问题，比如，涉及到相关的网络、模型、材料以及参数输入，输出格式等方面的管理，还涉及到相应的不同平台的数据接口问题等方面。这种多余复杂的数据使得企业有效进行产品数据管理的负担进一步加重，不能采用有效的先进分析方法。所以，应该在具体的实践过程中，有效保证数据的轻量化处理，使得不同平台之间的交互影响尽量减少，这点在设计快速工艺准备系统具有重要意义。此系统能有效对于CATIA内部的功能组件进行调用，还能有效借用CATIACAD（MechanicalDesign）框架下几何特征树的管理方式，这样就能将零件与模面的关键几何信息关联起来，特征面和特征草图等几何数据均可直接映射。

3 结束语

文章分析了面向飞机钣金精准制造的数字化工艺准备系统设计原则，构建了飞机钣金快速工艺准备系统的框架，设计了系统的结构和功能组成，建立了系统集成与数据管理方式。系统基于CATIACAA平台开发，将工艺准备中工装设计、回弹补偿、工艺仿真分析等工作集成于CATIA环境，实现了数据管理的轻量化。

参考文献

[1]贺剑，刘闯，王俊彪，等.基于知识的飞机钣金零件制造指令设计系统研究与开发[J].制造指令设计，2012，31（1）.

[2]王俊彪，刘闯，韩晓宁.面向制造的飞机钣金零件多态模型[J].航空学报，2007，28（2）.