飞机工装管理与流程控制技术/董峻朋

董峻朋 于海涛

摘  要：衡量一个国家科技发展综合水平的重要标志就是航空制造业的发展水平与科技能力，而飞机工装管理的数字化、工装流程控制的数字化是飞机制造的一个巨大进步。工装管理数字化改变了传统工装的串行工作模式，缩短了研制周期;根据飞机工装设计的特点，根据工装流程控制的业务核心对象，提出流程再造思路，开发了飞机工装设计流程控制系统。

关键词：工装管理;数字化;流程控制系统

中图分类号：V26            文献标志码：A

1 工装数据与多维属性

在飞机工装的制造中基本工装是二维图纸的设计，之后利用三维模型进行分析，利用技术文件来体现公差、尺寸、结构、强度、寿命等属性，最初的设计目标就是通过这些属性进行工装制造，装配、使用和维护。在飞机的制造过程中，虽然飞机的种类多、零件多、结构复杂，但是也是有一些基本统一性的，对于这种统一属性可以总称为基于MBD飞机工装设计的基础。

（1）飞机工装的工艺属性。飞机工装的工艺属性是指飞机工装与飞机设计环节的设计信息及制造环节的制造信息密切关联。飞机工装的工艺属性主要体现在4点：①功能和装配协调性;②基准传递的统一性;③飞机主要几何模型的随行性;④工程信息的继承性。

（2）飞机工装的设计属性。在飞机装配工装的设计流程中，需要根据结构零件分析结果进行设计。

（3）飞机工装的制造属性。是指工装设计最终转化为实物的可制造性。

（4）飞机工装的检测属性。工装在飞机装配和制造使用的过程中，需要保证工装的精确定位，只有这样才能保证结构件的空间位置，位置确定才能保证对全坐标系进行检测。

（5）飞机工装的维护属性。指工装运输、标识、涂饰、使用说明等维护信息。

（6）飞机工装的管理属性。工装的管理属性包括工装号、工装设计版次、审批、标识。

MBD技术是三维模型设计制造与管理及检测信息的合理组合，主要表现为数字化制造、数字化协调、数字化检测、数字化分析、产品数据管理等。MBD数字化的具体要求有数据的参数化、数据的结构化、数据的完整性、数据的可追溯性。

2 工装成熟度管理

成熟度是指产品数字化模型定义的详细程度与完整程度，某一登记的成熟度代表着产品数字化模型所达到的一定状态。里程碑是指研制过程中一定阶段内所达到的重要目标与事件进行控制。里程碑可以跨越几个成熟度，具体关系如图1所示。

2.1 成熟度管理目标

（1）总体上对数模的完成情况进行控制和跟踪，为研制流程中的节点控制提供依据。

（2）确保产品数模的完整技术描述，保证相应生产过程有效衔接与控制。

（3）确保产品数据的预发放，为后续流程提供有效支持，提高产品一体化水平。

（4）用成熟度体现并行设计，并体现流程进度。

2.2 工装成熟度

对于飞机工装设计整个流程进行分析，可以是先提出需求，进行分析，工装设计申请，工装开始设计，最终工装发放。

2.3 升级管理

工装成熟度是可以升级的，在升级管理中有明确的等级划分，定义为TML0～TML6七个不同等级。

TML0级：工艺人员提出设计条件，明确工装的性能参数，产品属性。

TML1级：工艺人员编制发放工装指令，确定产品的工装形式、基准面、工装编号，协调要求等。

TML2级：工装制造人员提出采购申请。

TML3级：工装制造人员开始施工，使定位、标注、表面处理满足要求。

TML4级：在工装的设计中设计人员需要通过仿真技术，人机结合仿真模型，仿真装配过程。

TML5级：工装设计完成之后，需要人员进行现场调试，同时质量人员还需要编写测量程序。

TML6级：以上工作都结束之后，设计人员公布设计完成。

工装开发的整个过程，随着不同数据的输入，设计的加深，工装的设计也越来越难，同时在工装开发过程中由于一些原因，频繁地进行设计变更，设计的方向也会有所改变，所以在设计完成某个阶段的时候，需要进行降级处理，这样就会将设计过程降到某个起始点，为了控制成熟度升降级有序进行，需要遵循以下原则：1）不允许跨级升级或者降级。2）由TML0升级到TLM1，TML2升级到TLM3，TML3升级到TLM4时，由工装设计项目组内部确定。3）由TML2升级到TLM2，TML4升级到TLM5，TML5升级到TLM6时，由装配工艺人员，车间制造人员，相关专家进行评审，并作为是否升级的依据。4）由TML1降级到TLM0，TML3降级到TLM2，TML4降级到TLM3时，由工装设计项目组内部确定。5）由TML2降级到TLM1，TML5降级到TLM4，TML6降级到TLM5时，由装配工艺人员，车间制造人员，相关专家进行评审，并作为是否降级的依据。

3 数字定义与流程

3.1 数字定义

这个设计阶段是工装设计中的核心之一，它的作用是可以展现整个设计过程的结果，是最终的输出环节。工装设计中，通过MBD技术对工装设计中的数据定义进行分析，把整个设计中不同方向的数据集中归纳到MBD数据集当中，这样的做法使阶段数据有了载体。MBD是基于模型的定义，是用集成的三维实体模型来表达产品定义信息的体系，MBD技术使工装设计的数字化模型成为生产制造中的基础数据。

3.2 流程模式

流程是指完成一件事、一项活动的全部过程，这一过程由一系列环节组成，各个环节之间有先后顺序，有一定的指向性。流程控制必须是在确定了前一步工作完成的基础上才能继续进行，设计流程大致经历了串行设计、并行设计、協同设计3个阶段。

3.2.1 串行设计

该阶段各个活动的顺序都是依次进行的，如果某一环节出现错误，到生产车间才能发现，此时须重新更改设计方案，这样不仅会导致生产制造周期长、成本高，而且无法保证产品质量。

3.2.2 并行设计

要求各个阶段的设计活动同时进行，在设计产品的同时，编制工艺文件、材料采购、设备采购等须同时进行，这样大大地缩短了生产周。

3.2.3 协同设计

在并行设计的基础上，充分利用计算机辅助设计功能，通过计算机、网络来实现数据共享、数据关联等，使各个环节之间的沟通更加顺畅。

4 结论

飞机研制数字化手段是快速提升制造业水平的有效措施，是飞机制造的核心技术。飞机的制造过程中使用了大量工装，随着计算机辅助技术的发展，通过三维模型实现并行设计的工装设计方法得到广泛应用。飞机的结构要求多为大尺寸、小刚度的薄壁零件，而且对于制造精度的要求非常高，因此零件加工与装配过程中需要大量的专用工艺装备（简称工装）。该文在飞机工装数字化的背景下研究了工装数据的多位数形，成熟度管理，流程控制技术。

参考文献

[1]卢鹄，韩爽，范玉清.基于模型的数字化定义技术[J].航空制造技术，2008（3）：78-81.

[2]陶剑.成熟度在飞机研制一体化流程的应用[J].北京航空航天大学学报，2006（32）：9.

[3]戴世然.计算机辅助制造工程[M].北京：航空工业出版社，1995.

[4]范玉清，梅忠义，陶健.大型飞机数字化制造工程[M].航空工业出版社，[M].北京：航空工业出版社，2011.