飞机工艺装备模块化设计的系统技术

◎宋爽

在产品快速设计中，模块化设计是常用的技术之一，其可对产品设计流程进行简化，也可降低研发成本，可减少研发周期。基于此，本文运用模块化设计方法进行飞机工艺装备快速设计技术的研究，分析了飞机工艺装备模块重复利用技术，并对飞机装配型架设计系统的开发与应用展开了探讨，然后还利用模块实例推理技术对飞机工艺装备的快速设计进行了应用，以此实现产品的快速设计。

在飞制造工程当中，飞机工艺装备的设计与制造必不可少，其决定着飞机生产目标能否实现，可显著提升飞机产品的可靠性，延长其使用期限，还可对综合技术的性能进行有效改善。可实现成本降低与生产周期缩短的目标。由于不同系统飞机的工装结构具有相似特征，因此型架、模具等部件可实现重复利用，因此，通过模块化设计技术可实现飞机生产准备快速反应能力的有效提升。

一、飞机工艺装备模块化设计系统功能模型分析

1.飞机工艺装备设计的子系统。

在新飞机工装设计任务执行时，可运用模块设计系统进行其他功能模块的调用而完成设计任务。

2.推理机。

由模块实例推理。

3.设计资源库管理系统。

对设计资源库进行管理，包括设计实例信息、三维模型、二维图形、设计规范与标准知识、选择和判断知识、专家经验知识和航空企业其他设计资源（如工装标准件库）等信息进行管理。

4.参数化设计。

能够根据设计问题需要，对已有三维模型进行参数驱动，从而得到符合需要的三维模型。

二、飞机工艺装备的模块划分分析

在飞机工艺装备设计任务对象的拓扑结构发生变化时，工艺装备及其设计任务对象结合部分的结构也会随之而发生改变，但是其他结构部位并不会发生较大变化。如定位元件及导向件等部位与任务对象拓扑结构变化之前有明显的不同，而夹具及其夹紧机构并不会发生较大转变，传动装置也与之前无明显变化。

1.飞机工艺装备模块的分解过程。

采用由上而下的方法将飞机工艺装备设计的所有功能需求进行分解，并将得出的各个子功能进行独立的结构呈现而使之成为模块划分的基本单元，由一个或多个子功能而完成模块的构建。

2.模块的划分。

以子功能结构图作为模块划分依据，子功能结构可成为独立模块需满足的条件如下：（1）子功能结构可能根据实际需求发生变化。（2）子功能结构是企业的工装通用件或标准件。（3）子功能结构经常单独作为应力校核的关键部分。（4）子功能结构经常更换使用，并且很有可能因为腐蚀、磨损或变形，而被经常更换或维修。（5）子功能结构实现技术的应用会对技术的升级起到促进作用，模块划分完成后，还要进行划分结构的评价，应遵循模块划分与独立原则并结合专家经验进行，如发现划分结果存在不合理性，应做出进一步调整。

三、工装快速设计实现的有效策略分析

1.设计流程。（1）结合设计任务的具体需求，提取设计问题相关信息并对具体的要求进行分析，进而以问题信息为依据进行推理，并得出规格相似的工装实例。（2）在模块划分后，运用模块实例推理技术将与模块相似的模块实例相似性最高的模块实例找寻出来。（3）结合新设计要求分析模块实例，并对其进行评价与修改。（4）以工装组织构型为依据进行修改后模块实例的重新组合，并分析与评价组合结果，再对其进行修改与重新设计，进而得出新设计工装。

2.基于模块化设计推理的步骤。（1）以各个模块的功能需求为依据进行设计问题信息的分解。（2）结合分解后得出的推理信息对模块实例进行查找，结合与设计效果相关的特征信息进行匹配，通过相似性计算将实例库中与之匹配度最高的实例提取出来。（3）采用人工交互的方式做出最终的选择，以设计问题信息为依据对选择的模块实例进行分析与评价，对其不足之处进行修改，进而获取到完整的输出结果。（4）如果未得到检索结合，应对模块实例进行重新设计直至得出设计结果。

四、飞机工艺装备模块化设计的系统实现分析

1.模块化设计的系统实现。

飞机工装模块化设计系统以CATIA为开发平台，利用计算机应用体系结构（CAA）对CATIA实行二次开发。其中，设计资源库将采用OracleXMLDB作为底层的支撑数据库，并在实体关系（E-R）模型的基础上建立各种关系表和数据结构，以及它们之间的约束关系。另外，还要对其进行功能设计，包括存取功能、知识的检索和查询功能及设计资源库的维护管理功能。

2.应用实例分析。

飞机机翼是飞机机体的主要装配组件，根据飞机机翼结构，一般可以将其分解为翼尖、翼肋、襟翼、副翼、前缘、后缘和壁板等装配单元。

飞机总装型架是飞机机翼装配时所需使用的装配夹具，其作用是对机翼装配单元进行定位进而实现组装，可运用铆接或焊接等多种方式进行飞机机翼各个装配单元的装配。飞机总装型架可为四个组成部分，一是骨架，二是定位件，三是夹紧件，四是辅助设备。骨架作为飞机总装型架最基本的构件，其结构设计时应将力传递纳入考量。以下为骨架模块化的具体设计流程：（1）构建某飞机机翼总装型架的骨架，对其进行模块分解。（2）某机翼总装型架的骨架可以分解为梁、立柱、底座和调节支承等模块。（3）某机翼总装型架的骨架分为框架式、组合式、分散式和整体底座式。机翼总装型架的骨架通常是组合式，通过界面结构相似度的计算，获取相似骨架实例结构。（4）所有模块数据以Catalog文件存放。Catalog是CATIA自带的模型库文件。调用浏览器API，令模块数据在浏览器中打开。（5）在CATIA装配设计中，选择需要的参数模型。梁是由槽钢对焊成封闭的匣形剖面，表面加工出间距为100mm的孔，以便通过螺栓互相连接，梁通过螺栓固定在底座和立柱上。立柱、底座的材料一般采用铸铁。调节支撑由装配基准点确定。（6）根据设计任务，更新机翼总装型架的骨架。若更换其中局部模块，还可以满足新的工装需求。

结语：基于模块化设计可实现快速而高效的飞机工艺装备设计，运用模块化设计方法研究与分析飞机工装设计技术，可实现飞机工装模块化设计系统的有效构建。在设计过程中，可对设计资源库进行有效查询，进而实现资源的重复利用，可有效提升设计速度。模块化设计系统运用时应对基础数据构建予以高度重视，并对资源库内容进行丰富，以此实现快速设计的目标。