【編者按】飛機(jī)制造企業(yè)可以通過三維數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用有效提升了工藝設(shè)計水平睦疫，解決了在航空產(chǎn)品數(shù)字化工藝設(shè)計道盏、制造方面的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一和系統(tǒng)整合等問題，保證了業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的一致性和規(guī)范性移国。本文是對航空制造領(lǐng)域中三維工藝技術(shù)的應(yīng)用的介紹吱瘩。

　　隨著信息化技術(shù)的不斷發(fā)展，發(fā)達(dá)國家的飛機(jī)制造企業(yè)通過三維數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用有效提升了工藝設(shè)計水平迹缀，解決了在航空產(chǎn)品數(shù)字化工藝設(shè)計使碾、制造方面的標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一和系統(tǒng)整合等問題，保證了業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的一致性和規(guī)范性祝懂。國內(nèi)飛機(jī)制造企業(yè)經(jīng)過長期的三維工藝設(shè)計與仿真票摇、CAX/CAPP/MES系統(tǒng)集成等技術(shù)的研究拘鞋，突破了基于模型的定義（MBD）[1-2]、三維工藝設(shè)計可視化讲幌、三維裝配過程仿真驗(yàn)證及優(yōu)化油后、三維工作指令的創(chuàng)建、發(fā)放及瀏覽仙涡、多系統(tǒng)集成和業(yè)務(wù)流程優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸容书，構(gòu)建了體系完整的、能支撐裝配眶蹈、機(jī)加藤棕、鈑金、冶金等各類工藝設(shè)計業(yè)務(wù)需求的三維化雹了、系統(tǒng)化朴树、集成化的企業(yè)級數(shù)字化工藝設(shè)計平臺，實(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)二維工藝設(shè)計制造體系向三維數(shù)字化工藝設(shè)計制造體系的成功轉(zhuǎn)型索驰。 （參閱激光跟蹤儀榨惭、測頭在航空制造領(lǐng)域中的應(yīng)用）

　　二維工藝設(shè)計

　　工藝設(shè)計是連接設(shè)計和生產(chǎn)的橋梁，傳統(tǒng)二維環(huán)境下妓浮，工藝設(shè)計工作是依托于設(shè)計發(fā)放的二維工程圖忿项，在CAPP系統(tǒng)中開展工藝設(shè)計、配套表及工藝卡片編制及流程簽審等工作城舞，再以紙質(zhì)工藝卡片形式下發(fā)至生產(chǎn)單位轩触，加上生產(chǎn)現(xiàn)場配套的操作說明、安全規(guī)程等紙質(zhì)文件家夺，最終指導(dǎo)生產(chǎn)人員加工制造的工藝體系脱柱。其核心還未跳出二維平面工藝設(shè)計的束縛，缺乏形象化的拉馋、三維空間化進(jìn)行工藝設(shè)計的功能榨为。

　　在整個產(chǎn)品設(shè)計制造的信息傳遞過程中，由于設(shè)計人員煌茴、工藝人員柠逞、生產(chǎn)人員不斷進(jìn)行著二維、三維的重構(gòu)景馁，造成了巨大的時間浪費(fèi)和諸多的理解歧義板壮；設(shè)計人員以三維方式完成產(chǎn)品設(shè)計，將其轉(zhuǎn)化為二維圖紙合住，作為合法文件發(fā)放給制造部門僵卿；工藝人員拿到二維圖紙后，首先必須理解原始設(shè)計意圖释何，將二維設(shè)計圖紙?jiān)谒季S中還原為三維模型正庙，再編制出指導(dǎo)生產(chǎn)作業(yè)的二維工藝指令注括，生產(chǎn)人員拿到二維工程指令之后，需再次將二維圖紙及工藝指令還原為三維模型及三維工藝過程蓄扳，以理解產(chǎn)品和工藝人員的設(shè)計意圖蝴车，這個從設(shè)計到工藝再到生產(chǎn)的過程數(shù)據(jù)傳遞量大、周期長（如圖1所示）拢给，極易出現(xiàn)由于設(shè)計蛹协、工藝及生產(chǎn)人員對于二維、三維信息理解不同而導(dǎo)致意圖表達(dá)不清褥疆，甚至理解完全錯誤的危險[1,3]兆焦。

　　
　　三維工藝設(shè)計

　　三維工藝設(shè)計面向飛機(jī)工藝研制全過程，包括工藝方案策劃與三維工藝詳細(xì)設(shè)計各個階段中相關(guān)的業(yè)務(wù)工作永铛。

　　1 工藝方案策劃

　　飛機(jī)總體設(shè)計階段生碗，制造企業(yè)已開始進(jìn)行工藝總方案設(shè)計，并通過采用基于成熟度的協(xié)同工藝審查的方法驾窟，依據(jù)設(shè)計成果庆猫，同步展開后續(xù)工藝策劃工作，包括裝配協(xié)調(diào)绅络、零件制造技術(shù)月培、工藝分離面、部件裝配圖表等一系列工藝指導(dǎo)性文件的定義與編制昨稼。

　　工藝方案策劃階段，制造企業(yè)的工藝人員在虛擬的三維空間內(nèi)進(jìn)行工藝分離面劃分拳锚，對產(chǎn)品的EBOM結(jié)構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)假栓，并補(bǔ)充產(chǎn)品工藝路線（流水）以及工組件，搭建產(chǎn)品PBOM霍掺，作為后續(xù)裝配工藝匾荆、零件工藝等詳細(xì)工藝設(shè)計的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

　　2 零件（機(jī)加/鈑金）工藝設(shè)計（冷加工工藝設(shè)計）

　　零件工藝分為機(jī)加工藝與鈑金工藝杆烁。機(jī)加工藝是指使用傳統(tǒng)人工操作的車牙丽、銑、刨兔魂、磨工藝設(shè)備以及數(shù)控設(shè)備進(jìn)行零件制造郑舷；鈑金工藝種類繁多，在航空制造企業(yè)中主要用到的鈑金工藝有閘壓锌拱、滾壓肘鹅、液壓成形等。三維零件工藝注重的是對輕量化模型和MBD數(shù)據(jù)集的利用姿抒，并結(jié)合零件工藝仿真分析功能奇门，提高零件工藝設(shè)計效率和水平盒伸，三維零件工藝（指令）電子數(shù)據(jù)包編輯環(huán)境如圖2所示。

　　
　∑軉（1）零件工藝設(shè)計工序定義及工序模型的構(gòu)建橘沾。

　　零件工藝設(shè)計一方面是由毛坯開始，一步步加工最終形成符合設(shè)計要求的零件狀態(tài)劫漠，而在實(shí)際過程中工藝人員需要參考設(shè)計模型仲它，逆向設(shè)計出反應(yīng)其中間加工過程的工序模型，另一方面將工藝設(shè)計與仿真優(yōu)化相結(jié)合售拼，優(yōu)化工藝過程且昭，獲得最優(yōu)工藝設(shè)計方案，作為工序定義的指導(dǎo)贱鼻。

　⊙缏簟（2）三維零件工藝電子數(shù)據(jù)包創(chuàng)建、編輯和查看邻悬。

　　三維零件工藝指令不是傳統(tǒng)的電子表格或紙質(zhì)文檔症昏，而是將結(jié)構(gòu)化工藝過程信息與三維模型、視圖父丰、動畫等緊密結(jié)合肝谭，形成三維零件工藝（指令）的電子數(shù)據(jù)包。并通過提供一個直觀的蛾扇、可視化界面攘烛，工藝及制造相關(guān)人員可直接查看零件工藝的電子數(shù)據(jù)包的內(nèi)容。

　　3 冶金工藝設(shè)計（熱加工工藝設(shè)計）

　　冶金專業(yè)下屬多個專業(yè)镀首，包括鍛造坟漱、鑄造、熱處理更哄、表面處理芋齿、焊接等。冶金工藝按照工藝類別的不同用玷，對三維化的需求也各有區(qū)別秤瞒。如焊接工藝需要在三維數(shù)模上對焊縫位置、焊接順序進(jìn)行標(biāo)示疗涎；表面處理工藝需要利用三維數(shù)模在立體空間中進(jìn)行鍍層侵透、噴漆、化銑理若、表面轉(zhuǎn)換恢儡、導(dǎo)管隔熱的加工范圍等信息的標(biāo)示；鑄造工藝需要根據(jù)產(chǎn)品模型留好鑄造余量颊姻，并利用三維模型展現(xiàn)相應(yīng)澆筑系統(tǒng)的設(shè)計[4]组莲。

　　總體來說笙亿，冶金工藝設(shè)計三維化需求不及零件、裝配工藝需求強(qiáng)烈咒饼，但仍可分析各類冶金工藝的具體需求炕烈，引入產(chǎn)品三維模型，仿照三維零件渔硫、裝配工藝設(shè)計方式皱坛，在三維模型上進(jìn)行相關(guān)信息標(biāo)識，以三維視圖方式描述工序狀態(tài)豆巨，幫助工藝人員更直觀地展示相關(guān)工藝過程信息剩辟。

　　4 裝配工藝設(shè)計

　　基于MBD的裝配工藝是指以輕量化三維模型為基礎(chǔ)，利用MBD數(shù)據(jù)集信息和數(shù)字化往扔、結(jié)構(gòu)化的方法來定義并展示整個工藝過程贩猎，實(shí)現(xiàn)高效、合理的裝配工藝設(shè)計萍膛。三維裝配工藝（指令）電子數(shù)據(jù)包編輯環(huán)境如圖3所示[2]吭服。

　　
　　（1）裝配工藝設(shè)計工序定義及工序模型構(gòu)建蝗罗。

　　裝配工藝設(shè)計的首要工作是對產(chǎn)品裝配過程艇棕、裝配順序、定位方案等進(jìn)行規(guī)劃串塑，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行裝配工序的定義沼琉，并構(gòu)建與工序過程匹配的三維工序模型，工序模型還應(yīng)包含對應(yīng)的產(chǎn)品模型桩匪、工裝模型以及與工序內(nèi)容匹配的三維視圖琉枚、工序作業(yè)指導(dǎo)信息（標(biāo)注信息、輔助說明信息蹲瘩、工藝尺寸信息等）炬锦。并使整個工序內(nèi)容和三維模型有機(jī)關(guān)聯(lián)起來豺孤。

　〖苋唷（2）三維裝配工藝電子數(shù)據(jù)包創(chuàng)建、編輯和查看凌秩。

　　通過工序模型的定義浦砸，以三維模型替代傳統(tǒng)的二維圖紙或原理圖，工藝指令中操作步驟都以三維視圖及三維動畫為主段许，結(jié)構(gòu)化的文字信息為輔的方式來描述工藝過程毯旷，三維條件下的工藝指令是將結(jié)構(gòu)化工藝過程信息（標(biāo)準(zhǔn)格式）與模型、視圖驹毁、動畫等三維信息（輕量化格式）相結(jié)合选癣，形成可指導(dǎo)裝配人員工作的三維裝配工藝（指令）電子數(shù)據(jù)包练代。

　　5 工藝數(shù)據(jù)管理

　　在三維數(shù)字化工藝設(shè)計環(huán)境下，工藝知識的存儲杰刽、共享和應(yīng)用方式發(fā)生了巨大的變化菠发。這需要建立支持三維數(shù)字化工藝設(shè)計的相關(guān)知識、資源庫及模板贺嫂，實(shí)現(xiàn)對工藝數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化管理與應(yīng)用滓鸠，提高工藝設(shè)計的效率和質(zhì)量[5]。

　〉谠（1）工藝知識管理糜俗。

　　工藝知識管理就是通過管理企業(yè)內(nèi)與工藝知識相關(guān)的文檔類資源，充分利用工藝專家的經(jīng)驗(yàn)與知識積累曲饱，實(shí)現(xiàn)對工藝設(shè)計過程中業(yè)務(wù)的智能化在線幫助悠抹。主要包括工藝術(shù)語庫、工藝參數(shù)數(shù)據(jù)庫渔工、數(shù)控程序數(shù)據(jù)庫锌钮、切削參數(shù)庫、鈑金成型參數(shù)庫等的管理引矩；以及對文檔類工藝知識庫梁丘，包括工藝手冊、工藝標(biāo)準(zhǔn)與程序旺韭、技術(shù)總結(jié)到趴、學(xué)習(xí)資料等的分類管理。

　≈嫖（2）工藝資源管理阁雷。

　　依據(jù)三維數(shù)字化工藝的需求，構(gòu)建工藝資源庫狐昆，規(guī)范工藝設(shè)計過程中各類資源柒杯，包括裝配、加工的設(shè)備八领、工藝裝備疑拯、材料屬性等的描述與管理，并通過對這些資源進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)模板定義鼠灼，實(shí)現(xiàn)設(shè)計制造信息的統(tǒng)一管理和資源信息引用的規(guī)范性矿矿、高效性。

　∶写省（3）典型工藝管理棋躬。

　　典型工藝管理就是根據(jù)同類零部件結(jié)構(gòu)和尺寸的變化，設(shè)計出一種或幾種經(jīng)過優(yōu)化的加工或裝配工藝范例，包括機(jī)械加工類典型工藝剪勿、鍛造類零件典型工藝贸诚、鑄造類典型工藝、鈑金類典型工藝等厕吉，供工藝人員在設(shè)計時重復(fù)使用赦颇，進(jìn)而幫助企業(yè)按照自身需求通過工藝工作的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化工作實(shí)現(xiàn)典型工藝的提煉赴涵、存儲媒怯、管理和使用。

　　6 生產(chǎn)現(xiàn)場可視化

　　在三維工藝模式下三維數(shù)據(jù)（模型等）替代了二維工程圖紙和紙質(zhì)工藝指令髓窜。三維工藝電子數(shù)據(jù)包（指令）成為生產(chǎn)現(xiàn)場工作的技術(shù)依據(jù)扇苞，通過工藝設(shè)計平臺與生產(chǎn)管理系統(tǒng)的集成，將三維工藝指令等工藝數(shù)據(jù)信息發(fā)放到車間生產(chǎn)現(xiàn)場寄纵，并以三維的鳖敷、動態(tài)的、交互式的定制界面展示程拭、描述工藝過程定踱，將生產(chǎn)工藝、人員督羊、設(shè)備耸颁、工裝及工具等資源信息有效集成，通過直觀的界面顯示產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)構(gòu)關(guān)系塑赁、工藝結(jié)構(gòu)關(guān)系和幾何模型舞绝，顯示工藝仿真過程和工裝使用定位方法，顯示與仿真過程相應(yīng)的操作說明等糠味，使工人按指令進(jìn)行操作吆踏，準(zhǔn)確快速地查閱工藝過程中需要的信息，提高工作的準(zhǔn)確性和效率渊伐。

　　三維工藝設(shè)計平臺

　　金航通過對上述三維工藝設(shè)計平臺功能的研究轩丁，并結(jié)合相關(guān)企業(yè)的實(shí)際需求，構(gòu)建了包括頂層工藝方案設(shè)計多析、三維裝配工藝設(shè)計仙商、三維零件工藝設(shè)計、三維冶金工藝設(shè)計执执、工藝知識庫筝野、工藝資源庫晌姚、典型工藝庫等功能模塊在內(nèi)的三維工藝設(shè)計平臺粤剧，實(shí)現(xiàn)了與上下游相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)與流程的緊密集成與管理，其功能組成如圖4所示抵恋。

　　
　』酪椤（1）三維工藝設(shè)計。

　　針對三維工藝設(shè)計正成為企業(yè)的需求的熱點(diǎn)弧关，構(gòu)建了以輕量化三維模型為核心的盅安，以三維視圖及動畫為手段的詳細(xì)工藝設(shè)計的核心功能。

　∈滥摇（2）知識的管理與應(yīng)用别瞭。

　　滿足三維工藝設(shè)計的需求，總結(jié)企業(yè)的工藝設(shè)計知識株憾，實(shí)現(xiàn)相關(guān)工藝知識及資源的管理蝙寨，提高工藝設(shè)計系統(tǒng)的知識水平。

　∴拖埂（3）網(wǎng)絡(luò)化的集成研制墙歪。

　　通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將工藝系統(tǒng)與CAX糠歧、PDM系統(tǒng)等集成抄瀑，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計延伸到生產(chǎn)管理的全過程，從而發(fā)揮工藝設(shè)計系統(tǒng)在產(chǎn)品全生命周期中的信息中樞和功能調(diào)節(jié)作用预第。

　÷【（4）可重構(gòu)的工藝設(shè)計。

　　工藝設(shè)計系統(tǒng)能夠持續(xù)滿足企業(yè)的個性化和變化的需求害媚，進(jìn)行模塊化管理檬鞠，并依據(jù)不同的需求，具備二次開發(fā)肆鸿、可重構(gòu)和定制相關(guān)功能的能力煞仑。

　　結(jié)論

　　MBD技術(shù)的應(yīng)用使三維模型成為制造過程中的唯一依據(jù)[4]，本文提出了三維工藝設(shè)計平臺工作思路和實(shí)現(xiàn)方法瞳聊，并構(gòu)建出平臺的原型系統(tǒng)然瞳，實(shí)現(xiàn)三維數(shù)字化定義、三維工藝設(shè)計與仿真藏估、基于輕量化模型的工藝過程可視化技術(shù)以及CAX/PDM/MES多系統(tǒng)集成技術(shù)的應(yīng)用拍埠，有效地縮短產(chǎn)品研制周期，提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率土居，真正實(shí)現(xiàn)無二維圖紙枣购、無紙質(zhì)工作指令的三維數(shù)字化集成制造，有效改善生產(chǎn)現(xiàn)場工作環(huán)境擦耀，使現(xiàn)場工人容易理解棉圈，減少了操作錯誤涩堤，提高了產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率。三維數(shù)字化工藝設(shè)計技術(shù)的深入應(yīng)用必將推動我國飛機(jī)制造業(yè)的快速發(fā)展分瘾。 

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