基于產(chǎn)品數(shù)字建模的工程設計過程

第一章飛機產(chǎn)品數(shù)字化建模11.5.2基于產(chǎn)品數(shù)字建模的工程設計過程：1.飛機數(shù)字化內(nèi)部輪廓DIP(DigitalInboardProfile)飛機產(chǎn)品設計從用戶需求信息開始。飛機總體設計組經(jīng)過對飛機的航程、所需燃油、載客量、總體性能及制造成本等進行分析后，得出的數(shù)據(jù)就作為進行初步產(chǎn)品數(shù)字建模的依據(jù)。建立飛機總體定義包括飛機的描述文檔、三面圖、外形氣動布局和飛機內(nèi)部輪廓圖，即DIP----三維實體模型------數(shù)字內(nèi)部輪廓DIP。

波音公司初始的一級數(shù)字樣機232.建立數(shù)字樣機與數(shù)字化預裝配DPA（DigitalPre-Assembly）隔框/長桁機加肋板階段1階段2階段3設計進展1.5.2基于產(chǎn)品數(shù)字建模的工程設計過程：4第二階段數(shù)字化預裝配（2級數(shù)字樣機）

在生產(chǎn)設計數(shù)據(jù)集發(fā)放之前，為工程部門用來進一步進行產(chǎn)品開發(fā)，驗證設計構形等。已經(jīng)用它對飛機結構設計和不同設計組之間的界面進行了協(xié)調，零部件外形已確定下來，但還未進行詳細設計。在這一階段DPA的工作進展主要體現(xiàn)在為飛機的可達性、可維護性、可服務性、可靠性、價值工程、人機工程以及支持裝備的兼容性等進行了盡可能的詳細設計，但尚未進行詳細的裝配和安裝設計。工藝裝備設計以及描述裝配順序的工藝計劃正在進行中。

5第三階段數(shù)字化預裝配（3級數(shù)字樣機）在此階段，對詳細設計零部件進行完整的數(shù)字化預裝配，諸如對有關飛機上的管道系統(tǒng)、導線束、控制電纜、絕緣毯、空氣管路、燃油管線、液壓管路、導線夾壓板、角片支架、緊固件和連接孔等制造和安裝進行最后計算機描述。完成了最后階段的數(shù)字化預裝配設計工作，使所有的工程數(shù)據(jù)在發(fā)放前即可解決它們之間的干涉問題。

6數(shù)字化預裝配模型將不斷更新，直至飛機最后交付。進行上述數(shù)字化預裝配設計后，工程部門一般不再要求制造傳統(tǒng)的1級、2級和3級實物樣機；但對于飛機部分內(nèi)部系統(tǒng)和構件高度密集的區(qū)域，還需制造實物樣機。這些部分的實物樣機并不是為零部件的工程設計所需，而是用來進行產(chǎn)品驗證和安裝的工作環(huán)境試驗。7

數(shù)字化預裝配DPA是一個過程，它利用很多有關計算機模型的文件，其中包括零部件布置、裝配和模型安裝。當設計人員、系統(tǒng)分析人員、工藝計劃人員以及工藝裝備設計人員需要時，就可以把這些模型組裝起來，在計算機上完成飛機的裝配模擬工作。對所有零部件都構造成三維實體模型，用來檢查設計集成的各種狀態(tài)、干涉和界面對接情況。整架飛機的所有干涉情況可以標識出來，并在預裝配過程中解決干涉問題。8

另外，在數(shù)字化預裝配中，設計人員要綜合從工程分析、測試和制造中返回的大量數(shù)據(jù)和信息。因此，數(shù)字化預裝配模型的數(shù)據(jù)管理工作極其繁瑣且工作量極大，需要有一個專門機構來進行數(shù)字化預裝配的行政管理工作。它管理DPA的共享模型，并要確保所有模型使用者很容易對模型進行存取，在數(shù)據(jù)發(fā)放時進行最后工藝過程的檢查。9103.主尺寸寸表面MDS(MasterDimensionSurfaces)主尺寸表面面MDS即即飛機的外形形數(shù)學模型型，飛機的三三維外形數(shù)數(shù)字模型與與其數(shù)字內(nèi)內(nèi)部輪廓模模型合在一一起組成了了三維數(shù)字字化產(chǎn)品定定義。它可可以直接起起到三維飛飛機模線的的作用，又又可以用于于三維飛機機零組件的的定義構形形，也可用用于后續(xù)的的制造、工工裝設計、、產(chǎn)品檢驗驗和數(shù)控加加工等環(huán)節(jié)節(jié)。數(shù)字內(nèi)部輪輪廓DIP主尺寸表面面MDS三維數(shù)字化化產(chǎn)品定義義113.主尺寸寸表面MDS(MasterDimensionSurfaces)主尺寸表面面定義完全全由計算機機生成，并并作為數(shù)字字控制的三三維曲面定定義存儲在在數(shù)據(jù)庫中中。它對每每一張曲面面都有數(shù)字字標識和修修改版本字字母，以便便于后續(xù)的的設計和制制造環(huán)節(jié)中中各部門的的技術人員員調用。124.幾何何結構設計計和零件表表生成在飛機的主尺寸表面面MDS定定義和數(shù)字內(nèi)部輪輪廓模型DIP構成的飛機機數(shù)字化產(chǎn)產(chǎn)品定義的的基礎上，，進一步對對零組件進進行結構設設計。作為為一般規(guī)則則，此階段段的所有零零組件都應應構造成精精確的三維維實體模型型。13在此基礎上上，再由三三維實體模模型生成二二維工程圖圖紙，并標標注尺寸和和公差等，，構成唯一一的授權數(shù)數(shù)據(jù)集。14此階段還有有一項重要要的設計工工作，即設設計人員和和制造工藝藝人員共同同商定如何何建立和控控制產(chǎn)品零件樹樹（產(chǎn)品結構構樹）。現(xiàn)階段的工工作都是在在產(chǎn)品協(xié)同同設計組IPT中進進行的，其其工作結果果體現(xiàn)在綜綜合工作說說明IWS中。此時時，產(chǎn)品設設計尚未發(fā)發(fā)放。(IntegratedProductTeam)(IntegratedWorkStatement)15當結構設計人人員進行了詳詳細設計，且且每個零組件件的幾何形狀狀和尺寸正確確無誤后，把把產(chǎn)品的幾何何定義（三維維實體模型和和二維圖形、、數(shù)控加工曲曲面信息，以以及機構運動動模擬信息等等）存到數(shù)據(jù)據(jù)庫，并由集集成數(shù)據(jù)管理理IDM（IntegratedDataManagement）系統(tǒng)進行行管理。16APL系統(tǒng)可可以實現(xiàn)圖紙紙零件表PL（partlist）和物料料清單Bom（Billofmaterial）的的生成、零部部件的更改維維護、零部件件的構型管理理和零部件之之間結構和裝裝配關系生成成與維護，以以及以表格的的形式發(fā)放工工程零件數(shù)據(jù)據(jù)等多項功能能。APL系統(tǒng)是是基于圖紙的管理方式，，每份APL表對應一一個裝配圖或或安裝圖號，，并且各層圖圖紙的有效性性信息都寫在在APL表中中，如果需要要某特定架次次的飛機，則則需要從APL表中進進行提取。雖雖然波音APL系統(tǒng)從從1967年年開始就已已應用到所有有商用項目中中，但APL系統(tǒng)在飛飛機構型控制制和有效性管管理上極其復復雜。因此，，波音在DCAC/MRM計劃中中逐步采用PDM系統(tǒng)統(tǒng)替代APL系統(tǒng)來進進行飛機產(chǎn)品品數(shù)據(jù)的管理理，從而實現(xiàn)現(xiàn)簡化飛機構構型的目的。。(PDM基于于設計零件號號管理）17由此可知，產(chǎn)產(chǎn)品的設計結結果體現(xiàn)在兩兩個方面，一方面是產(chǎn)品品的幾何信息息，它存儲在在IDM系統(tǒng)統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集集中；另一方面是產(chǎn)產(chǎn)品的非幾何何信息，包括括產(chǎn)品結構樹樹和工藝信息息，它存儲于于APL系統(tǒng)統(tǒng)中。這兩部分信信息密切相關關、不可分割割，其相關性性是通過產(chǎn)品品圖號或零件件號來實現(xiàn)的的，由統(tǒng)一的的系統(tǒng)來管理理。18飛機的產(chǎn)品數(shù)數(shù)字建模除了了上述產(chǎn)品外外形和內(nèi)部結結構的三維數(shù)數(shù)字定義之外外，還有很多多系統(tǒng)數(shù)字建建模和其它的的相關工作：：5.產(chǎn)品數(shù)數(shù)字建模的其其他相關工作作絕緣毯設計：：三維數(shù)字化定定義計算機輔助排排樣飛行駕駛艙設設計：人機工程設計計管線設備布置置安裝標準零件庫：：連接件，緊固固件，墊片，，軸承，液壓壓系統(tǒng)元件零件191.5.3基基于產(chǎn)品數(shù)數(shù)字模型的制制造工程飛機的制造工工程大體上是是與飛機的設設計工作同時時展開的，制制造技術人員員和設計人員員在同一產(chǎn)品協(xié)同同設計組中并行工作。。1.產(chǎn)品結構構分解和關鍵鍵特性的確定定：產(chǎn)品結構分解解：在飛機產(chǎn)品的的初步設計階階段，飛機的的三維數(shù)字模模型是單一的的整體模型。。需要把飛機機整體模型分分解成部件、、組件和零件件，以及基于于這些零組件件的裝配件和和安裝件，直直至最后把飛飛機裝配起來來。20對零組件不可可能按指定的的尺寸正確無無誤地制造出出來，制造出出的零件尺寸寸一般在所標標尺寸的允許許公差范圍內(nèi)內(nèi)。這些公差差就是零組件件的關鍵特性性。制造關鍵鍵特性是反映映產(chǎn)品幾何外外形要求的信信息，通常以以公差、輪廓廓度、位置度度等形式的信信息出現(xiàn)。但但不是一個零零件上的所有有尺寸和形狀狀都是關鍵特特性。在IPT中的每個個成員都有權權參與確定大大多數(shù)結構件件的關鍵特性性，設計人員員、工藝人員員以及質量管管理人員一同同確定前述并并行產(chǎn)品設計計過程中的重重要工作內(nèi)容容。關鍵特性KeyCharacteristics21制造關鍵特性性是在飛機試試制過程中不不斷完善的，，需要及時地地調整與修改改，以適應產(chǎn)產(chǎn)品在不同生生產(chǎn)環(huán)境下帶帶來的變化。。在制造過程程中，由零件件組裝成組件件，組件再裝裝配成部件。。因此可見，，關鍵特性也也是一個樹形形結構。之間間相互影響，，由上到下逐步步定義。22232.三維工藝藝裝備設計與與工藝計劃：：工藝裝備設計計與產(chǎn)品設計計一樣，也首首先是進行三三維建模，然然后工藝裝備備設計人員利利用三維零部部件模型進行行工藝裝備的的數(shù)字化預裝裝配。進行干干涉檢查、空空間驗算。工工藝裝備設計計人員在IPT組中，是是同產(chǎn)品設計計及工藝計劃劃人員并行工工作的。工藝裝備設計計人員檢查所所設計零件的的可生產(chǎn)性，，協(xié)助標識零零件的關鍵特特性，將信息及時反反饋給產(chǎn)品設設計人員和工工藝計劃人員員。工藝裝備部門門還負責在整整個飛機制造造過程中對工工藝裝備的配配套、維護和和檢修工作。。24零件工藝設計計人員確定零零件因制造過過程的需要而而留有的余量量、導孔和其其他要求，零零件在制造過過程中不同階階段的狀態(tài)可可以放在不同同的層Layer中，以以方便使用。。這些工藝數(shù)據(jù)與產(chǎn)產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)據(jù)一起組成了單一產(chǎn)產(chǎn)品定義包，，即制造延拓數(shù)據(jù)據(jù)集MED(ManufacturingEnhancedDataset)。它需要設計、、工藝計劃、、工藝裝備設設計人員共同同簽字才有效效。254.客客戶支支持服服務在IPT組組中，，客戶戶服務務部門門的人人員和和設計計人員員并行行工作作，利利用CAD軟件件構造造地面面支持持裝備備（GSE－GroundSupportEquipment））的三三維實實體模模型。?？蛻魬舸肀砜梢砸赃M行行地面面支持持裝備備的數(shù)數(shù)字化化預裝裝配，，檢查查GSE與與飛機機零部部件之之間的的配合合和使使用情情況。。還可以以進行行技術術出版版物的的圖形形（三三維圖圖形、、爆炸炸圖））的生生成。。26AQS最最早早由由波波音音公公司司提提出出，，以以解解決決日日益益突突出出的的生生產(chǎn)產(chǎn)波波動動帶帶來來的的質質量量問問題題。。其其基基本本方方法法是是通通過過對對影影響響產(chǎn)產(chǎn)品品關關鍵鍵特特性性的的硬硬件件波波動動源源采采取取控控制制（（即即硬硬件件可可變變性性控控制制，，HardwareVariabilityControl，，HVC））來來達達到到提提高高產(chǎn)產(chǎn)品品質質量量穩(wěn)穩(wěn)定定性性的的要要求求。。HVC是是一一種種用用來來管管理理由于于零零件件制制造造的的偏偏差差而而引引起起的的更更改改、、出出錯錯和和返返工工的的方方法法。。它是是通通過過盡盡量量減減少少零零部部件件間間的的段段面面劃劃分分和和綜綜合合考考慮慮控控制制零零部部件件關關鍵鍵特特性性的的選選擇擇方方法法來來實實現(xiàn)現(xiàn)的的，，并并利利用用兩兩個個有有力力的的質質量量杠杠桿桿－－關關鍵鍵特特性性KC和和統(tǒng)統(tǒng)計計過過程程控控制制SPC來來完完成成。。5.硬硬件件可可變變性性控控制制HVC和和質質量量管管理理質量量體體系系（（AdvancedQualitySystem,AQS））27SPC是是英英文文StatisticalProcessControl的的字字首首簡簡稱稱，，即即統(tǒng)統(tǒng)計計過過程程控控制制，，是是應應用用統(tǒng)統(tǒng)計計方方法法對對生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程中中的的各各個個階階段段進進行行監(jiān)監(jiān)控控，，從從而而達達到到改改進進與與保保證證產(chǎn)產(chǎn)品品質質量量的的目目的的。。統(tǒng)計過程控制制（SPC）為質質量管理的一一個重要環(huán)節(jié)節(jié)。質量管理理的目的不僅僅僅用加強檢檢驗來達到。。若零件檢驗驗不合格，往往往我們僅能能對產(chǎn)品進行行修復、報廢廢、記錄等方方式處理，而而無法預防制制造過程中的的損失。而ＳＳＰＣ的目的的，在于將檢檢驗結果用統(tǒng)統(tǒng)計分析的手手法，及時發(fā)發(fā)現(xiàn)并排除造造成制造質量量不穩(wěn)定的因因素，把生產(chǎn)產(chǎn)制造的數(shù)據(jù)據(jù)用正態(tài)分布布原理，預先先估計廢品的的概率。(強調過程控控制，預防可可能發(fā)生的損損失，消除或或降低到可接接受程度））28在IPT組中中，質量控制制計劃人員與與制造工程師師一起，根據(jù)據(jù)首件檢驗要要求等制定產(chǎn)產(chǎn)品檢驗計劃劃、校核計劃劃和一致性計計劃等，并負負責檢驗工程程設計各種制制造標準情況況，評審由工工程設計、工工藝計劃和工工藝裝備設計計人員在CAD系統(tǒng)上產(chǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集集，最后還需需國家航空管管理部門的審審查。29在裝配生產(chǎn)中中，應用AQS來實實現(xiàn)數(shù)字化裝裝配質量的提提高。首先，，裝配車間的的質量管理系系統(tǒng)根據(jù)設計計部門給出的的關鍵特性制制定AQS檢驗計劃劃，而后在質質量現(xiàn)場采用用常規(guī)檢驗手手段和數(shù)字化化手段進行產(chǎn)產(chǎn)品質量的檢檢測，對于發(fā)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質量量異常的現(xiàn)象象，需要通過過分析影響關關鍵特性的硬硬件波動源，，提出返工或或修改意見，，直至質量達達到設計要求求