田 菊

（中航工業(yè)第一飛機設計研究院，陜西 西安 710089）

飛機研制是一個復雜的系統(tǒng)工程，其復雜性要求在管理上具有綜合性和嚴密性，所有技術環(huán)節(jié)和管理環(huán)節(jié)都必須通過程序、規(guī)范和標準來控制。飛機研制數(shù)字化技術的應用也不例外，同樣需要完整、協(xié)調(diào)、配套的標準體系，以支持飛機研制數(shù)字化應用的有序規(guī)范地開展。在飛機研制中標準化工作一項主要任務是構建型號標準體系，建立型號規(guī)范和標準，以有效規(guī)范和控制飛機研制正確、有序地開展，因此，標準化不僅是飛機研制中一項重要的技術基礎工作，同時也是飛機研制數(shù)字化技術應用中的一個重要組成部分。

1 標準化在飛機研制數(shù)字化技術應用中的作用歷程

早在20世紀50年代，以美國為代表的工業(yè)發(fā)達國家就將計算機技術應用于航空和汽車等產(chǎn)品的設計過程，并逐漸形成具有影響力的產(chǎn)品數(shù)字化設計技術。到了1994年，美國波音公司在波音777的研制中已全面采用數(shù)字化技術，成為當時飛機研制無紙化設計的典范。從對波音數(shù)字化技術應用的研究中可見標準化的重要作用，即在波音無紙化設計中，波音公司針對產(chǎn)品數(shù)字化定義建立了一套完整的基于CATIA軟件的數(shù)字化建模標準體系，并在無紙化設計中起到了規(guī)范化建模的作用。進入21世紀，波音公司在數(shù)字化技術領域又跨上一個新臺階。其設計和生產(chǎn)的787夢幻飛機首次采用了準確、直觀、經(jīng)過定義的三維模型作為傳遞設計思想和生產(chǎn)依據(jù)的全數(shù)字化表達手段，并建立了基于MBD（Model Based Definition）的標準規(guī)范，實現(xiàn)了飛機全三維設計制造一體化的研制。

國內(nèi)航空制造業(yè)應用計算機技術進行產(chǎn)品設計始于20世紀80年代。當時應用的領域主要在計算機輔助設計（CAD）方面，即以計算機、外圍設備及系統(tǒng)軟件為基礎，進行二維繪圖設計、三維幾何造型設計、有限元分析（FEM）及優(yōu)化設計等，其目的主要是甩掉圖板、減少設計人員的手工勞動。此時飛機研制處于數(shù)字化技術應用的初期階段，標準化工作還未觸及到此技術領域。

“九五”期間，航空制造業(yè)全面引入波音777無紙設計理念，在行業(yè)內(nèi)各主機廠所率先開展了國防預研項目“異地無紙設計技術的研究”，即進行100%三維產(chǎn)品數(shù)字化定義，100%三維數(shù)字化預裝配以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等技術的研究，并通過各主機廠所在部件級產(chǎn)品上的應用驗證，探索出一條型號研制數(shù)字化應用的途徑和方法，以達到提高設計效率、減少設計更改、縮短研制周期的目的。在三維產(chǎn)品數(shù)字化定義研究中，人們從規(guī)范化建模、模型的校對和檢查方面已開始意識到標準化的必要作用，并有目的地開展了三維建模規(guī)范的研究、模型規(guī)范化檢查程序的開展等。同時根據(jù)設計資源信息化的需求，開始研究與開發(fā)設計資源庫（如三維標準件庫），以達到快速設計、提高效率的目的。這一時期，標準化初步進入到數(shù)字化技術研究領域，并在各關鍵技術領先研究的基礎上有針對性地開展標準的預先研究。

“十五”期間，隨著航空制造業(yè)飛機重點型號研制的全面展開，各主機廠所已充分認識到標準化在飛機研制數(shù)字化技術應用中的基礎性地位及其重要作用，在飛機型號應用數(shù)字化技術的方案階段就開始考慮標準化應開展的工作。如在中航工業(yè)第一飛機設計研究院飛豹飛機全面采用三維數(shù)字化設計中，標準化就全程參與三維技術攻關，進行三維建模要求、二維CAD制圖等標準的制定，以同步滿足型號研制的需求。在另一重點型號應用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術進行產(chǎn)品全生命周期管理方案實施中，標準化從方案階段就開始進行標準體系規(guī)劃，針對設計手段和管理方式的改變，從頂層產(chǎn)品的定義、產(chǎn)品的組織直到產(chǎn)品的審簽、歸檔與發(fā)放等進行策劃，確保了標準化工作貫穿飛機研制數(shù)字化技術應用全過程，保證了飛機研制的順利進行。這一階段的標準化已基本實現(xiàn)了與飛機研制數(shù)字化應用同規(guī)劃和同實施。

2 大飛機數(shù)字化研制中的標準化工作

目前，飛機研制進入了一個新的時代，尤其是航空工業(yè)的整合，更加強調(diào)專業(yè)資源的整合，強調(diào)行業(yè)整體優(yōu)勢的發(fā)揮，同時注重國際范圍的合作。國內(nèi)新一代飛機研制不僅要從技術能力上實現(xiàn)跨代的飛躍，而且在研制模式和管理方式上也要求有巨大的提升和改變，即新一代飛機的研制模式和管理方式已從全三維數(shù)字化設計向全三維設計制造一體化方向發(fā)展，且數(shù)據(jù)之間的管理也由企業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)協(xié)同向企業(yè)間協(xié)同以及上下游廠商協(xié)同方向拓展。

體現(xiàn)國家意志的大飛機項目已正式啟動，該項目是一項技術難度大、協(xié)調(diào)關系復雜的系統(tǒng)工程，不僅技術難度高、研制周期短，而且涉及的參研單位多，多廠所并行研制，要求必須增強設計制造單位的協(xié)同研制能力，以提升設計制造整體水平。因此，建立設計制造一體化的數(shù)字化研制體系，全面推進基于MBD設計制造技術，以提升大飛機的研制能力和水平，不僅是型號研制的迫切需求，更是航空工業(yè)未來發(fā)展的必然方向。

盡管在波音公司787夢幻飛機的設計和生產(chǎn)中已實現(xiàn)MBD技術的應用，但在我國航空行業(yè)還屬首次。MBD技術是指在產(chǎn)品的數(shù)字化定義中，以三維模型為基礎，集成了尺寸標注、公差要求、加工制造要求、檢驗要求等特征信息，實現(xiàn)對產(chǎn)品信息的清晰、完整、唯一的描述，以滿足下游數(shù)字化制造直接使用的需求。它與原有數(shù)字化設計模式最大的區(qū)別是以三維模型為唯一數(shù)據(jù)源，所有加工制造檢驗信息均在三維模型上體現(xiàn)，下游制造部門需直接以三維模型為依據(jù)進行產(chǎn)品加工制造與檢驗。

大飛機研制數(shù)字化技術應用的關鍵即是基于MBD技術的設計制造一體化體系的建立、應用與實施。作為大飛機研制中的一項關鍵技術攻關內(nèi)容，標準化人員全程參與了該項技術攻關及其成果應用與推廣。在大飛機研制數(shù)字化技術應用過程中標準化工作重點開展了以下3個階段的工作。

2.1 關鍵技術攻關

原有型號的全三維設計模型主要表達的是幾何信息，部分非幾何信息通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的屬性定義體現(xiàn)，而大部分非幾何信息，如通用附注等工藝要求與技術條件是通過二維圖紙補充說明的。在大飛機MBD關鍵技術攻關中，首要的任務是將原有二維圖樣的所有信息，包括幾何信息和非幾何信息均要完整地表達在三維模型上。在以設計人員、計算機人員和標準化人員組成的攻關團隊中，大家分工協(xié)作，集智攻關，分別從軟件功能的使用與開發(fā)、到零部件MBD模型的設計與研究、再到MBD模型信息的表達與規(guī)范化等進行分步研究，最終研究的成果由標準化人員形成MBD模型標注相關規(guī)定，由計算機人員進行軟件的客戶化定制，形成三維標注模版，由設計人員在某型樣機研制中的零部件產(chǎn)品上進行應用驗證。通過近半年的共同研究與驗證，技術攻關取得了良好的階段性成果。

2.2 標準體系的建立

關鍵技術取得的階段性成果對在大飛機研制中全面推進MBD技術是一個極大的信心和鼓舞。這就要求我們一方面要快速建立起適于MBD技術的數(shù)字化協(xié)同研制平臺，以確保MBD技術的順利實施；另一方面要建立適于MBD模型設計與管理的一整套標準體系，以保障飛機研制有序規(guī)范地開展。以新的角度全面考慮和規(guī)劃基于MBD技術標準體系，從二維圖紙的概念中跳出來，以三維模型為主研究數(shù)據(jù)的組織、信息的表達及傳遞方式，按照基于MBD技術的數(shù)字化協(xié)同研制體系框架構建MBD標準體系。

由于MBD標準是全新技術標準，涉及許多新技術、新概念，因此在標準體系的建立過程中，采取了邊攻關、邊制定、邊試用的方法。在標準編制過程中，總設計師單位不僅嚴格按標準編制程序進行標準編制，在設計師系統(tǒng)內(nèi)部進行充分溝通與討論，而且積極主動與制造師系統(tǒng)進行充分溝通與協(xié)調(diào)，以保證MBD模型信息的完整、準確與直觀的表達，以便下游制造系統(tǒng)方便進行信息的提取與使用。一些新的管理標準，由于涉及計算機管理模式和控制方法，如三維模型的設計更改與版本控制、并行研制中成熟度定義與控制等，更是經(jīng)過了多輪討論、反復切磋，甚至幾易其稿，最終才完成的標準定稿。MBD標準體系的建立為下一步全面推進MBD技術應用奠定了技術基礎。

2.3 MBD標準的推廣與應用

新技術應用標準化一項重要的工作是推廣與應用，尤其是MBD技術，它不僅是實現(xiàn)設計技術水平的一次提升，更是實現(xiàn)制造水平和能力的一次飛躍。以全三維模型作為唯一制造數(shù)據(jù)源，要求制造系統(tǒng)不僅要采用數(shù)字化制造技術進行產(chǎn)品加工與生產(chǎn)，而且還要采用數(shù)字化測量技術進行產(chǎn)品檢驗，才能保證MBD技術的有效實施。因此，大飛機標準的推廣與應用是一項繁重而艱巨的工作。大飛機標準的推廣與應用主要經(jīng)歷了3個階段：從MBD技術的新概念、新思路、新架構的引入，到MBD技術實施方案與標準體系框架的介紹，到最終MBD標準體系與標準的宣貫。每個階段作用不同，第1階段的重點是介紹MBD技術的新概念，強調(diào)實施MBD技術的必要性，以及所具有的技術基礎與能力，使設計師系統(tǒng)與制造師系統(tǒng)對實施MBD技術達成共識；第2階段著重宣講MBD技術應用實施方案、標準體系框架及設計制造體系所需具備的軟硬件條件，以進行MBD技術實施的準備；第3階段是標準體系宣講與標準宣貫，使設計與制造系統(tǒng)了解標準內(nèi)容，以便正確地應用標準。在大飛機標準的推廣與應用過程中，其標準體系也經(jīng)歷了一個由淺入深，由初步到完善過程。目前，大飛機數(shù)字化研制所建立的標準體系已基本滿足實施MBD技術的需求。

3 標準化在飛機研制數(shù)字化應用中的作用

標準化在飛機研制數(shù)字化技術應用中的作用是隨著數(shù)字化技術應用的發(fā)展不斷深入而越發(fā)顯現(xiàn)出其不同的角色和作用的。

3.1 標準化的技術積累作用

傳統(tǒng)標準化的一項重要作用是對前期技術和經(jīng)驗的積累與總結。在飛機研制數(shù)字化技術應用的初期，標準化的作用正如傳統(tǒng)標準化的作用一樣，起著技術積累的作用，即在數(shù)字化技術應用達到一定成熟階段，取得一定成果，且成果趨于穩(wěn)定以后，才進行數(shù)字化應用標準的制定，其工作模式常常是滯后的。

3.2 標準化的技術創(chuàng)新作用

技術創(chuàng)新是一個新的理論、新的方法或新的研究成果的形成過程，它是技術積累上的一個突破。飛機研制數(shù)字化技術的應用其實就是一個技術創(chuàng)新的過程。要使技術創(chuàng)新的成果發(fā)揮其應有的作用，只有通過標準化才能快速實現(xiàn)其目標，而且標準的“制定—實施—修訂”的過程就是技術的“創(chuàng)新—普及—再創(chuàng)新”的過程。同時只有將技術創(chuàng)新的成果以標準的形式固定下來，才能實現(xiàn)新一輪的技術創(chuàng)新。因此，標準化不僅是技術創(chuàng)新的基礎，更是技術創(chuàng)新的平臺。

3.3 標準化的技術推廣作用

一項新技術的推廣應用有多種途徑，而標準化則是一種有效的途徑。眾所周知，標準的宣貫是標準化的一項基本任務，但對新技術而言，標準的宣貫則更是新技術推廣應用最直接最快捷的方法。在大飛機研制數(shù)字化技術應用中，標準化不僅在關鍵技術攻關成果的推廣應用上發(fā)揮了應有的作用，而且在后續(xù)全面推進MBD技術的實施進程中更發(fā)揮了不可替代的作用。

4 結束語

飛機數(shù)字化研制是一項新技術創(chuàng)新工程，其創(chuàng)新進程是隨著數(shù)字化技術應用的不斷深入而逐漸拓展，且應用的速度也在不斷加快，這就要求標準化工作要持之以恒地跟蹤數(shù)字化新技術領域，了解國內(nèi)外發(fā)展方向，并緊密結合型號研制積極開展關鍵技術標準的攻關與研究。只有不斷探索新技領域，始終保持與新技術發(fā)展的同步研究，才能真正發(fā)揮標準化先導作用，也才能實現(xiàn)由滯后標準化向超前標準化的轉變。

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