武 鵬，王春陽(yáng)，聞敬謙，鄒麗萍

（1.中航工業(yè)江西洪都航空工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，南昌 330001 2.北京理工大學(xué)，北京 100081）

航空線束由導(dǎo)線、電連接器、保護(hù)材料及卡箍等組成，是貫穿及聯(lián)系裝備各部位電氣系統(tǒng)和電子設(shè)備的橋梁和紐帶，負(fù)責(zé)電氣設(shè)備間的通訊和電能傳輸，被喻為“中樞神經(jīng)和血液循環(huán)系統(tǒng)”[1]，其質(zhì)量和可靠性直接影響到現(xiàn)代先進(jìn)飛機(jī)的效能發(fā)揮和安全性。

當(dāng)前，針對(duì)線纜建模[2-3]、虛擬仿真[4]以及布線路徑規(guī)劃等[5-6]方面已有大量研究成果，并且在線束信息表達(dá)[7]、工藝設(shè)計(jì)[8-9]以及三維布線等方面開展了大量應(yīng)用[10-11]。然而，飛機(jī)等復(fù)雜裝備具有單件小批量的生產(chǎn)模式以及研制過程中設(shè)計(jì)更改頻繁的特點(diǎn)，與汽車線束工藝存在較大差異，工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造的矛盾突出。

飛機(jī)線束的工藝設(shè)計(jì)處于電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程的末端，卻需在裝配前期進(jìn)行敷設(shè)，而當(dāng)前該過程仍主要采取手工方式完成，使得工藝準(zhǔn)備和生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間緊迫、工藝符合性差的矛盾十分突出。另一方面，航空線束的拓?fù)溥壿嫃?fù)雜，需要綜合分析電氣邏輯、制造工藝和裝配約束等多方面信息和規(guī)范要求。同時(shí)，由于信息技術(shù)發(fā)展迅速，電子設(shè)備的更新?lián)Q代快，傳統(tǒng)基于紙質(zhì)的制造信息在傳遞過程中無法滿足線束生產(chǎn)的柔性要求。

因此，亟需開展航空線束智能化輔助工藝設(shè)計(jì)和制造的技術(shù)研究及相應(yīng)軟件系統(tǒng)的開發(fā)，以適應(yīng)航空機(jī)電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、信息化、智能化發(fā)展對(duì)航空線束敏捷研制提出的挑戰(zhàn)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)思想

航空線束數(shù)字化制造的目標(biāo)是提高工藝設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備周期及實(shí)現(xiàn)技術(shù)狀態(tài)管理。因此，在工藝設(shè)計(jì)階段，需要盡量避免生產(chǎn)制造中可能出現(xiàn)的問題，并為生產(chǎn)過程提供相應(yīng)的信息支持及過程控制，以實(shí)現(xiàn)對(duì)質(zhì)量、效率與成本的并行優(yōu)化。

當(dāng)前飛機(jī)線束設(shè)計(jì)基于“一圖兩表”形式（即示意圖和導(dǎo)通表、物料表）提供線束設(shè)計(jì)信息，存在數(shù)據(jù)分散、不直觀等問題。線束生產(chǎn)過程中仍需完善相關(guān)制造信息和數(shù)據(jù)，并有大量的工藝規(guī)則計(jì)算、零附件選配等工作。另一方面，隨著電子設(shè)備的大量增加，飛機(jī)線束更改愈發(fā)頻繁，尤其對(duì)于試制階段的技術(shù)狀態(tài)控制已成為產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的難點(diǎn)。

圖1 數(shù)字化制造應(yīng)用流程Fig.1 Application flow of digital manufacturing

空客A380在研制階段曾發(fā)生線纜產(chǎn)品數(shù)據(jù)不一致問題，造成在德國(guó)安裝的前、后機(jī)身段上的線纜與在法國(guó)裝配的中機(jī)身段線纜結(jié)構(gòu)不協(xié)調(diào)、無法對(duì)接的問題，只能將德國(guó)制造的機(jī)身段運(yùn)回原廠重新裝配，致使空客公司推遲A380交貨時(shí)間近兩年，損失50億歐元[12]。

線束數(shù)字化制造即利用信息技術(shù)為工藝設(shè)計(jì)提供智能輔助支持，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的顯性化管理和對(duì)技術(shù)更改流程的有效控制，圖1給出航空線束數(shù)字化制造應(yīng)用流程。

數(shù)字化制造支持系統(tǒng)由PDM系統(tǒng)負(fù)責(zé)獲取線束設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，主要服務(wù)于工藝設(shè)計(jì)和制造過程。在工藝設(shè)計(jì)階段，通過對(duì)工藝規(guī)范的整理和檢驗(yàn)規(guī)則的程序化，按照工藝要求進(jìn)行校驗(yàn)檢查，在工藝準(zhǔn)備階段排除人工校驗(yàn)不易發(fā)現(xiàn)的設(shè)計(jì)問題，為工藝人員提供科學(xué)的工藝審查手段；在生產(chǎn)制造階段，通過建立飛機(jī)線束生產(chǎn)全過程管控機(jī)制，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程可視化和對(duì)生產(chǎn)物料的齊套管理，并可結(jié)合技術(shù)狀態(tài)管理的實(shí)際要求，對(duì)更改歷史進(jìn)行追溯。

2 航空線束制造工藝過程

航空線束從生產(chǎn)計(jì)劃下達(dá)到最終加工完成，主要經(jīng)過生產(chǎn)準(zhǔn)備、布線、端接和導(dǎo)通檢驗(yàn)等工序，制造工序流程如圖2所示。

航空線束由于批量小、種類多，所采用的導(dǎo)線外觀相似，每根導(dǎo)線以唯一編號(hào)作為標(biāo)識(shí)，因此各工序中均需給出詳細(xì)的工藝文件，包括：

圖2 飛機(jī)線束制造工藝流程Fig.2 Manufacturing process of aircraft wire harness

（1）生產(chǎn)準(zhǔn)備階段：提供打印熱縮標(biāo)簽、導(dǎo)線激光印字相關(guān)工藝文件。

（2）布線工序：提供線纜1∶1展平圖，以及便于人工布線的連接關(guān)系工藝文件。

（3）端接工序：需提供屏蔽處理、死接頭處理、端接等工藝文件。

（4）測(cè)試工序：需提供測(cè)試工藝文件。

飛機(jī)線束邏輯復(fù)雜、工程更改頻繁的特點(diǎn)決定響應(yīng)的工藝文件既要符合加工約束，又需便于工人理解和加工，相關(guān)工藝文件種類多樣、內(nèi)容量大，由工藝人員手工編制的傳統(tǒng)方式無法滿足生產(chǎn)要求。

圖3 飛機(jī)線束數(shù)字化制造系統(tǒng)框架Fig.3 Framework of digital manufacturing system for aircraft wire harness

3 系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

3.1 航空線束數(shù)字化制造系統(tǒng)框架

根據(jù)航空線束數(shù)字化制造的應(yīng)用需求，如圖3所示，相應(yīng)的系統(tǒng)主要提供工藝輔助設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程管理以及技術(shù)狀態(tài)控制3方面功能，形成各生產(chǎn)工段、庫(kù)房多部門協(xié)同參與的數(shù)字化平臺(tái)，并與CAPP系統(tǒng)、PDM等系統(tǒng)相集成，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)共享以提高生產(chǎn)效率。

根據(jù)航空線束的工藝設(shè)計(jì)及制造過程，航空線束數(shù)字化制造系統(tǒng)框架中的3個(gè)主要子系統(tǒng)及功能包括：

（1）工藝輔助設(shè)計(jì)子系統(tǒng)，主要面向工藝設(shè)計(jì)人員，包含設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)校驗(yàn)、工藝有效性檢查、物料清單核對(duì)以及工藝指導(dǎo)書生成等功能。

（2）生產(chǎn)過程管理子系統(tǒng)，為生產(chǎn)階段的調(diào)度人員、操作人員、庫(kù)存管理人員提供支持，包括布線樣板圖繪制，物料配套管理，生產(chǎn)流程的建模、管控和進(jìn)度跟蹤等功能。

（3）技術(shù)狀態(tài)管理子系統(tǒng)，建立線束產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型及技術(shù)狀態(tài)變更流程模型，實(shí)現(xiàn)線束從設(shè)計(jì)發(fā)圖、工藝設(shè)計(jì)到制造的全過程數(shù)據(jù)管理和技術(shù)狀態(tài)跟蹤。

（4）工裝數(shù)字化改造，采用LED點(diǎn)陣實(shí)現(xiàn)布線板的數(shù)字化顯示控制，為待布線導(dǎo)線提供拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)顯示支持。

（5）系統(tǒng)配置維護(hù)，提供對(duì)系統(tǒng)組織用戶、權(quán)限配置、數(shù)據(jù)字典等基礎(chǔ)信息的維護(hù)和設(shè)置。

圖4 工藝校驗(yàn)流程Fig.4 Processing check flow

3.2 工藝輔助設(shè)計(jì)子系統(tǒng)

航空線束產(chǎn)品數(shù)據(jù)信息量巨大，但具有明確的工藝規(guī)則，適于利用計(jì)算機(jī)代替人工進(jìn)行工藝規(guī)則校驗(yàn)。工藝校驗(yàn)的主要內(nèi)容是解決設(shè)計(jì)給出的數(shù)據(jù)中存在的接線關(guān)系錯(cuò)誤、導(dǎo)線與端口匹配錯(cuò)誤及明細(xì)數(shù)量不一致等問題，按照工藝人員設(shè)定的校驗(yàn)規(guī)則進(jìn)行數(shù)據(jù)檢查，向工藝人員提供錯(cuò)誤提示信息以便于及時(shí)采取措施。工藝校驗(yàn)流程如圖4所示。

通過建立元器件匹配規(guī)則庫(kù)、數(shù)據(jù)邏輯規(guī)則庫(kù)和工藝校驗(yàn)規(guī)則庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)線束工藝的輔助校驗(yàn)功能，主要校驗(yàn)內(nèi)容包括：

（1）接線關(guān)系校驗(yàn)：提供對(duì)一根導(dǎo)線接多個(gè)端子、一個(gè)端子針孔接多個(gè)導(dǎo)線等邏輯錯(cuò)誤的校驗(yàn)；

（2）端接匹配校驗(yàn)：以端子為校驗(yàn)單元，根據(jù)型譜信息校驗(yàn)針孔與導(dǎo)線類型；

（3）物料清單校驗(yàn)：計(jì)算線束物料總量，并與物料清單進(jìn)行校驗(yàn)。

3.3 生產(chǎn)過程管理子系統(tǒng)

生產(chǎn)過程控制需要對(duì)工藝流程節(jié)點(diǎn)的操作者、執(zhí)行時(shí)間、執(zhí)行情況進(jìn)行詳細(xì)記錄，系統(tǒng)采用工作流技術(shù)對(duì)生產(chǎn)過程中操作任務(wù)的創(chuàng)建、接收和提交時(shí)間進(jìn)行詳細(xì)記錄，通過流程信息可計(jì)算出任務(wù)執(zhí)行效率和人員工作有效性，促進(jìn)生產(chǎn)流程的規(guī)范化。

航空線束生產(chǎn)要求按照架次進(jìn)行產(chǎn)品數(shù)據(jù)組織和生產(chǎn)管理，相關(guān)生產(chǎn)準(zhǔn)備也需按照單架次進(jìn)行齊套準(zhǔn)備。因此，生產(chǎn)過程管理以架次為組織核心，以線束為單元建立生產(chǎn)過程實(shí)例，并針對(duì)流程中的操作任務(wù)提供相應(yīng)的信息支持。生產(chǎn)管控相關(guān)功能的邏輯關(guān)系如圖5所示。

利用工作流模型固化工藝過程，每個(gè)流程實(shí)例對(duì)應(yīng)一根線束實(shí)物，流程實(shí)例狀態(tài)即反映實(shí)物制造進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的可視化，并基于任務(wù)將生產(chǎn)信息推送給加工人員，由此可避免信息的延遲和不一致，為工藝、制造、庫(kù)存和檢驗(yàn)協(xié)同工作奠定信息基礎(chǔ)。

圖5 生產(chǎn)管控功能邏輯關(guān)系Fig.5 Logic relation of manufacturing management function

3.4 技術(shù)狀態(tài)管理子系統(tǒng)

航空線束具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工程技術(shù)更改頻繁的特點(diǎn)，制造過程中需根據(jù)實(shí)物生產(chǎn)進(jìn)度制定工程更改的執(zhí)行方式，并確保更改文件的執(zhí)行以及變更歷史的可追溯性。系統(tǒng)提供型號(hào)構(gòu)型管理、單架次技術(shù)狀態(tài)管理、版本版次維護(hù)以及有效性計(jì)算等功能，為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品全生命周期管理提供系統(tǒng)支持。圖6給出工程更改控制流程。

航空線束工程更改結(jié)合工作流實(shí)例狀態(tài)確定更改方式，并從兩個(gè)方面進(jìn)行狀態(tài)追溯：

（1）按圖號(hào)的有效性追溯，即查閱指定圖號(hào)不同版本、版次對(duì)應(yīng)的線束所屬架次信息，以便于掌握線束產(chǎn)品變化歷史；

（2）按架次的應(yīng)用型追溯，即查閱指定架次各圖號(hào)所應(yīng)用的版本、版次以及歷史信息，以便于掌握全機(jī)技術(shù)狀態(tài)和更改歷史。

圖6 工程更改控制流程圖Fig.6 Flow chart of engineering change control

4 實(shí)例應(yīng)用

系統(tǒng)基于J2EE平臺(tái)開發(fā)，以CHS線纜設(shè)計(jì)軟件輸出的PDF格式線纜示意圖、XML格式接線關(guān)系表和EXCEL格式明細(xì)表為輸入，實(shí)現(xiàn)對(duì)線纜的工藝校驗(yàn)、技術(shù)狀態(tài)控制和生產(chǎn)管控。系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用于某型號(hào)飛機(jī)線束工藝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)制造，改變了以往基于紙質(zhì)文件的數(shù)據(jù)傳遞方式，建立起基于流程的協(xié)同機(jī)制，為實(shí)現(xiàn)航空線束敏捷、柔性的數(shù)字化制造奠定了良好的系統(tǒng)基礎(chǔ)。圖7為系統(tǒng)典型應(yīng)用界面。

工藝輔助設(shè)計(jì)子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)接線表和物料表的數(shù)據(jù)導(dǎo)入和工藝報(bào)表轉(zhuǎn)換，將原本手工編制需2～3天的工作縮短到數(shù)分鐘內(nèi)完成，極大地提高了工藝設(shè)計(jì)的效率。通過生產(chǎn)過程管理子系統(tǒng)可以按架次監(jiān)控生產(chǎn)流程的運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)對(duì)物料信息進(jìn)行齊套計(jì)算，保證生產(chǎn)過程的順暢。在技術(shù)狀態(tài)管理子系統(tǒng)中，提供不同架次和不同圖號(hào)的版本版次狀態(tài)追溯，為圖紙的有效性提供保障。

圖7 系統(tǒng)應(yīng)用界面示例Fig.7 System application example

5 結(jié)束語

本文闡述了飛機(jī)線束數(shù)字化制造系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和生產(chǎn)流程，并具體介紹了工藝輔助設(shè)計(jì)、生產(chǎn)過程管理和技術(shù)狀態(tài)管理3個(gè)子系統(tǒng)的功能和特點(diǎn)。該系統(tǒng)為提高線束生產(chǎn)中工藝設(shè)計(jì)的效率，加強(qiáng)對(duì)工藝文件的技術(shù)狀態(tài)管理提供了有力支持，有效提升線束生產(chǎn)過程的控制能力，使得線束生產(chǎn)中數(shù)據(jù)的一致性、有效性得到保障。

參 考 文 獻(xiàn)

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