（中航工業(yè)西安飛機(jī)工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，西安710089）

大型飛機(jī)裝配由于尺寸大、形狀復(fù)雜、零件以及連接件數(shù)量多、供應(yīng)商協(xié)調(diào)工作量大，其勞動(dòng)量占飛機(jī)制造總勞動(dòng)量的一半左右甚至更多,所以在整個(gè)制造過(guò)程中飛機(jī)裝配技術(shù)是一項(xiàng)技術(shù)難度大、涉及學(xué)科領(lǐng)域多的綜合性集成技術(shù)，它在很大程度上決定了飛機(jī)的最終質(zhì)量、制造成本和周期[1-3]。傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配技術(shù)以模擬量傳遞為主，采用標(biāo)準(zhǔn)工裝、專用工裝、大量的二維圖紙和工藝文件等生產(chǎn)制造出全尺寸實(shí)物飛機(jī)。然而，在飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造過(guò)程中難免會(huì)有錯(cuò)誤或設(shè)計(jì)不合理的問(wèn)題，等到飛機(jī)實(shí)際裝配過(guò)程中或?qū)嵨镲w機(jī)生產(chǎn)出來(lái)才發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，就會(huì)造成大量的返工以及設(shè)計(jì)更改，嚴(yán)重影響飛機(jī)的研制進(jìn)度和產(chǎn)品質(zhì)量。

歐美先進(jìn)航空企業(yè)借助先進(jìn)的數(shù)字化制造技術(shù)推行并行工程的研制模式，取得了顯著效果。以空中客車為例，其在A380飛機(jī)研制中大力推行設(shè)計(jì)制造并行工程，并引入MBD和DMU技術(shù)在工藝規(guī)劃環(huán)節(jié)提前進(jìn)行仿真驗(yàn)證。在該模式中，空中客車公司基于成熟度進(jìn)行設(shè)計(jì)制造的并行，制造環(huán)節(jié)提前基于設(shè)計(jì)的DMU開展裝配工藝規(guī)劃、定義及仿真驗(yàn)證工作，在規(guī)劃、定義及仿真過(guò)程中與資源要素（工裝、機(jī)器、工具、人力等）進(jìn)行精確關(guān)聯(lián)，并在仿真驗(yàn)證后生成相應(yīng)的全結(jié)構(gòu)化工藝指令，用以指導(dǎo)車間裝配。

隨著空中客車公司生產(chǎn)管理模式的不斷優(yōu)化，其在最新的A320neo型號(hào)飛機(jī)研制中，提出了協(xié)同工程的理念，采用完全模塊化管理的思想實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)制造的更緊密融合，設(shè)計(jì)制造采用一個(gè)設(shè)計(jì)流程，不再使用單一的設(shè)計(jì)DMU，而是形成設(shè)計(jì)制造統(tǒng)一的iDMU（Industrial DMU），經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證后，直接發(fā)放給生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)[4]。

空中客車公司在協(xié)同工程業(yè)務(wù)模式的推行中，基于完全模塊化的思想實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)、供應(yīng)商協(xié)同、選裝選配基礎(chǔ)管理單元的統(tǒng)一，在裝配工藝規(guī)劃過(guò)程中，按照裝配單元（Constituent Assembly，CA）方式進(jìn)行大制造分工，即不同的裝配單元由不同的制造分包商制造，并確定不同裝配單元的裝配順序。設(shè)計(jì)模塊首先分配給不同的CA，在具體的工廠內(nèi)則將CA內(nèi)部的設(shè)計(jì)模塊分配給不同的站位進(jìn)行裝配，如圖1所示。

圖1 空中客車公司基于模塊化的裝配規(guī)劃Fig.1 Airbus module-based assembly plan

隨著我國(guó)飛機(jī)重大型號(hào)工程的實(shí)施，在融入國(guó)際航空產(chǎn)業(yè)鏈、數(shù)字化技術(shù)廣泛深入應(yīng)用等方面的不斷推進(jìn)，我國(guó)的飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)得到了飛速發(fā)展[2]。但是，與歐美先進(jìn)航空企業(yè)相比較，國(guó)內(nèi)航空企業(yè)對(duì)數(shù)字化裝配等技術(shù)的應(yīng)用更多地是保障飛機(jī)如何正確地裝配和生產(chǎn)，在數(shù)字化裝配仿真的規(guī)范化以及與先進(jìn)管理模式的結(jié)合上尚存在較大的差距，主要體現(xiàn)在：

（1）飛機(jī)設(shè)計(jì)制造仍然采用串行工作模式，工藝派生、工裝、裝配規(guī)劃及仿真工作難以與設(shè)計(jì)并行開展，導(dǎo)致飛機(jī)裝配問(wèn)題協(xié)調(diào)困難、返工率高、周期延長(zhǎng)。

（2）裝配規(guī)劃及仿真的數(shù)據(jù)來(lái)源是MBD設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，目前人工收集設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行裝配規(guī)劃及仿真的情況較多，存在與前端數(shù)據(jù)源和后端工藝指令脫節(jié)的問(wèn)題，難以形成產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝規(guī)劃、裝配仿真驗(yàn)證、工藝指令生成的完整閉環(huán)。

（3）裝配規(guī)劃及仿真過(guò)程是一個(gè)多專業(yè)集成仿真的過(guò)程，除了要應(yīng)用設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)外，還需要工裝、設(shè)備、工具、人員等資源，在上述資源沒(méi)有得到有效、統(tǒng)一管理的前提下，裝配規(guī)劃及仿真工作結(jié)果只能作為參考，難以作為工作依據(jù)。

（4）隨著生產(chǎn)管理模式的調(diào)整，裝配車間的設(shè)備及其站位布局也將不斷優(yōu)化，目前的裝配規(guī)劃及仿真與實(shí)際車間布局存在大量不一致問(wèn)題，由于未貫徹模塊化管理機(jī)制，也難以快速進(jìn)行柔性調(diào)整。

（5）裝配規(guī)劃及仿真對(duì)未來(lái)實(shí)際裝配環(huán)節(jié)的規(guī)劃及虛擬化模擬，是一個(gè)高度綜合集成的環(huán)節(jié)，涉及到供應(yīng)商廠際交付、生產(chǎn)布局、物流配送、工裝/工具/設(shè)備/人員等環(huán)節(jié)，并應(yīng)用到干涉檢查、裝配過(guò)程仿真、人機(jī)工效分析、容差分析等技術(shù)，需要建立一套完善的標(biāo)準(zhǔn)體系，以實(shí)現(xiàn)完整型號(hào)的體系化裝配規(guī)劃及仿真。目前，單點(diǎn)進(jìn)行裝配規(guī)劃及仿真的情況較多。

基于上述現(xiàn)狀，本文提出了將并行工程、模塊化管理等先進(jìn)管理模式與裝配規(guī)劃及仿真技術(shù)進(jìn)行結(jié)合的總體思路，以某大型飛機(jī)研制為背景，圍繞模塊化管理思想，對(duì)模塊化設(shè)計(jì)及管理、基于成熟度的設(shè)計(jì)工藝并行、面向全機(jī)裝配單元的三維裝配規(guī)劃及仿真一體化、全消耗式數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)、模塊化配置生產(chǎn)發(fā)放等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)論述，最后給出了工程驗(yàn)證的效果。

大型飛機(jī)裝配規(guī)劃及仿真技術(shù)與先進(jìn)管理模式結(jié)合的總體思路

大型飛機(jī)裝配具有高復(fù)雜度和高精度等特點(diǎn)，其生產(chǎn)管理水平代表了企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力和國(guó)家高端制造業(yè)的發(fā)展水平。結(jié)合上述國(guó)內(nèi)外飛機(jī)裝配領(lǐng)域的數(shù)字化應(yīng)用現(xiàn)狀，以正確、高效地研制高質(zhì)量飛機(jī)為目標(biāo)，將MBD、DMU、虛擬仿真等數(shù)字化技術(shù)與模塊化、并行工程相融合，構(gòu)建面向模塊化配置生產(chǎn)的飛機(jī)裝配規(guī)劃及仿真一體化集成體系，其業(yè)務(wù)集成框架如圖2所示。

圖2 面向模塊化選配生產(chǎn)的飛機(jī)裝配規(guī)劃及仿真一體化集成框架Fig.2 Aircraft assembly plan and simulation integral architecture for module configuration production

該框架分為3個(gè)邏輯層次，業(yè)務(wù)管理層、制造工程設(shè)計(jì)層、裝配仿真層。

（1）業(yè)務(wù)管理層：遵循模塊化管理思想，采用基于成熟度的設(shè)計(jì)制造高度并行機(jī)制，通過(guò)業(yè)務(wù)流程整合裝配規(guī)劃及設(shè)計(jì)、裝配仿真驗(yàn)證等環(huán)節(jié)，為脈動(dòng)總裝生產(chǎn)線提供精確的工藝指令、物料及資源需求，支持基于模塊化的產(chǎn)品配置等。

（2）制造工程設(shè)計(jì)層：該層為工程執(zhí)行層，按照業(yè)務(wù)管理層流程驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)基于成熟度的設(shè)計(jì)制造高度并行，在設(shè)計(jì)未正式發(fā)放前即開展裝配頂層規(guī)劃、長(zhǎng)周期工裝聯(lián)合設(shè)計(jì)等工作。設(shè)計(jì)及裝配規(guī)劃都以設(shè)計(jì)模塊DM作為最小單元，設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)細(xì)化和實(shí)現(xiàn)DM，裝配規(guī)劃則負(fù)責(zé)分配DM至不同的CA。CA的規(guī)劃面向整機(jī)進(jìn)行，既包括制造廠自制的部件，也包括制造供應(yīng)商分承制的部件，總裝單位要對(duì)廠際交付接口進(jìn)行規(guī)劃和協(xié)調(diào)。CA規(guī)劃后可以開展詳細(xì)的裝配工藝規(guī)程設(shè)計(jì)，并可發(fā)布裝配工藝指令并傳遞至生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)，指導(dǎo)生產(chǎn)線裝配工作。

（3）裝配仿真層：該層為仿真驗(yàn)證層，分別從裝配干涉檢查、工裝驗(yàn)證、裝配過(guò)程仿真、人際工效分析、車間布局仿真等角度對(duì)制造工程設(shè)計(jì)層的規(guī)劃及設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和持續(xù)優(yōu)化。

集成框架中的3個(gè)層次緊密融合，通過(guò)流程驅(qū)動(dòng)，基于統(tǒng)一的數(shù)字量表達(dá)及傳遞體系，形成先進(jìn)生產(chǎn)管理模式下的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、裝配規(guī)劃、仿真驗(yàn)證的并行協(xié)同和完整閉環(huán)，可以大大提高協(xié)同效率，減少設(shè)計(jì)、裝配規(guī)劃、仿真等環(huán)節(jié)脫節(jié)帶來(lái)的協(xié)調(diào)問(wèn)題和現(xiàn)場(chǎng)裝配質(zhì)量問(wèn)題。此外，該集成框架具有一定的柔性，即如果上層業(yè)務(wù)體系進(jìn)行了調(diào)整，對(duì)制造工程設(shè)計(jì)層并不會(huì)產(chǎn)生較大的影響，制造工程執(zhí)行層只需要根據(jù)優(yōu)化后的流程按照規(guī)范要求開展裝配規(guī)劃及仿真優(yōu)化工作。反之，制造工程執(zhí)行層、裝配仿真層的數(shù)字化工具及技術(shù)實(shí)現(xiàn)升級(jí)優(yōu)化，也不會(huì)影響上層的業(yè)務(wù)管理流程。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，產(chǎn)品設(shè)計(jì)、裝配工藝、工裝設(shè)計(jì)、資源管理等人員將基于統(tǒng)一的集成環(huán)境開展相應(yīng)的工作。集成環(huán)境后臺(tái)對(duì)數(shù)據(jù)的構(gòu)型狀態(tài)進(jìn)行有效控制，并保持設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的關(guān)聯(lián)和符合性。集成應(yīng)用環(huán)境與數(shù)據(jù)構(gòu)型管理是實(shí)現(xiàn)上述能力的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵技術(shù)

1 模塊化設(shè)計(jì)及管理

模塊化是一種產(chǎn)品設(shè)計(jì)理念，也是一種管理理念。在飛機(jī)制造行業(yè)采用模塊化設(shè)計(jì)及管理方法的優(yōu)點(diǎn)包括[5]：可以提高產(chǎn)品數(shù)據(jù)重用性，快速推出適應(yīng)客戶需要的系列化和個(gè)性化產(chǎn)品；實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)扁平化，簡(jiǎn)化工程管理和技術(shù)狀態(tài)管理，提高數(shù)據(jù)管理的準(zhǔn)確度；采用先進(jìn)的模塊化生產(chǎn)和裝配模式，縮短交付周期；利于產(chǎn)品維修和客戶增值服務(wù)；利于合作伙伴的接口定義和合作研制機(jī)制。在飛機(jī)研發(fā)及生產(chǎn)環(huán)節(jié)貫徹模塊化管理方法，即將設(shè)計(jì)模塊而非單一零件作為最小控制單元，以簡(jiǎn)化管理復(fù)雜度和提高設(shè)計(jì)與制造協(xié)同效率。設(shè)計(jì)與工藝制造環(huán)節(jié)如果缺乏統(tǒng)一的模塊化管理及協(xié)同機(jī)制，設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)等環(huán)節(jié)的符合性和一致性難以追溯，裝配工藝仿真的數(shù)據(jù)來(lái)源正確性也難以保證，因此模塊化設(shè)計(jì)及管理是設(shè)計(jì)制造協(xié)同、裝配工藝仿真、架次飛機(jī)配置的基礎(chǔ)保障。

設(shè)計(jì)模塊由CI/CS/DM組成，如圖3所示。CI（Configuration Item）為構(gòu)型項(xiàng)，表示飛機(jī)某一個(gè)設(shè)計(jì)單元；CS（Configuration Solution）為構(gòu)型方案，表示飛機(jī)設(shè)計(jì)單元的某一種設(shè)計(jì)狀態(tài)；DM（Design Module）為設(shè)計(jì)模塊，是飛機(jī)設(shè)計(jì)模塊的技術(shù)包管理節(jié)點(diǎn)。CI、CS為邏輯控制單元，DM下掛接具體的物理裝配設(shè)計(jì)結(jié)果。

圖3 設(shè)計(jì)模塊組成Fig.3 Design module

圖4 基于成熟度的設(shè)計(jì)工藝高度并行Fig.4 Design and process plan concurrent engineering based on maturity degree

模塊化設(shè)計(jì)及管理過(guò)程包括模塊聯(lián)合規(guī)劃、模塊實(shí)現(xiàn)、模塊發(fā)放3個(gè)過(guò)程。其中，模塊聯(lián)合規(guī)劃由設(shè)計(jì)和工藝聯(lián)合開展，以確定模塊劃分的合理性，并盡量將設(shè)計(jì)分離面與工藝分離面進(jìn)行合并，以避免后期模塊劃分不合理導(dǎo)致的拆分問(wèn)題。模塊規(guī)劃審核通過(guò)后，各專業(yè)設(shè)計(jì)師基于設(shè)計(jì)環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，達(dá)到一定成熟度后提交簽署，并向下游發(fā)放。

2 基于成熟度的設(shè)計(jì)工藝高度并行

設(shè)計(jì)工藝的并行不僅僅需要在應(yīng)用環(huán)境上提供協(xié)同支撐，還需要在協(xié)同機(jī)制上建立規(guī)則，形成基于設(shè)計(jì)成熟度的設(shè)計(jì)工藝并行工作機(jī)制，通過(guò)流程驅(qū)動(dòng)并保持可追溯性。與研制階段的成熟度不同，這里的成熟度是指產(chǎn)品設(shè)計(jì)模塊DM的數(shù)字化模型的設(shè)計(jì)成熟度?；诔墒於鹊脑O(shè)計(jì)工藝并行協(xié)同過(guò)程如圖4所示。

·設(shè)計(jì)模塊成熟度MM4之前為設(shè)計(jì)內(nèi)部多專業(yè)協(xié)同的成熟度，設(shè)計(jì)模塊成熟度達(dá)到MM4之后，設(shè)計(jì)的總體方案已經(jīng)凍結(jié)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)模和設(shè)計(jì)分離面基本確定，工裝人員可以初步確定大型裝配工裝和蒙皮拉型類外形工裝的基準(zhǔn)孔、基準(zhǔn)面與裝配方式，并可以開展工裝關(guān)聯(lián)設(shè)計(jì)工作[6]。工藝人員可以進(jìn)行工藝分離面劃分，進(jìn)行裝配頂層規(guī)劃，根據(jù)工作包劃分初步確定廠際交付接口。

·設(shè)計(jì)模塊成熟度達(dá)到MM5后，裝配規(guī)劃工作可以進(jìn)一步細(xì)化，將設(shè)計(jì)模塊統(tǒng)一劃分至各個(gè)裝配單元，進(jìn)行裝配干涉檢查，并在MM6時(shí)開展總裝裝配過(guò)程的仿真驗(yàn)證工作，基本固化裝配單元及其設(shè)計(jì)模塊配套。

·設(shè)計(jì)模塊成熟度達(dá)到MM6后，可以基于裝配頂層規(guī)劃，開展裝配工藝規(guī)程（AO）的設(shè)計(jì)工作，并在設(shè)計(jì)過(guò)程中實(shí)時(shí)進(jìn)行組件級(jí)裝配仿真驗(yàn)證和優(yōu)化工作。

·設(shè)計(jì)模塊成熟度達(dá)到MM7后，可以開展人機(jī)工效分析、車間布局仿真等集成性仿真驗(yàn)證工作。

·設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)發(fā)放時(shí)，裝配規(guī)劃及設(shè)計(jì)結(jié)果經(jīng)過(guò)完善修正后，即可以提交審批工作，并在審批后直接發(fā)放給生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)。

該關(guān)鍵技術(shù)打破了設(shè)計(jì)制造的業(yè)務(wù)界限，建立基于成熟度的設(shè)計(jì)工藝并行協(xié)同機(jī)制，基于應(yīng)用環(huán)境通過(guò)成熟度驅(qū)動(dòng)裝配工藝和工裝的規(guī)劃、設(shè)計(jì)及仿真的集成協(xié)同，并對(duì)成熟度升降級(jí)過(guò)程進(jìn)行管理。上述成熟度的定義標(biāo)準(zhǔn)將隨著業(yè)務(wù)并行工作的推進(jìn)逐步完善細(xì)化。

3 面向全機(jī)裝配單元的三維裝配規(guī)劃及仿真

飛機(jī)總裝制造廠需要從整機(jī)角度進(jìn)行裝配單元的規(guī)劃，詳細(xì)規(guī)劃各裝配單元的裝配順序（如圖5），并基于三維可視化環(huán)境將各設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)模塊分配至各個(gè)裝配單元。按照模塊化管理原則，設(shè)計(jì)模塊可以被分配至多個(gè)裝配單元，但是一個(gè)設(shè)計(jì)模塊不可以被拆分至兩個(gè)或兩個(gè)以上的裝配單元中進(jìn)行安裝。設(shè)計(jì)模塊在各個(gè)裝配單元的消耗狀態(tài)可以進(jìn)行可視化展示，以避免漏裝及沖突，如圖6所示。

圖5 PERT裝配順序規(guī)劃Fig.5 PERT assembly process plan

圖6 設(shè)計(jì)模塊在裝配單元的消耗Fig.6 Continous assembly consumption of design module

基于全機(jī)裝配單元和車間裝配站位布局進(jìn)行裝配順序仿真，并根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行裝配單元以及廠際交付接口的優(yōu)化。經(jīng)過(guò)裝配順序仿真和優(yōu)化后，各裝配單元及其順序基本得到確定。

總裝制造廠負(fù)責(zé)的裝配單元對(duì)應(yīng)本廠的車間站位，制造分包單位負(fù)責(zé)的裝配單元作為廠際交付接口、制造分包工藝方案等數(shù)據(jù)的歸口管理節(jié)點(diǎn)。未來(lái)在產(chǎn)量大幅增加的情況下，可以靈活地調(diào)整裝配單元進(jìn)行負(fù)載均衡。

該關(guān)鍵技術(shù)從飛機(jī)整機(jī)角度進(jìn)行頂層規(guī)劃和總裝過(guò)程仿真，以協(xié)調(diào)總裝車間站位布局、站位間裝配接口、供應(yīng)商廠際交付接口等，并通過(guò)大制造分工機(jī)制解決未來(lái)產(chǎn)量或供應(yīng)商變化帶來(lái)的裝配單元均衡問(wèn)題。在裝配頂層規(guī)劃過(guò)程中，基于模塊化機(jī)制，采用可視化消耗機(jī)制解決設(shè)計(jì)制造的符合性問(wèn)題。

4 全消耗式數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)及仿真

在裝配單元規(guī)劃的基礎(chǔ)上，基于三維可視化環(huán)境實(shí)現(xiàn)裝配工藝的詳細(xì)設(shè)計(jì)工作，即將裝配指令配套的產(chǎn)品數(shù)據(jù)消耗至工步中，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行上的裝配指令配套信息的精細(xì)化控制。在裝配工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，要將工裝、設(shè)備、刀量具、人員技能等資源與具體的工步進(jìn)行關(guān)聯(lián)，為精益化生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的物料和資源需求。在工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以引用典型工藝、標(biāo)準(zhǔn)工藝等工藝知識(shí)庫(kù)，以提高裝配工藝設(shè)計(jì)效率和規(guī)范化水平。如圖7所示。

圖7 三維裝配工藝設(shè)計(jì)及仿真集成環(huán)境Fig.7 3D assembly process design and simulation integration environment

工藝資源的精確與否直接影響生產(chǎn)計(jì)劃的準(zhǔn)確性和生產(chǎn)保障的及時(shí)性（JIT）。為此，工藝資源的結(jié)構(gòu)化、模型化管理至關(guān)重要?？梢越⒐に囐Y源的分層分類結(jié)構(gòu)，構(gòu)建統(tǒng)一的工藝資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)工藝資源進(jìn)行全結(jié)構(gòu)化、模型化組織，并對(duì)工藝資源的依賴/互斥等兼容關(guān)系進(jìn)行管理，支持資源向工步的分配以及聯(lián)合仿真。工藝設(shè)計(jì)過(guò)程中的資源與供應(yīng)鏈系統(tǒng)中的資源要實(shí)時(shí)同步，以實(shí)現(xiàn)工藝資源需求與現(xiàn)場(chǎng)資源調(diào)度的一致性。

圖8 模塊化配置及生產(chǎn)發(fā)放過(guò)程Fig.8 Module configuration and production release procedure

整機(jī)級(jí)飛機(jī)總裝規(guī)劃中的仿真主要側(cè)重站位間的裝配協(xié)調(diào)和廠際交付接口協(xié)調(diào)，該部分的仿真則主要圍繞站位內(nèi)的裝配方案進(jìn)行裝配干涉檢查、裝配過(guò)程仿真、人機(jī)工程仿真等。這些仿真將融合設(shè)計(jì)模塊、工裝、工藝資源等進(jìn)行集成虛擬化驗(yàn)證，以及時(shí)發(fā)現(xiàn)站位裝配方案中的問(wèn)題。

裝配工藝設(shè)計(jì)及仿真后，可以動(dòng)態(tài)發(fā)布為三維結(jié)構(gòu)化的裝配工藝指令，并通過(guò)流程自動(dòng)傳遞至生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)境。

該關(guān)鍵技術(shù)圍繞裝配單元的裝配方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)裝配參裝件消耗式分配、工藝資源結(jié)構(gòu)化精確關(guān)聯(lián)、裝配方案集成仿真優(yōu)化、三維結(jié)構(gòu)化裝配工藝指令動(dòng)態(tài)生成、工藝知識(shí)庫(kù)輔助設(shè)計(jì)的一體化集成協(xié)同，可以顯著提升裝配工藝設(shè)計(jì)效率和準(zhǔn)確度，為精益化生產(chǎn)提供準(zhǔn)確的工藝指導(dǎo)和物料/資源需求數(shù)據(jù)源。

5 模塊化配置及生產(chǎn)發(fā)放

圖9 三維裝配工藝指令發(fā)布結(jié)果Fig.9 3D assembly process work instruction

飛機(jī)傳統(tǒng)的投產(chǎn)模式是設(shè)計(jì)技術(shù)狀態(tài)管理部門給出配置單，制造根據(jù)設(shè)計(jì)的配置單進(jìn)行工藝設(shè)計(jì)方案的確認(rèn)，并下發(fā)投產(chǎn)計(jì)劃。上述投產(chǎn)過(guò)程往往通過(guò)單據(jù)協(xié)調(diào)，實(shí)際的設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)執(zhí)行環(huán)節(jié)在數(shù)據(jù)一體化銜接以及與上層投產(chǎn)指令業(yè)務(wù)管理之間存在嚴(yán)重的脫節(jié)，容易導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)裝配物料及資源不準(zhǔn)確、不配套等問(wèn)題。為此，在設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)環(huán)節(jié)貫徹模塊化思想，統(tǒng)一投產(chǎn)配置與工程數(shù)據(jù)配置過(guò)程，保持設(shè)計(jì)、工藝、生產(chǎn)數(shù)據(jù)在配置過(guò)程中的一體化關(guān)聯(lián)，可以有效地解決上述問(wèn)題。

基于設(shè)計(jì)模塊完成裝配工藝規(guī)劃、仿真及工藝詳細(xì)設(shè)計(jì)后，可以根據(jù)訂單進(jìn)行飛機(jī)模塊化配置和生產(chǎn)發(fā)放，其過(guò)程如圖8所示。整個(gè)配置過(guò)程通過(guò)業(yè)務(wù)流程驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)單架次飛機(jī)生產(chǎn)指令、設(shè)計(jì)模塊、裝配單元、裝配單元工藝方案、裝配工藝指令的配置過(guò)程一體化銜接。

工程驗(yàn)證

以某大型飛機(jī)研制工程項(xiàng)目為背景，根據(jù)以上的研究成果，對(duì)應(yīng)圖2的集成框架，基于VPM、DELMIA和Windchill平臺(tái)構(gòu)建了設(shè)計(jì)工藝高度并行、裝配頂層規(guī)劃及仿真、三維裝配工藝設(shè)計(jì)及仿真的一體化集成環(huán)境。其中，VPM負(fù)責(zé)基于MBD的產(chǎn)品/工裝并行協(xié)同設(shè)計(jì)，DELMIA進(jìn)行三維裝配頂層規(guī)劃及仿真，Windchill負(fù)責(zé)成熟度管理、裝配單元（MBOM）管理、三維裝配工藝設(shè)計(jì)、模塊化配置發(fā)放等，如圖9所示。通過(guò)Windchill實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理層、制造工程設(shè)計(jì)層和裝配仿真層的一體化整合，將模塊化、并行工程等先進(jìn)管理模式與MBD、三維裝配規(guī)劃及仿真等先進(jìn)數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)了緊密融合?；谠摥h(huán)境，大大提高了飛機(jī)設(shè)計(jì)制造過(guò)程中的符合性，減少現(xiàn)場(chǎng)裝配返工問(wèn)題30%，縮短了研制周期20%。

結(jié)束語(yǔ)

飛機(jī)裝配規(guī)劃及設(shè)計(jì)是飛機(jī)制造工程的核心，在引入數(shù)字化手段解決了產(chǎn)品數(shù)字量表達(dá)及單點(diǎn)仿真問(wèn)題后，如何將其與先進(jìn)的業(yè)務(wù)管理模式相結(jié)合，形成業(yè)務(wù)管理、制造工程設(shè)計(jì)、裝配仿真驗(yàn)證的體系化集成工作模式，成為當(dāng)前飛機(jī)制造行業(yè)的主要研究課題。本文以正確、高效地研制高質(zhì)量飛機(jī)為目標(biāo)，將MBD、虛擬仿真等數(shù)字化技術(shù)與模塊化、并行工程相融合，構(gòu)建了面向模塊化配置生產(chǎn)的飛機(jī)裝配規(guī)劃及仿真一體化集成框架，并對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)論述。最后進(jìn)行了工程實(shí)踐驗(yàn)證，取得了良好的應(yīng)用效果。

隨著國(guó)內(nèi)外航空制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的不斷加劇，以及用戶方要求的不斷提升，航空制造企業(yè)為了提升自己的總裝和部裝等核心能力，將不斷地進(jìn)行業(yè)務(wù)管理模式的優(yōu)化。業(yè)務(wù)管理流程一方面要實(shí)現(xiàn)與數(shù)字化技術(shù)的緊密融合，另一方面也要實(shí)現(xiàn)二者的解耦，以適應(yīng)業(yè)務(wù)調(diào)整后數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)能力的柔性快速調(diào)整。為此，從未來(lái)角度要逐步細(xì)化模塊化管理、裝配規(guī)劃及仿真的具體執(zhí)行細(xì)則，建立標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。在此基礎(chǔ)上，逐步探索裝配規(guī)劃及仿真與脈動(dòng)生產(chǎn)、智能制造的進(jìn)一步結(jié)合方式。

參考文獻(xiàn)

[1] 范玉青. 現(xiàn)代飛機(jī)制造技術(shù)[M]. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社, 2001: 3-10.

FAN Yuqing. Modern aircraft manufacturing technology [M]. Beijing: Beihang University Press, 2001:3-10.

[2] 何勝?gòu)?qiáng). 飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)體系[J]. 航空制造技術(shù), 2010(23): 32-37.

HE Shengqiang. Digital assembly technology system of aircraft [J]. Aviation Manufacturing Technology, 2010(23):32-37.

[3] 范玉青,梅中義, 陶劍. 大型飛機(jī)數(shù)字化制造工程[M]. 北京：航空工業(yè)出版社,2011: 806-808.

FAN Yuqing, MEI Zhongyi, TAO Jiang.Large aircraft digital manufacturing engineering[M]. Beijing: Aviation Industry Press, 2011: 806-808.

[4] MAS F, MENENDEZ J L, OLIVA M,et al. Collaborative engineering: an airbus case study[C]// Proceedings of the 5th Manufacturing Engineering Society International Conference.Amsterdam: Elsevier, 2013: 336-345.

[5] 王慶林. 飛機(jī)構(gòu)型管理[M]. 上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社, 2012: 89-104.

WANG Qinglin. Aircraft configuration management[M]. Shanghai: Shanghai Scientific &Technology Publishers, 2012: 89-104.

[6] 孫煒, 許旭東, 余志強(qiáng). 基于VPM的并行工程在飛機(jī)研制過(guò)程中的研究初探[J].航空制造技術(shù), 2013(13): 47-51.

SUN Wei, XU Xudong, YU Zhiqiang.Initial research of concurrent engineering based on VPM in aircraft production[J]. Aeronautical Manufacturing Technology, 2013(13):47-51.