曹富營 張妮

摘 要：隨著社會的發(fā)展以及人們生活質量水平的提高，民用飛機的應用愈發(fā)廣泛，其中，工藝裝備作為飛機制造的重要環(huán)節(jié)之一，直接影響著產品的全生命周期。基于此，為提高飛機制造質量和效率，本文探討民用飛機使用工藝裝備設計集成技術的意義，重點探索在大數據環(huán)境下民用飛機工藝裝配設計集成技術，研究集成系統(tǒng)的開發(fā)，以期為相關工作提供參考性建議。

關鍵詞：民用飛機;工藝裝備設計集成技術;生產制造效率

引言：作為飛機制造工程的重要組成部分，飛機工藝裝備的設計與制造直接關系到飛機生產總目標的實現，且對飛機使用年限、整體可靠性、技術性能的改善以及制造成本與效率的優(yōu)化都發(fā)揮著重要作用。因此，在現代民用飛機制造系列化特性愈發(fā)明顯的當下，應探索飛機工藝裝備設計集成技術，從而縮短設計與制造周期，提升飛機生產準備反應速度。

1.探討民用飛機使用工藝裝備設計集成技術意義

所謂工藝裝備知識，主要指的是貫穿于飛機產品全生命周期，以及與其工藝裝備工程設計、生產準備、制造、后期經營管理活動相關的知識。對于民用飛機工藝裝備而言，由于產品較為復雜，所以其知識數據量也更為龐大，具有多種特征，而這些特征與數據存儲形式具有關系，比如圖像、文本、視頻以及音頻等，所以具有動態(tài)性、復雜性、多樣性以及隱含性等，這些給知識管理造成極大困難。外加現代化技術的不斷發(fā)展，現代民用飛機處于較快的更新換代狀態(tài)，飛機研制不再是單一品種，而是同一型號的系列飛機，即民用飛機之間具有較強的制造系列化特性，往往一個型號的飛機通過改進可以衍生出多種發(fā)展型飛機。相應的，以往的設計生產方式也需要一同轉變，傳統(tǒng)民用飛機生產主要是單架次方式，而針對當前的系列性飛機制造需要將生產優(yōu)化為改進型或發(fā)展型工藝裝備，以此減少工作的重復內容，一方面避免不必要的設計制造錯誤，另一方面提高民用飛機設計制造效率[1]。尤其在當前大數據環(huán)境下，信息技術的高速發(fā)展使其廣泛應用于多個領域，通過以大數據相關技術為基礎構建民用飛機工藝裝備設計集成技術體系，能夠將工程設計部門95%不存在增值空間的重復性工作消除，并及時采集飛機設計與制造過程中的信息經驗，利用數據庫的構建增強數據價值，從而有效解決現實問題，促進民用飛機設計制造工作效率的提升、飛機生產周期的縮短。

2.探索民用飛機工藝裝備設計集成技術

在整合民用飛機工藝裝備設計時，應將飛機部件總裝工藝裝備設計作為主要對象，并以裝備設計與知識工程等過程與知識理論為基礎系統(tǒng)的研究工藝裝備知識表示等關鍵技術，從而為智能化工藝裝備設計技術集成平臺系統(tǒng)的開發(fā)奠定良好基礎，以此提高民用飛機數字化制造水平。具體建設方案流程如下：

2.1技術系統(tǒng)設計目標

為以數據化技術的方式將民用飛機工藝裝備設計技術進行有機整合，并使其充分發(fā)揮智能化生產制造的作用，那么需要實現以下目標：第一，規(guī)范化目標。在集成民用飛機工藝裝備設計時，需要注重技術內容與平臺系統(tǒng)各項信息數據的統(tǒng)一性，具體包括信息數據的文件格式、術語、統(tǒng)一代號以及符號等，進一步細化的內容則是要實現民用飛機工藝裝備信息標準化、工藝裝備參數標準化、民用飛機工藝裝備內容和資源標準化以及規(guī)程典型化。只有這樣，才能夠為相關工作人員的設計流程與標準提供章程，最大化的降低人為錯誤的發(fā)生幾率，以此提升民用飛機工藝裝備設計質量與效率。第二，快速化目標。由于當前民用飛機設計制造存在鮮明的系列化特質，所以，相關工作人員還應做好飛機工藝裝備相關技術數據和標準化的準備工作，根據典型和標準工藝對飛機進行分類編碼，從而為民用飛機工藝裝備的快速設計與生產制造奠定良好基礎。第三，智能化目標。在分類整理與存儲后，以此為基礎結合數據化技術構建知識關聯模型，以此優(yōu)化工藝裝備設計，降低設計人員工作量與壓力。第四，多樣化目標。由于民用飛機工藝裝備設計相關數據以及文件種類較為繁多，所以使用大數據分析技術對設計信息進行處理，從而為系統(tǒng)平臺的開發(fā)提供科學有效支持[2]。

2.2分級分類收集并分析工藝裝備設計知識

對于民用飛機工藝裝備設計集成而言，主要是以大數據等信息化技術為基礎整合民用飛機制造工藝裝備設計知識與技術，從而保證各項工作均以工藝裝備全生命周期展開，而在技術集成這些設計制造知識時，需要先細化民用飛機工藝裝備數據，一般情況下，民用飛機的工藝裝備數據包括設計知識、基礎知識、管理知識以及情報知識，在規(guī)范分類整理后分層次進行分析，根據具體情況進行民用飛機工藝裝備設計知識分類標準的建立。接下來，按照這四大類知識標準進行知識庫的設計，分別為：①設計人員需要掌握民用飛機工藝裝備設計的相關知識、軟件以及使用手冊等，結合分類的數據與標準進行工藝裝備基礎知識庫的構建;②保證知識庫涵蓋民用飛機工藝裝備設計過程中產生的文件資料，尤其是零件加工、技術準備以及制造工藝能力等，以此完成工藝裝備設計知識庫的構建;③整合民用飛機工藝裝備中的管理數據，包括過程質量、工藝裝備構型以及流程管理等內容，以此完成工藝裝備管理知識庫的構建;④為促進民用飛機設計制造的持續(xù)化發(fā)展，需要加大力度研究新工藝和新材料，以此緊跟時代發(fā)展步伐，所以，工藝裝備情報知識庫中主要涵蓋復合材料工藝裝備以及先進制造和設計技術等。

2.3建立工藝裝備設計知識標準化表達與關聯模型

為更好將民用飛機工藝裝備設計知識與大數據技術進行有機整合，設計人員還需要統(tǒng)一知識表達標準，并以此為基礎建立關聯模型，從而順利完善相關知識數據的自動推送。所以，具體操作分為兩方面，一是標準化表達民用飛機工藝裝備設計知識。相關工作人員結合前期資源數據的分析對其進行規(guī)范化資源描述，即數據化處理，使其能夠被計算機識別并接受，以此實現數據統(tǒng)一匯總工作的展開，增強民用飛機工藝裝備設計知識數據的可追溯性，開發(fā)期最大價值。二是建立民用飛機工藝裝備設計知識關聯模型。相關設計工作人員應從多個視角進行民用飛機工藝裝備設計知識內在聯系的分析，為更好掌握并構建關聯關系，設計人員應提高對民用飛機工藝裝備設計過程中各階段的特質，從而逐漸梳理出知識數據之間的映射規(guī)則，之后抽絲剝繭建立公益裝備數據之間的關聯關系，完成知識的傳遞與轉換[3]。

2.4工藝裝備設置知識檢索與推送技術

知識檢索與推送能夠更好為民用飛機工藝裝備設計工作提供參考性方向，所以在集成設計該技術時，應從知識檢索與知識推送兩方面開展。對于前者而言，相關工作人員可以使用自動化信息技術，或是自動化信息技術與人力相結合的方式，利用大數據技術在民用飛機工藝裝備知識庫中進行具有潛在價值數據的檢索，并通過相似度評價準則對數據進行評估，獲得相關聯的若干知識，之后根據專業(yè)進行知識定位，從而快速獲取秒知識。后者則是結構化分析民用飛機工藝裝備問題描述，將結構化語義信息提煉出來，比如民用飛機工藝裝備設計規(guī)范、案例或是規(guī)則等，從而獲取多個知識項，并利用自動化技術對其進行排序，排序準則為解決此類問題的有效性，之后將結果自動推送給相關工作人員，實現民用飛機工藝裝備設計問題的順利解決。

3.開發(fā)智能化民用飛機制造工藝裝備設計知識集成平臺系統(tǒng)

在當前時代背景下，科學技術水平的提高使各行各業(yè)的信息化水平均得到有效提升，其中包括飛機設計制造領域。因此，在集成民用飛機工藝裝備設計時，應結合大數據等技術進行知識集成平臺系統(tǒng)的開發(fā)與構建。該集成平臺系統(tǒng)需要具備知識存儲、查詢、推動以及維護功能，并將民用飛機工藝裝備設計相關的仿真、制造以及設計執(zhí)行等系統(tǒng)進行有機整合，從而保證該平臺系統(tǒng)能夠貫穿于民用飛機工藝裝備設計的全生命周期，實現數據的及時采集與存儲，增強其可追溯性，獲得準確且完整的工藝裝備術語以及制造設備等資源。

首先，設計協(xié)同制造平臺。雖然目前民用飛機具有系列化特質，但是仍存在一定的差異，為滿足各類民用飛機的知識采集與管理需求，實現全生命周期制造數據的接收、發(fā)送與使用。以MBD為基礎設計三維工藝與仿真平臺，在具體設計制造過程中，相關工作人員對三維模型進行尺寸、公差以及信息的標準與定義處理，從而將設計制造方案的相關指令建設完善，以此提高平臺的智能化水平，實現對工藝裝備資源的有效管理。在以MBD為基礎的平臺運作下，相關工作人員可以進行AO/AF文件的編制，并結合數據環(huán)境庫進行仿真信息的存儲，最終形成PPR，實現對民用飛機工藝裝備設計制造過程的仿真[4]。

其次，設計民用飛機工藝裝備設計數據庫，提高智能技術制造與管理水平。對于該數據庫系統(tǒng)，主要包括民用飛機工藝裝備數據生命周期設計、流程管理設計以及數據狀態(tài)設計等，從而實現報表界面與操作界面的管理。在設計數據庫時，主要以虛擬化的管理平臺進行民用飛機工藝裝備設計相關數據資源的存放，供相關工作人員使用的同時，還能夠預測系統(tǒng)大數據的存儲能力，以此保證平臺系統(tǒng)和數據庫系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性，切實提升民用飛機工藝裝備設計的智能化水平。

最后，系統(tǒng)組成設計。①構建智能柔性支撐系統(tǒng)，其中主要分為應將設計與軟件設計，前者包括數據系統(tǒng)、數字化與模塊化單元等;后者則是仿真軟件、測量軟件以及計算軟件等。通過構建智能柔性支撐系統(tǒng)，可以很好的通過三坐標數控定位系統(tǒng)對飛機進行信息數據采集與分析，從而實現設計制造過程中能力的重構與調整，以此滿足民用飛機工藝裝配優(yōu)化以及配對需求。②構建智能自動鉆鉚系統(tǒng)，利用鉆鉚機處理飛機壁板與隔框，并優(yōu)化民用飛機工藝裝備設計與制造工藝，增強設計的精準程度，并以動力學運動軌跡規(guī)劃法為基礎開展后續(xù)操作。該系統(tǒng)以CATTA系統(tǒng)數據模塊與系統(tǒng)模型為基礎，通過結合CATTAV5DUM運動模型對鉆鉚機運動機進行模擬，從而實現鉆鉚機對民用飛機工藝裝備設計于制造相關產品的加工仿真與運動特征分析。③構建智能機器人系統(tǒng)。構建民用飛機工藝裝備設計生產智能機器人，利用自動化、智能化的機械技術降低工作人員失誤，尤其是制造生產環(huán)節(jié)。在構建智能機器人系統(tǒng)時，需要明確其工作定位，并根據具體設計與生產制造需求提升機器人運作的精準化程度，從而防止誤差出現。其中，在提升機器人精準程度時，可以通過激光雷達、跟蹤儀等先進技術設備的運用，并結合在線測量技術定位機械人運作狀態(tài)，并落實由末端執(zhí)行器以及離線編程等構成的智能機器人輔助飛機制造系統(tǒng)，提高智能機器人的系統(tǒng)性能，實現對民用飛機工藝裝備設計于生產制造全過程的優(yōu)化。

另外，還要做好民用飛機工藝裝備模塊化設計。第一，科學劃分飛機工藝裝備模塊，以功能分析為基礎，采用子功能合算并法將存在一定關系的子功能稱為相關，對其進行功能、裝配、空間、信息等類型的劃分，子功能相關度為合并準則。實際劃分過程中，設計人員還要優(yōu)先合并結構相似度大的大子功能，同時考慮模塊完整獨立性，落實規(guī)范模塊劃分結果評價。第二，算法描述。計算子功能結構相似度，以造型設計特征作為結構特征的選取標準，分析結構相似度，在實際計算過程中，定義民用飛機工藝裝備的任意兩個子功能為Gi和Gj，其相關類型為功能、裝配和受力類型，之后對兩個子功能相似度進行計算，當某種相關類型下子功能相關度大于設定好的定值，那么將其劃分在一個飛機工藝裝備模塊中。劃分后落實規(guī)范的驗證工作，將機體、傳動裝置和夾緊機構的模塊進行劃分，之后再劃分設計定位件和夾緊件等，保證模塊劃分結果合理。為實現民用飛機工藝裝備快速設計，設計人員應以飛機工藝裝備模塊劃分方法和模塊實例庫為基礎使用模塊實例推理方法進行設計。其中，設計人員要立足于飛機設計要求，以具體的設計任務為基礎檢索模塊實例，找出最為接近的模塊實例，最后開展分析評價，落實規(guī)范的設計合理性分析評價和CAE校驗等工作，從而解決民用飛機結構復雜、形式多變的工藝裝備模塊劃分問題，提高飛機工藝裝備設計效率與質量。

結論：綜上所述，民用飛機工藝裝備設計集成是當前系列化特質愈發(fā)明顯的飛機設計生產制造的主要發(fā)展方向。因此，相關工作人員應從設計知識的收集、知識標準化表達與關聯模型的構建以及知識的檢索與推送等方面集成相關技術與資源，從而提高民用飛機工藝裝備設計與生產制造質量和效率。

參考文獻：

[1] 楊寧芳，陳竹梅. 基于系統(tǒng)工程的復雜電子裝備集成工藝管理研究[J]. 中國電子科學研究院學報，2020，15（8）：725-730，765.

[2] 王文暉，田天. 飛機新型機電集成工藝裝備設計[J]. 建筑工程技術與設計，2019（23）：4943.

[3] 陳玉聰，畢春來，鄭乃千. 淺析飛機裝配工藝裝備結構設計創(chuàng)新與實踐[J]. 中外企業(yè)家，2021（7）：258.

[4] 方喜峰，顧君，朱成順，等. 特征分組技術在結構化工藝設計中的應用研究[J]. 機械設計與制造，2020（4）：58-61.

作者簡介：

曹富營，男，1985年10月，民族：漢;籍貫：山東省新泰市;學歷：本科;職稱：工程師;研究方向：飛機工藝裝備設計與管理。