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飞机一体化工艺设计及管理

1通用飞机及其国内外发展情况

通用飞机就是指那些用于通用航空飞行的飞机。一般来说,通用飞机的用途十分广泛,它能够水陆两用。从类型方面来说,通用飞机可以分为大型涡桨飞机、旋翼机飞机、固定翼飞机、超小型飞机等,不同飞机的结构也存在较大的不同。按照功用,通用飞机可以分为公务机、农林飞机、运动飞机以及多用途飞机等。相比国内来说,国外通用飞机发展较快,比较知名的通用飞机制造商有西锐公司、欧洲的直升机公司、赛纳斯飞机公司等,这些公司的迅速发展推动飞机制造技术的大幅提升,也为我国飞机制造业发展提供了重要的借鉴。中国航空工业集团公司是当前我国非常有名的通用飞机制造商,近年来的产品类型也在逐渐增加,代表性产品有直升机9系列、直升机11系列、海鸥300系列等,品牌度不断巩固。作为世界上第二大民航市场,中国通用航空行业的发展虽然呈现出良好的态势,但是也面临一系列限制性因素的影响。如空中区域管制因素就从某种程度上影响了我国航空行业的发展。早在2010年左右,国务院就出台了《关于深化我国低空空域管理改革的意见》,这逐步开放了我国的低空空域,为通用航空产业的发展提供了良好的条件。另外,国家也将通用航空行业列为当前的战略新兴产业,并置于发展重要位置上。2011年是我国通用航空发展历史上十分关键的一年,更是通用航空产业发展的元年。此后几年之内我国通用航空产业迎来历史性发展变革。通用航空产业发展是一个复杂的体系,包括飞机产品的设计工作、生产与制造工作、运营工作、飞机产品制造代理服务工作、飞机制造培训工作等,通用飞机的发展为通用航空业的发展奠定了良好的基础。美国是当前通用航空业发展最为发达的国家,这也得益于其通用飞机制造业的快速发展。美国通用飞机数量超过23万架,通用航空机场有1.9万个。而初步估计,当前国内通用飞机的保有量为1000架以上,通用机场仅有70个左右。由此可以看出,我国通用飞机数量较少,其中大部分的产品都从国外引进。国内通用飞机领域的发展存在很多问题,如产品结构不合理、行业发展规模相对较小、产品型号不多等。近几年,随着国家经济的稳定发展,各地政府也高度重视通用飞机行业的发展,国家利好政策也不断出台,中国通用航空产业也迎来良好的发展机遇,由快速发展阶段进入全面发展阶段。当前市场经济的发展也对通用飞机产品提出了更多的要求,通用飞机的数量需求量不断提高。据统计,未来我国通用飞机的需求量将突破10000架,将会为我国经济发展提供重要支撑。

2通用飞机的业务发展情况

通用飞机研究院主要负责通用飞机的设计,当然之前已有的设计协同平台VPM也发挥着十分重要的作用;通用飞机的分包平台负责发放研究院对外部供应商所提供的相关数据。目前通用飞机华南公司已经实施了Windchill项目,但由于数据同步问题(数据规范性等原因)项目进行过程中目前仅实现了两家各类文本类的技术文件的全周期管理,TA600产品数据无法顺利导入。由此说明,通用飞机设计过程中数据管理层面所开发的功能并没有得到充分的应用。随着通用飞机型号研制及适航取证工作的深入开展,现有业务管理中存在的很多问题也逐渐暴露出来,如设计环节与制造环节分离、信息化系统及其各部分子系统之间没有实现一体化整合、多专业数据设计导致数据不统一、更改源头分散、外部协同职责不统一、设计制造符合性不高、人工介入工作量大等问题,这都影响了型号取证、生产许可取证等工作的开展和正常的设计进度。就目前来说,我国通用飞机设计的关键点在于如下几个部分。为了进一步优化结构设计,通用飞机设计多采用整体化的设计模式,采用整体成型的部件,有效地减少零件或者模具的数量,从而减少工装数量,降低成本投入。有效地降低复合材料使用结构能够帮助结构减重,降低其成本。通用飞机设计过程中使用整体成型技术,能够进一步发挥复核材料的优点和特点,保证低成本技术投入。这种成型技术能够帮助零件加固,降低了设备的使用成本和工时,减轻结构质量,降低飞机制造成本。国外飞机产品的制造过程中多是采用整体设计技术,从整体入手进行飞机设计。飞机产品的机身结构主要由两部分通过胶连接而成,力求实现结构的整体化和最优化。但是,在产品设计过程中,要考虑结构设计、产品生产工艺、产品维修等因素的影响,要保证设计环节和工艺环节相分离。为了保证连接合理,产品设计过程中多使用复合材料进行连接。由于复合材料具有向异性和脆性的特点,材料的应力集中效应更为突出,连接部位很容易发生损坏。复合材料这一缺陷性的存在会影响产品结构的完整性,为了降低成本投入,产品设计过程中多使用一些低成本的负荷材料进行结构设计。在材料使用之前,要通过可靠的检测技术,对低成本负荷材料结构的质量进行检测,并将结案结果当做材料可靠性与否的关键标准所在。对材料的检验也能够为后续飞机工艺分析提供重要的参考。就目前来说,无损检测技术与复合材料结构快速制造技术已经受到了广泛的关注,也是提高通用分级复合材料生产效率的关键点所在。当前,通用飞机复合材料的结构形式日渐复杂,结构规模也不断提升,复合材料结构也在向着模块化方向发展。

3基于PLM的通用飞机一体化工艺设计及其优势

基于PLM的通用飞机一体化设计,应用设计和工艺一体化的PLM平台,能够有效地改变过去设计平台中数据繁杂、管理难度较大的不利局面,从而构建高效的信息化数据管理平台,进一步提高通用飞机设计开发的效率,使得产品的研发周期进一步压缩。产品设计过程中能够进一步落实通用飞机质量管理体系的研发要求,进一步延续通用飞机企业的知识财富,提高通用飞机产品设计的标准化和通用化程度,有效地降低产品的研发与设计成本,帮助企业形成良好的文化,提升企业的综合竞争力,为通用飞机企业的发展创设了良好的管理平台。基于PLM通用飞机设计主要具有如下几个方面的优势:第一,这种设计方式能够应用一体化条件下的BOM管理。产品设计在项目类下组织相关产品,产品下组织零部件结构。产品的零部件结构图为三视图,有设计视图、制造视图和工艺视图,不同视图下零部件结构关系不会发生交叉影响,因为零部件是唯一的。在设计过程中,工作人员要从数据模型中调取产品的结构,从而形成合理的设计视图,之后产品设计方案的所有改变和调整都要体现在设计视图上。调整之后,设计视图会将结构调整自动反馈到制造视图和工艺视图之中。制造视图又将信息传递给生产ERP系统,系统在准确数据支撑下开始制造;工艺视图能够依据信息编制工艺,并允许技术部门在合理范围内调节产品的结构关系。第二,这种设计方式能够实现一体化的工艺管理。这种设计方式将零部件作为基本的管理单元,并在其下组织工艺数据,从而保证统计报表数据真实。统计数据内容较多,包括工序工时数据、材料定额数据、设备数据等,通过这些数据,工作人员就可以编制出关键工序目录、表面零件处理目录、产品目录以及材料汇总等,这都为后续设计工作奠定良好的基础。第三,这种设计方式有利于加强一体化条件下的工装管理。通过建立企业级的工装设计资源库,通用飞机的设计人员能够在PDM系统中重新构建工装设计资源,形成结构。按照工装设计专业化分类,也能够形成统一的通用飞机工装设计资源库,有利于实现工装参数化管理。在对应工装产品下,工装零件和工装图纸或者数据模型之间就会形成合理的链接关系。为了便于下游工艺车间查询相关信息,设计人员从飞机项目发起工装品种申请表。第四,这种设计方式有利于实现一体化条件下的数据挖掘。产品数据包括各种电子数据如采购数据、销售数据、生产数据等都能够快速查询到,这能够缩短设计周期,提高产品生产制造的效率。总之,在集团公司支持指导及CAXA实施团队的通力配合下,基于PLM的通用飞机设计成为我国航空装备行业信息化样板,设计过程相对较快、效率较高,能够有效地扭转公司目前的管理状况,也能够进一步优化业务流程,推动产品创新,进一步提高产品的核心竞争力。这种设计方式有利于公司的长远健康发展,也为通用飞机设计提供了专家级的解决方案,能够为其他企业发展提供重要借鉴。

4基于PLM的通用飞机一体化工艺应用情况

近年来,随着技术的不断发展,很多西方著名飞机公司都重视飞机快速工艺准备技术的研究,并实现了基于2D技术和2D-PLM技术的集成应用,形成了电子工作指令,也实现了工艺数据的共享。部分飞机公司还形成了3D-PLM的工艺准备系统集成应用,形成了包括产品设计、工艺准备和产品生产在内的相对完整的集成应用模式,极大地推动了新型飞机的研制和型号的改造,提高了飞机制造工艺的设计效率和验证效率,也极大地缩短了产品的生产周期。例如,波音公司在原先B787飞机架构集成上,形成了整机3D虚拟装配仿真和验证技术,将可能发生的设备变更尽可能减少,同时也进一步压缩工艺规划时间。该技术的使用将缩短50%的装配周期,缩短30%以上的工艺设计周期。随着现代集成技术和信息化技术的不断发展,我国航空制造业也呈现出良好的发展态势,3D的PLM技术也为企业产品设计创新和数字化设计制造提供了重要支持。这也对工艺资源和制造数据的管理模式造成了重大的影响。国内部分研究院也高度重视3D工艺准备技术研究工作,开展相应的研究,包括虚拟装配工艺规划系统、3D定量化工艺建模与工艺设计、基于三维CAD的集成化CAPP系统研究等。当前我国通用飞机制造企业的工艺设计和管理工作水平都大幅提高,2D-PLM的CAPP的应用有效地解决了制造企业工艺编制、信息共享和数据管理的问题,也提升了工艺系统的工作效率。以3D模型为基础的产品数字化设计与制造技术的推广,工艺设计和管理工作能够利用3D进行设计,有效地继承和重用了丰富的3D模型资源和设计结构,基本实现基于产品3D模型的工艺准备过程与设计、生产的协同和集成,能够满足飞机产品的快速研制和生产需要。对于提高我国飞机产品的快速研制和生产能力,缩短产品研制周期,提高产品质量,降低制造成本具有重要的现实意义。

5结论

为了实现产品的低成本、高质量,工艺设计作为其中重要的一环,必须提高其管理水平,然而因为通用飞机一体化工艺管理的复杂性,工艺文件的繁杂多样以及多部门之间的流转,使得工艺文件的完整性、正确性和统一性很难得到保证,造成企业为工艺文件残缺、版本混乱以及工艺设计与工艺现场文件不统一等因素所困,同时造成工艺设计人员资料查找困难,浪费大量时间在设计工作之外。据一组研究数据表明:大多数应用工程师在真正的产品设计上仅花费25%的时间,然而却有30%~35%的时间花费在寻找设计所用的数据。本文对基于PLM的通用飞机一体化工艺设计和管理进行深入分析,并总结其优势所在,并对其发展趋势和应用现状进行分析,这对于未来飞机一体化工艺设计效率的提升都具有十分重要的意义。

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作者:李梅 单位:广东省珠海市航空产业园中航通飞华南公司

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