無圖設(shè)計(jì)與制造技術(shù)

1、閱讀文獻(xiàn)03 “無圖設(shè)計(jì)與制造技術(shù)”在上飛廠波音737-700平尾項(xiàng)目中的應(yīng)用 波音公司在研制生產(chǎn)波音777飛機(jī)和新一代波音737飛機(jī)中采用的”無圖設(shè)計(jì)制造技術(shù)”,是以并行工程/系統(tǒng)工程(CE/SE)原理和團(tuán)隊(duì)工作(TEAM WORK)精神為基礎(chǔ),以聯(lián)合產(chǎn)品工作組(IPT)和集成產(chǎn)品定義(CPD)為工作方式,以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)字式生產(chǎn)設(shè)備等為基本手段,使產(chǎn)品和工裝的設(shè)計(jì)/生產(chǎn)/檢驗(yàn)完全基于數(shù)字化的信息傳遞和處理,真正實(shí)現(xiàn)了”無紙化”設(shè)計(jì)生產(chǎn).它超越并取代了”設(shè)計(jì)圖紙并按圖紙制造”這一傳統(tǒng)意義上的生產(chǎn)方式,代表了當(dāng)代飛機(jī)設(shè)計(jì)制造這一高技術(shù)領(lǐng)域的最新趨勢(shì)和最高水平。 上海飛機(jī)制造廠自95年簽定合同為

2、波音公司轉(zhuǎn)包生產(chǎn)波音737-700飛機(jī)水平安定面項(xiàng)目以來,按照波音公司的要求,結(jié)合工廠實(shí)際情況,借鑒并探索實(shí)施了無圖(數(shù)字式)設(shè)計(jì)制造技術(shù),取得了良好的階段性成果.目前,上飛廠生產(chǎn)的首架波音737-700平尾已進(jìn)入最后總裝交付階段,批量生產(chǎn)亦已展開。以下分三個(gè)部分對(duì)此進(jìn)行簡單介紹和初步總結(jié)。 一.波音公司”無圖設(shè)計(jì)制造技術(shù)”的有關(guān)背景介紹: 波音737-700飛機(jī)是在波音777飛機(jī)研制的基礎(chǔ)上進(jìn)行的,吸取了777無圖設(shè)計(jì)的成功經(jīng)驗(yàn).設(shè)計(jì)和制造工作是在波音AUBURN,RENTON和WICHITA分部進(jìn)行的.我國18名工程師參與設(shè)計(jì),整個(gè)設(shè)計(jì)過程經(jīng)歷了一年時(shí)間.產(chǎn)品建模工作是在基于IBM主機(jī)的5

3、080,5086圖形終端上進(jìn)行的,采用CATIA軟件(4.1.3版),設(shè)計(jì)形成的CATIA數(shù)據(jù)庫以三維實(shí)體(SOLID)模型為主,同時(shí)也儲(chǔ)存了通常意義上的二維圖紙,因此從某種程度來說,生產(chǎn)仍可按有”圖”來組織,-即”無圖設(shè)計(jì),有圖生產(chǎn)”,只是協(xié)調(diào)依據(jù)和圖紙上需要補(bǔ)充的信息,取自三維模型。 采用無圖設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)是為了提高協(xié)調(diào)精度,在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工裝設(shè)計(jì)過程中都可以在計(jì)算機(jī)上實(shí)施數(shù)字化預(yù)裝配(DIGITAL PRE-ASSEMBLY),提前發(fā)現(xiàn)和解決不協(xié)調(diào)現(xiàn)象;同時(shí)允許采用平行作業(yè):產(chǎn)品設(shè)計(jì),工裝設(shè)計(jì),數(shù)控編程,產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和材料清單,關(guān)鍵特征的確定均可在很大程度上平行開展,從而加快了項(xiàng)目研制進(jìn)度,同

4、時(shí)也可以提早發(fā)現(xiàn)實(shí)施中的問題,以便及時(shí)防止和糾正。 波音產(chǎn)品定義在形式上分為三大部分:產(chǎn)品數(shù)據(jù)集(DATASET),零件細(xì)目表(PL)和相關(guān)規(guī)范(SPEC).在波音內(nèi)部已基本實(shí)現(xiàn)了所有以上三部分產(chǎn)品信息均可以在制造現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)工作站上即時(shí)調(diào)用和在數(shù)字化生產(chǎn)設(shè)備上經(jīng)過某種轉(zhuǎn)換處理后的直接使用,因此只有在某些特殊情況下才需要打印出圖紙以供參考,這就是所謂的無圖制造.由于所有的產(chǎn)品信息都是最新完整有效和經(jīng)過協(xié)調(diào)的,所以極大地提高了生產(chǎn)效率。 在此基礎(chǔ)上,波音公司自97年開始又在整個(gè)公司內(nèi)部和主要供應(yīng)商系統(tǒng)內(nèi)開展了飛機(jī)構(gòu)型定義與控制和制造資源管理(DCAC/MRM)的貫徹工作.它是在原有無圖設(shè)計(jì)生產(chǎn)的基

5、礎(chǔ)上,通過采用新的飛機(jī)構(gòu)型管理和生產(chǎn)工藝計(jì)劃管理計(jì)算機(jī)系統(tǒng),重組和簡化設(shè)計(jì)生產(chǎn)流程,提高無圖(數(shù)字化)設(shè)計(jì)生產(chǎn)的效率。 由于以上原因,包括平尾在內(nèi)的整個(gè)737-700飛機(jī)結(jié)構(gòu)大規(guī)模地采用整體數(shù)控加工成型技術(shù),同時(shí)也使得大量的零件工裝和裝配工裝組件也需要數(shù)控加工和檢驗(yàn),以提高大批量生產(chǎn)效率,保證產(chǎn)品精度;在裝配工裝安裝和產(chǎn)品裝配中使用數(shù)字量傳遞,大大減少了傳統(tǒng)模線樣板和協(xié)調(diào)標(biāo)工的使用量,縮短了研制周期。 在向我廠傳遞直接產(chǎn)品定義時(shí),波音公司不再提供工程底圖或藍(lán)圖,而是總計(jì)提供了約600個(gè)工程數(shù)據(jù)集和約400個(gè)裝配工裝數(shù)據(jù)集,均采用8mm流式磁帶介質(zhì)傳遞,并規(guī)定了嚴(yán)格的恒溫恒濕防磁保存條件和讀取發(fā)

6、放控制程序.但由于條件限制,零件細(xì)目表(PL)和相關(guān)規(guī)范(SEPC)目前仍以紙面(硬拷貝)方式提供和更新。 二.上飛廠在波音737-700平尾項(xiàng)目中實(shí)際應(yīng)用”無圖設(shè)計(jì)制造技術(shù)”的情況： 作為第一次承接波音公司復(fù)雜和高精尖的轉(zhuǎn)包產(chǎn)品,且只有制造授權(quán)而沒有設(shè)計(jì)授權(quán)的供應(yīng)商,我們不可能也沒有必要象波音公司本部那樣實(shí)現(xiàn)100%的無圖設(shè)計(jì)和制造.上飛廠決定采取”在滿足波音公司對(duì)產(chǎn)品加工及裝配過程特定要求的基礎(chǔ)上,結(jié)合工廠實(shí)際情況,循序漸進(jìn),隨項(xiàng)目進(jìn)展實(shí)施逐步推進(jìn)提高”的方針,堅(jiān)持”工程/工裝圖紙只作為工作參考,所有用于產(chǎn)品/工裝制造/檢驗(yàn)/協(xié)調(diào)的實(shí)際信息必須取自和最終追朔于工程數(shù)據(jù)集”的原則,大規(guī)模地采

7、用數(shù)字量傳遞和數(shù)控加工/檢測(cè)技術(shù),同時(shí)在工程設(shè)計(jì)許可范圍內(nèi)采用數(shù)字化和傳統(tǒng)的模擬量傳遞相結(jié)合的方法以及常規(guī)加工檢驗(yàn)方法。 1.軟硬件設(shè)備設(shè)施準(zhǔn)備： A)新購14臺(tái)基于CATIA系統(tǒng)的RS6000工作站和相應(yīng)的工程繪圖儀用于儲(chǔ)存工程數(shù)據(jù)集和工裝數(shù)據(jù)集(即產(chǎn)品原始定義),進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助工裝二次設(shè)計(jì),并在這些工作站上對(duì)需數(shù)控加工的零件進(jìn)行數(shù)控編程； B)改造1臺(tái)大型數(shù)控平板繪圖機(jī)用于輸出模線； C)新購6臺(tái)HAAS三坐標(biāo)加工機(jī)床,3臺(tái)JOB五坐標(biāo)數(shù)控加工中心,2臺(tái)CINCINNATI五坐 標(biāo)數(shù)控加工中心,加上原有的的2臺(tái)5A3P三軸五坐標(biāo)數(shù)控龍門銑等,專門用于數(shù)控加工本體零件和數(shù)控加工工裝； D)新

8、購和改造5臺(tái)CMM三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)用于本體零件和工裝的數(shù)字化檢測(cè)； E)新購2臺(tái)計(jì)算機(jī)輔助經(jīng)緯儀CAT和2臺(tái)激光跟蹤儀LASER TRACKER用于工裝型架數(shù)字化裝配/檢驗(yàn),工裝周期檢測(cè)和大型復(fù)雜零件的測(cè)量檢驗(yàn)； F)建立基于內(nèi)部局域網(wǎng)的,由各職能部門和生產(chǎn)車間PC機(jī)所構(gòu)成的技術(shù)/生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)。 2.人員培訓(xùn)： 自95年起,上飛廠技術(shù)/生產(chǎn)負(fù)責(zé)人帶隊(duì)先后對(duì)波音公司進(jìn)行了多次考察學(xué)習(xí),并派出6個(gè)批次的幾十名技術(shù)生產(chǎn)骨干赴波音公司參加CATIA設(shè)計(jì)/制造/檢驗(yàn),工裝設(shè)計(jì),特種工藝,零件制造,裝配等專門培訓(xùn),獲得各級(jí)各類資格證書,形成了我廠波音平尾項(xiàng)目實(shí)施無圖設(shè)計(jì)制造的基本隊(duì)伍.波音公司也通過派專家

9、來廠和常駐代表不斷協(xié)助培訓(xùn);通過IBM公司,LEICA公司等設(shè)備供應(yīng)商的專門培訓(xùn)以及內(nèi)部培訓(xùn),使全廠從事波音項(xiàng)目的技術(shù)人員基本上掌握了有關(guān)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)和數(shù)字式設(shè)備的操作。 3.波音公司對(duì)上飛廠無圖設(shè)計(jì)制造能力的認(rèn)證過程： 經(jīng)過上述的設(shè)備設(shè)施改造及人員培訓(xùn),在波音專家的幫助下編制和實(shí)施了大量用于管理無圖設(shè)計(jì)制造技術(shù)流程的部門和公司級(jí)程序,并在首架波音平尾的技術(shù)準(zhǔn)備,生產(chǎn)準(zhǔn)備,加工和裝配過程進(jìn)行了全面貫徹,獲得了如下的波音公司認(rèn)證證書并基本形成體系： A)1996年4月19日獲得波音公司D1-9000供應(yīng)商質(zhì)量保證體系認(rèn)證批準(zhǔn),1998年10月12日獲得D1-9000A版供應(yīng)商先進(jìn)質(zhì)量保證體系認(rèn)證批

10、準(zhǔn)； B)1996年6月14日獲得波音公司4017-1/2 CAD/CAM/CAI應(yīng)用能力合格供應(yīng)商認(rèn)證批準(zhǔn)； C)1997年8月20日獲得波音公司4017-3計(jì)算機(jī)輔助經(jīng)緯儀CAT應(yīng)用能力合格供應(yīng)商認(rèn)證批準(zhǔn)； D)1998年3月24日獲得波音公司4017-5激光跟蹤儀LASER TRACKER應(yīng)用能力合格供應(yīng)商認(rèn)證批準(zhǔn)。 4.建立了完整可靠的數(shù)字式產(chǎn)品定義在零件加工/工裝設(shè)計(jì)/工裝制造/產(chǎn)品裝配中的信息流傳遞流程控制系統(tǒng),所有的產(chǎn)品數(shù)據(jù)集均由計(jì)算機(jī)中心控制發(fā)放更新,保證了產(chǎn)品的完整性和準(zhǔn)確性。 5.進(jìn)行了對(duì)波音提供的裝配工裝數(shù)據(jù)集的計(jì)算機(jī)輔助二次設(shè)計(jì)近百項(xiàng)并獲得波音公司批準(zhǔn),同時(shí)進(jìn)行了部分復(fù)

11、雜零件工裝的計(jì)算機(jī)輔助工裝設(shè)計(jì),從而較大幅度地提高了工裝固有精度。 6.完成了以16根梁緣條和84只整體肋為代表的波音平尾全機(jī)230多個(gè)需數(shù)控加工零件的編程和加工,并進(jìn)行了計(jì)算機(jī)輔助工藝設(shè)計(jì)(CAPP)的嘗試,以優(yōu)化工藝流程,提高生產(chǎn)效率;同時(shí)對(duì)以數(shù)控加工夾具和鈑金成形工裝為代表的零件工裝和以型架卡板/協(xié)調(diào)樣件為主的裝配工裝零件進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)控加工和檢測(cè),為數(shù)近八百項(xiàng)(件),從而保證了零件精度和產(chǎn)品/工裝協(xié)調(diào)性。 7.在裝配工裝的安裝過程中,首次使用計(jì)算機(jī)輔助經(jīng)緯儀CAT和激光跟蹤儀LASER TRACKER進(jìn)行數(shù)字化協(xié)調(diào)安裝檢測(cè),所有安裝和檢測(cè)數(shù)據(jù)均直接傳遞自工程數(shù)據(jù)集和工裝數(shù)據(jù)集,從而改進(jìn)

12、原先以工作平臺(tái)劃線定位安裝卡板/鉆模板的傳統(tǒng)工藝方法,極大地提高了型架安裝精度并縮短了型架安裝周期。 8.在對(duì)產(chǎn)品的數(shù)字化檢測(cè)中,所有用于產(chǎn)品檢驗(yàn)的模線均由大型數(shù)控平板繪圖機(jī)直接繪制并嚴(yán)格保存;在編制幾百份數(shù)控加工零件和工裝的測(cè)量計(jì)劃的基礎(chǔ)上,完成了對(duì)首架零件和工裝的CMM三坐標(biāo)數(shù)控測(cè)量機(jī)和激光跟蹤儀LASER TRACKER測(cè)量,積累了對(duì)復(fù)雜零件/工裝型面采點(diǎn)測(cè)量的經(jīng)驗(yàn)。 9.由于采用數(shù)字化協(xié)調(diào)方式,給裝配線至少帶來以下幾點(diǎn)好處： A)零件與工裝的協(xié)調(diào)/定位孔均由數(shù)控加工,不但保證了零組件之間的裝配協(xié)調(diào)關(guān)系,也保證了工裝之間的協(xié)調(diào)定位關(guān)系,從而提高了產(chǎn)品的互換性和可替代性。 B)大量減少了標(biāo)

13、工的使用,整個(gè)波音平尾項(xiàng)目波音公司僅提供了用于平尾與機(jī)身交點(diǎn)對(duì)接的(德州星)一副標(biāo)工作為協(xié)調(diào)工作交接面的依據(jù)。 C)在首架裝配過程中,產(chǎn)品與裝配工裝不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象相比原麥道項(xiàng)目大幅度下降,大大縮短了首架裝配周期。 10.為適應(yīng)無圖設(shè)計(jì)生產(chǎn)方式和大批量,高速率交付的合同要求而建立的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)正逐步完善并開始發(fā)揮作用,包括廠內(nèi)計(jì)算機(jī)局域連網(wǎng)系統(tǒng),MASTER SCHEDULE主進(jìn)度計(jì)劃系統(tǒng),產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和構(gòu)型樹IBOM/SSPL管理系統(tǒng),OTS零件生產(chǎn)指令跟蹤系統(tǒng)等已開始運(yùn)行。 11.利用數(shù)字化加工和檢測(cè)設(shè)備,上飛廠在波音平尾項(xiàng)目試行了AQS(先進(jìn)質(zhì)量系統(tǒng))的貫徹工作,利用SPC(統(tǒng)計(jì)工藝控制),H

14、VC(硬件差異控制)等技術(shù)以提高工裝和本體零件的質(zhì)量穩(wěn)定性。 三.無圖(數(shù)字化)設(shè)計(jì)/制造對(duì)提高設(shè)計(jì)/制造及管理能力的作用及前景： 1.波音737-700平尾項(xiàng)目應(yīng)用無圖設(shè)計(jì)制造技術(shù)的基本經(jīng)驗(yàn),意義及其作用： 1)通過波音平尾項(xiàng)目的實(shí)踐,我們基本摸清了無圖設(shè)計(jì)制造技術(shù)的原理和方法,配備了較為完備的設(shè)備力量,初步建立了一套比較完整的適合于飛機(jī)生產(chǎn)廠的無圖生產(chǎn)流程保證體系,形成了一支開始適應(yīng)數(shù)字化生產(chǎn)的技術(shù)和管理隊(duì)伍。 2)通過開展無圖(數(shù)字化)設(shè)計(jì)生產(chǎn),使企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)和管理者樹立了新的航空產(chǎn)品生產(chǎn)研制模式的概念;技術(shù)人員掌握了這種先進(jìn)的技術(shù)方法,提高了工作效率;工人師傅們?cè)诳朔饲捌谖冯y情緒后,看到

15、了采用無圖(數(shù)字化)技術(shù)帶來生產(chǎn)效率提高的好處.這種意識(shí)的建立和提高無疑是十分寶貴的。 3)應(yīng)當(dāng)看到,先進(jìn)的無圖設(shè)計(jì)制造方式對(duì)于縮短工程項(xiàng)目的研制周期,提高產(chǎn)品質(zhì)量,減少返工和報(bào)廢現(xiàn)象,更好地滿足客戶要求是極大好處的.據(jù)波音公司專家介紹,波音為了爬上這個(gè)臺(tái)階整整花了十年的努力,而要求我們只用三年時(shí)間在制造領(lǐng)域也達(dá)到這樣的高度,難度是十分大的。 2.對(duì)下一步推進(jìn)無圖設(shè)計(jì)制造技術(shù)的設(shè)想： 1)圍繞無圖生產(chǎn)方式的核心-提高數(shù)控加工和檢測(cè)效率繼續(xù)開展攻關(guān),以適應(yīng)未來大批量,高速率交付的需要。 2)結(jié)合CMIS工程,真正實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品信息在全廠技術(shù)/生產(chǎn)/管理系統(tǒng)的無縫流動(dòng)和有效利用。 3)推進(jìn)飛機(jī)構(gòu)型定義與控制和制造資源管理DCAC/MRM的貫徹,實(shí)現(xiàn)從INTERNET國際互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)時(shí)下載波音公司專門站點(diǎn)提供的有關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù),提高無圖生產(chǎn)的效率。 3.對(duì)應(yīng)用無圖(數(shù)字化)設(shè)計(jì)制造技術(shù)以提高設(shè)計(jì)/制造/管理水平的幾點(diǎn)想法： 1)無圖(數(shù)字化)設(shè)計(jì)制造技術(shù)是一系列先進(jìn)設(shè)計(jì)/制造/管理方式和具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)的有機(jī)組合和完整體系,而不是簡單的數(shù)控加工;從本質(zhì)上來這說是一個(gè)深刻的管理變革,而不僅僅是某種新計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用;實(shí)際上它更強(qiáng)調(diào)人的因素在計(jì)算機(jī)管理中的決定性作用。 2)無圖(數(shù)字化)設(shè)計(jì)制造技術(shù)對(duì)企業(yè)的技術(shù)生產(chǎn)管理體系,對(duì)技術(shù).制造和管理人員的素質(zhì)提出了