基于產(chǎn)品數(shù)字建模的工程設(shè)計過程

第一章飛機(jī)產(chǎn)品數(shù)字化建模11.5.2基于產(chǎn)品數(shù)字建模的工程設(shè)計過程：1.飛機(jī)數(shù)字化內(nèi)部輪廓DIP(DigitalInboardProfile)飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計從用戶需求信息開始。飛機(jī)總體設(shè)計組經(jīng)過對飛機(jī)的航程、所需燃油、載客量、總體性能及制造成本等進(jìn)行分析后，得出的數(shù)據(jù)就作為進(jìn)行初步產(chǎn)品數(shù)字建模的依據(jù)。建立飛機(jī)總體定義包括飛機(jī)的描述文檔、三面圖、外形氣動布局和飛機(jī)內(nèi)部輪廓圖，即DIP----三維實(shí)體模型------數(shù)字內(nèi)部輪廓DIP。

波音公司初始的一級數(shù)字樣機(jī)232.建立數(shù)字樣機(jī)與數(shù)字化預(yù)裝配DPA（DigitalPre-Assembly）隔框/長桁機(jī)加肋板階段1階段2階段3設(shè)計進(jìn)展1.5.2基于產(chǎn)品數(shù)字建模的工程設(shè)計過程：4第二階段數(shù)字化預(yù)裝配（2級數(shù)字樣機(jī)）

在生產(chǎn)設(shè)計數(shù)據(jù)集發(fā)放之前，為工程部門用來進(jìn)一步進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，驗(yàn)證設(shè)計構(gòu)形等。已經(jīng)用它對飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計和不同設(shè)計組之間的界面進(jìn)行了協(xié)調(diào)，零部件外形已確定下來，但還未進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計。在這一階段DPA的工作進(jìn)展主要體現(xiàn)在為飛機(jī)的可達(dá)性、可維護(hù)性、可服務(wù)性、可靠性、價值工程、人機(jī)工程以及支持裝備的兼容性等進(jìn)行了盡可能的詳細(xì)設(shè)計，但尚未進(jìn)行詳細(xì)的裝配和安裝設(shè)計。工藝裝備設(shè)計以及描述裝配順序的工藝計劃正在進(jìn)行中。

5第三階段數(shù)字化預(yù)裝配（3級數(shù)字樣機(jī)）在此階段，對詳細(xì)設(shè)計零部件進(jìn)行完整的數(shù)字化預(yù)裝配，諸如對有關(guān)飛機(jī)上的管道系統(tǒng)、導(dǎo)線束、控制電纜、絕緣毯、空氣管路、燃油管線、液壓管路、導(dǎo)線夾壓板、角片支架、緊固件和連接孔等制造和安裝進(jìn)行最后計算機(jī)描述。完成了最后階段的數(shù)字化預(yù)裝配設(shè)計工作，使所有的工程數(shù)據(jù)在發(fā)放前即可解決它們之間的干涉問題。

6數(shù)字化預(yù)裝配模型將不斷更新，直至飛機(jī)最后交付。進(jìn)行上述數(shù)字化預(yù)裝配設(shè)計后，工程部門一般不再要求制造傳統(tǒng)的1級、2級和3級實(shí)物樣機(jī)；但對于飛機(jī)部分內(nèi)部系統(tǒng)和構(gòu)件高度密集的區(qū)域，還需制造實(shí)物樣機(jī)。這些部分的實(shí)物樣機(jī)并不是為零部件的工程設(shè)計所需，而是用來進(jìn)行產(chǎn)品驗(yàn)證和安裝的工作環(huán)境試驗(yàn)。7

數(shù)字化預(yù)裝配DPA是一個過程，它利用很多有關(guān)計算機(jī)模型的文件，其中包括零部件布置、裝配和模型安裝。當(dāng)設(shè)計人員、系統(tǒng)分析人員、工藝計劃人員以及工藝裝備設(shè)計人員需要時，就可以把這些模型組裝起來，在計算機(jī)上完成飛機(jī)的裝配模擬工作。對所有零部件都構(gòu)造成三維實(shí)體模型，用來檢查設(shè)計集成的各種狀態(tài)、干涉和界面對接情況。整架飛機(jī)的所有干涉情況可以標(biāo)識出來，并在預(yù)裝配過程中解決干涉問題。8

另外，在數(shù)字化預(yù)裝配中，設(shè)計人員要綜合從工程分析、測試和制造中返回的大量數(shù)據(jù)和信息。因此，數(shù)字化預(yù)裝配模型的數(shù)據(jù)管理工作極其繁瑣且工作量極大，需要有一個專門機(jī)構(gòu)來進(jìn)行數(shù)字化預(yù)裝配的行政管理工作。它管理DPA的共享模型，并要確保所有模型使用者很容易對模型進(jìn)行存取，在數(shù)據(jù)發(fā)放時進(jìn)行最后工藝過程的檢查。9103.主尺寸寸表面MDS(MasterDimensionSurfaces)主尺寸表面面MDS即即飛機(jī)的外形形數(shù)學(xué)模型型，飛機(jī)的三三維外形數(shù)數(shù)字模型與與其數(shù)字內(nèi)內(nèi)部輪廓模模型合在一一起組成了了三維數(shù)字字化產(chǎn)品定定義。它可可以直接起起到三維飛飛機(jī)模線的的作用，又又可以用于于三維飛機(jī)機(jī)零組件的的定義構(gòu)形形，也可用用于后續(xù)的的制造、工工裝設(shè)計、、產(chǎn)品檢驗(yàn)驗(yàn)和數(shù)控加加工等環(huán)節(jié)節(jié)。數(shù)字內(nèi)部輪輪廓DIP主尺寸表面面MDS三維數(shù)字化化產(chǎn)品定義義113.主尺寸寸表面MDS(MasterDimensionSurfaces)主尺寸表面面定義完全全由計算機(jī)機(jī)生成，并并作為數(shù)字字控制的三三維曲面定定義存儲在在數(shù)據(jù)庫中中。它對每每一張曲面面都有數(shù)字字標(biāo)識和修修改版本字字母，以便便于后續(xù)的的設(shè)計和制制造環(huán)節(jié)中中各部門的的技術(shù)人員員調(diào)用。124.幾何何結(jié)構(gòu)設(shè)計計和零件表表生成在飛機(jī)的主尺寸表面面MDS定定義和數(shù)字內(nèi)部輪輪廓模型DIP構(gòu)成的飛機(jī)機(jī)數(shù)字化產(chǎn)產(chǎn)品定義的的基礎(chǔ)上，，進(jìn)一步對對零組件進(jìn)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計。作為為一般規(guī)則則，此階段段的所有零零組件都應(yīng)應(yīng)構(gòu)造成精精確的三維維實(shí)體模型型。13在此基礎(chǔ)上上，再由三三維實(shí)體模模型生成二二維工程圖圖紙，并標(biāo)標(biāo)注尺寸和和公差等，，構(gòu)成唯一一的授權(quán)數(shù)數(shù)據(jù)集。14此階段還有有一項(xiàng)重要要的設(shè)計工工作，即設(shè)設(shè)計人員和和制造工藝藝人員共同同商定如何何建立和控控制產(chǎn)品零件樹樹（產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)樹）?，F(xiàn)階段的工工作都是在在產(chǎn)品協(xié)同同設(shè)計組IPT中進(jìn)進(jìn)行的，其其工作結(jié)果果體現(xiàn)在綜綜合工作說說明IWS中。此時時，產(chǎn)品設(shè)設(shè)計尚未發(fā)發(fā)放。(IntegratedProductTeam)(IntegratedWorkStatement)15當(dāng)結(jié)構(gòu)設(shè)計人人員進(jìn)行了詳詳細(xì)設(shè)計，且且每個零組件件的幾何形狀狀和尺寸正確確無誤后，把把產(chǎn)品的幾何何定義（三維維實(shí)體模型和和二維圖形、、數(shù)控加工曲曲面信息，以以及機(jī)構(gòu)運(yùn)動動模擬信息等等）存到數(shù)據(jù)據(jù)庫，并由集集成數(shù)據(jù)管理理IDM（IntegratedDataManagement）系統(tǒng)進(jìn)行行管理。16APL系統(tǒng)可可以實(shí)現(xiàn)圖紙紙零件表PL（partlist）和物料料清單Bom（Billofmaterial）的的生成、零部部件的更改維維護(hù)、零部件件的構(gòu)型管理理和零部件之之間結(jié)構(gòu)和裝裝配關(guān)系生成成與維護(hù)，以以及以表格的的形式發(fā)放工工程零件數(shù)據(jù)據(jù)等多項(xiàng)功能能。APL系統(tǒng)是是基于圖紙的管理方式，，每份APL表對應(yīng)一一個裝配圖或或安裝圖號，，并且各層圖圖紙的有效性性信息都寫在在APL表中中，如果需要要某特定架次次的飛機(jī)，則則需要從APL表中進(jìn)進(jìn)行提取。雖雖然波音APL系統(tǒng)從從1967年年開始就已已應(yīng)用到所有有商用項(xiàng)目中中，但APL系統(tǒng)在飛飛機(jī)構(gòu)型控制制和有效性管管理上極其復(fù)復(fù)雜。因此，，波音在DCAC/MRM計劃中中逐步采用PDM系統(tǒng)統(tǒng)替代APL系統(tǒng)來進(jìn)進(jìn)行飛機(jī)產(chǎn)品品數(shù)據(jù)的管理理，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)簡化飛機(jī)構(gòu)構(gòu)型的目的。。(PDM基于于設(shè)計零件號號管理）17由此可知，產(chǎn)產(chǎn)品的設(shè)計結(jié)結(jié)果體現(xiàn)在兩兩個方面，一方面是產(chǎn)品品的幾何信息息，它存儲在在IDM系統(tǒng)統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集集中；另一方面是產(chǎn)產(chǎn)品的非幾何何信息，包括括產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹樹和工藝信息息，它存儲于于APL系統(tǒng)統(tǒng)中。這兩部分信信息密切相關(guān)關(guān)、不可分割割，其相關(guān)性性是通過產(chǎn)品品圖號或零件件號來實(shí)現(xiàn)的的，由統(tǒng)一的的系統(tǒng)來管理理。18飛機(jī)的產(chǎn)品數(shù)數(shù)字建模除了了上述產(chǎn)品外外形和內(nèi)部結(jié)結(jié)構(gòu)的三維數(shù)數(shù)字定義之外外，還有很多多系統(tǒng)數(shù)字建建模和其它的的相關(guān)工作：：5.產(chǎn)品數(shù)數(shù)字建模的其其他相關(guān)工作作絕緣毯設(shè)計：：三維數(shù)字化定定義計算機(jī)輔助排排樣飛行駕駛艙設(shè)設(shè)計：人機(jī)工程設(shè)計計管線設(shè)備布置置安裝標(biāo)準(zhǔn)零件庫：：連接件，緊固固件，墊片，，軸承，液壓壓系統(tǒng)元件零件191.5.3基基于產(chǎn)品數(shù)數(shù)字模型的制制造工程飛機(jī)的制造工工程大體上是是與飛機(jī)的設(shè)設(shè)計工作同時時展開的，制制造技術(shù)人員員和設(shè)計人員員在同一產(chǎn)品協(xié)同同設(shè)計組中并行工作。。1.產(chǎn)品結(jié)構(gòu)構(gòu)分解和關(guān)鍵鍵特性的確定定：產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分解解：在飛機(jī)產(chǎn)品的的初步設(shè)計階階段，飛機(jī)的的三維數(shù)字模模型是單一的的整體模型。。需要把飛機(jī)機(jī)整體模型分分解成部件、、組件和零件件，以及基于于這些零組件件的裝配件和和安裝件，直直至最后把飛飛機(jī)裝配起來來。20對零組件不可可能按指定的的尺寸正確無無誤地制造出出來，制造出出的零件尺寸寸一般在所標(biāo)標(biāo)尺寸的允許許公差范圍內(nèi)內(nèi)。這些公差差就是零組件件的關(guān)鍵特性性。制造關(guān)鍵鍵特性是反映映產(chǎn)品幾何外外形要求的信信息，通常以以公差、輪廓廓度、位置度度等形式的信信息出現(xiàn)。但但不是一個零零件上的所有有尺寸和形狀狀都是關(guān)鍵特特性。在IPT中的每個個成員都有權(quán)權(quán)參與確定大大多數(shù)結(jié)構(gòu)件件的關(guān)鍵特性性，設(shè)計人員員、工藝人員員以及質(zhì)量管管理人員一同同確定前述并并行產(chǎn)品設(shè)計計過程中的重重要工作內(nèi)容容。關(guān)鍵特性KeyCharacteristics21制造關(guān)鍵特性性是在飛機(jī)試試制過程中不不斷完善的，，需要及時地地調(diào)整與修改改，以適應(yīng)產(chǎn)產(chǎn)品在不同生生產(chǎn)環(huán)境下帶帶來的變化。。在制造過程程中，由零件件組裝成組件件，組件再裝裝配成部件。。因此可見，，關(guān)鍵特性也也是一個樹形形結(jié)構(gòu)。之間間相互影響，，由上到下逐步步定義。22232.三維工藝藝裝備設(shè)計與與工藝計劃：：工藝裝備設(shè)計計與產(chǎn)品設(shè)計計一樣，也首首先是進(jìn)行三三維建模，然然后工藝裝備備設(shè)計人員利利用三維零部部件模型進(jìn)行行工藝裝備的的數(shù)字化預(yù)裝裝配。進(jìn)行干干涉檢查、空空間驗(yàn)算。工工藝裝備設(shè)計計人員在IPT組中，是是同產(chǎn)品設(shè)計計及工藝計劃劃人員并行工工作的。工藝裝備設(shè)計計人員檢查所所設(shè)計零件的的可生產(chǎn)性，，協(xié)助標(biāo)識零零件的關(guān)鍵特特性，將信息及時反反饋給產(chǎn)品設(shè)設(shè)計人員和工工藝計劃人員員。工藝裝備部門門還負(fù)責(zé)在整整個飛機(jī)制造造過程中對工工藝裝備的配配套、維護(hù)和和檢修工作。。24零件工藝設(shè)計計人員確定零零件因制造過過程的需要而而留有的余量量、導(dǎo)孔和其其他要求，零零件在制造過過程中不同階階段的狀態(tài)可可以放在不同同的層Layer中，以以方便使用。。這些工藝數(shù)據(jù)與產(chǎn)產(chǎn)品設(shè)計數(shù)據(jù)據(jù)一起組成了單一產(chǎn)產(chǎn)品定義包，，即制造延拓數(shù)據(jù)據(jù)集MED(ManufacturingEnhancedDataset)。它需要設(shè)計、、工藝計劃、、工藝裝備設(shè)設(shè)計人員共同同簽字才有效效。254.客客戶支支持服服務(wù)在IPT組組中，，客戶戶服務(wù)務(wù)部門門的人人員和和設(shè)計計人員員并行行工作作，利利用CAD軟件件構(gòu)造造地面面支持持裝備備（GSE－GroundSupportEquipment））的三三維實(shí)實(shí)體模模型。。客戶戶代表表可以以進(jìn)行行地面面支持持裝備備的數(shù)數(shù)字化化預(yù)裝裝配，，檢查查GSE與與飛機(jī)機(jī)零部部件之之間的的配合合和使使用情情況。。還可以以進(jìn)行行技術(shù)術(shù)出版版物的的圖形形（三三維圖圖形、、爆炸炸圖））的生生成。。26AQS最最早早由由波波音音公公司司提提出出，，以以解解決決日日益益突突出出的的生生產(chǎn)產(chǎn)波波動動帶帶來來的的質(zhì)質(zhì)量量問問題題。。其其基基本本方方法法是是通通過過對對影影響響產(chǎn)產(chǎn)品品關(guān)關(guān)鍵鍵特特性性的的硬硬件件波波動動源源采采取取控控制制（（即即硬硬件件可可變變性性控控制制，，HardwareVariabilityControl，，HVC））來來達(dá)達(dá)到到提提高高產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量量穩(wěn)穩(wěn)定定性性的的要要求求。。HVC是是一一種種用用來來管管理理由于于零零件件制制造造的的偏偏差差而而引引起起的的更更改改、、出出錯錯和和返返工工的的方方法法。。它是是通通過過盡盡量量減減少少零零部部件件間間的的段段面面劃劃分分和和綜綜合合考考慮慮控控制制零零部部件件關(guān)關(guān)鍵鍵特特性性的的選選擇擇方方法法來來實(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)的的，，并并利利用用兩兩個個有有力力的的質(zhì)質(zhì)量量杠杠桿桿－－關(guān)關(guān)鍵鍵特特性性KC和和統(tǒng)統(tǒng)計計過過程程控控制制SPC來來完完成成。。5.硬硬件件可可變變性性控控制制HVC和和質(zhì)質(zhì)量量管管理理質(zhì)量量體體系系（（AdvancedQualitySystem,AQS））27SPC是是英英文文StatisticalProcessControl的的字字首首簡簡稱稱，，即即統(tǒng)統(tǒng)計計過過程程控控制制，，是是應(yīng)應(yīng)用用統(tǒng)統(tǒng)計計方方法法對對生生產(chǎn)產(chǎn)過過程程中中的的各各個個階階段段進(jìn)進(jìn)行行監(jiān)監(jiān)控控，，從從而而達(dá)達(dá)到到改改進(jìn)進(jìn)與與保保證證產(chǎn)產(chǎn)品品質(zhì)質(zhì)量量的的目目的的。。統(tǒng)計過程控制制（SPC）為質(zhì)質(zhì)量管理的一一個重要環(huán)節(jié)節(jié)。質(zhì)量管理理的目的不僅僅僅用加強(qiáng)檢檢驗(yàn)來達(dá)到。。若零件檢驗(yàn)驗(yàn)不合格，往往往我們僅能能對產(chǎn)品進(jìn)行行修復(fù)、報廢廢、記錄等方方式處理，而而無法預(yù)防制制造過程中的的損失。而ＳＳＰＣ的目的的，在于將檢檢驗(yàn)結(jié)果用統(tǒng)統(tǒng)計分析的手手法，及時發(fā)發(fā)現(xiàn)并排除造造成制造質(zhì)量量不穩(wěn)定的因因素，把生產(chǎn)產(chǎn)制造的數(shù)據(jù)據(jù)用正態(tài)分布布原理，預(yù)先先估計廢品的的概率。(強(qiáng)調(diào)過程控控制，預(yù)防可可能發(fā)生的損損失，消除或或降低到可接接受程度））28在IPT組中中，質(zhì)量控制制計劃人員與與制造工程師師一起，根據(jù)據(jù)首件檢驗(yàn)要要求等制定產(chǎn)產(chǎn)品檢驗(yàn)計劃劃、校核計劃劃和一致性計計劃等，并負(fù)負(fù)責(zé)檢驗(yàn)工程程設(shè)計各種制制造標(biāo)準(zhǔn)情況況，評審由工工程設(shè)計、工工藝計劃和工工藝裝備設(shè)計計人員在CAD系統(tǒng)上產(chǎn)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集集，最后還需需國家航空管管理部門的審審查。29在裝配生產(chǎn)中中，應(yīng)用AQS來實(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化裝裝配質(zhì)量的提提高。首先，，裝配車間的的質(zhì)量管理系系統(tǒng)根據(jù)設(shè)計計部門給出的的關(guān)鍵特性制制定AQS檢驗(yàn)計劃劃，而后在質(zhì)質(zhì)量現(xiàn)場采用用常規(guī)檢驗(yàn)手手段和數(shù)字化化手段進(jìn)行產(chǎn)產(chǎn)品質(zhì)量的檢檢測，對于發(fā)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量量異常的現(xiàn)象象，需要通過過分析影響關(guān)關(guān)鍵特性的硬硬件波動源，，提出返工或或修改意見，，直至質(zhì)量達(dá)達(dá)到設(shè)計要求求