航空航天产品数字化研制体系及其研制流程构建讲课教案.docx

2015～2016学年第二学期

航空航天产品数字化研制体系及研制流程构建

目录
摘要 2
第一章 概论 2
1.1研究背景 2
1.2国内外研究现状 3
1.3数字化工厂 4
1.4发展方向 6
第二章 数字化建模 7
2.1产品数字化建模技术 7
2.2数字样机 7
2.3产品数字模型在飞机应用 8
第三章 数字化车间 9
3.1车间布局与仿真框架模型 9
3.2车间生产线仿真模型 10
3.3飞机装配工艺设计 11
3.4数字化产品装配 12
3.5车间物流体系 15
第四章 数字化航空产品维护 16
4.1航空产品物流 16
4.2航空数字化维修 17
第五章 A380装配看宽体客机的装配技术 18
5.1A380飞机性能及其特点 18
5.2A380飞机装配所使用的数字化技术 18
5.3A380的创新性研制过程 19
第六章 数字化制造管理 20
6.1数字化生产管理 20
6.2数字化生产管理的发展历程 20
第七章 总结与展望 21
参考文献 22
附录 缩写词对照表 24

航空航天产品数字化研制体系及其研制流程构建
摘要
分析了我国航空数字化目前研制现状与发展趋势，针对航空产品研制中具有的系统结构复杂、多学科交叉、研制过程非常复杂、可靠性要求极高、研制所厂之间协同要求高等特点，充分借鉴已有的研究成果，对适于航空航天研制数字化的产品进行了深入地研究，提出了一种面向异地协同设计的、开放的、基于PDM系统框架和系统集成的航空航天产品开发平台的体系结构，并对数字化的核心技术进行了深入的探讨。论文以工业革命改革为背景，展开了数字化的航空航天产品开发平台的研制。论述数字化研制体系从市场调研、建模、工艺规划、设计、加工、数字化装配、维护和制造管理进行构建，实现对产品设计、功能、制造过程的仿真和产品原型制造，低成本方便快捷获得所需产品。即产品建模是基础，优化设计是主体，数据管理是核心。
关键词：数字化、虚拟制造、网络制造、制造管理
第一章 概论
1.1研究背景
随着世界政治格局变化以及经济全球化的特点，进入20世纪90年代以来，世界航空工业正在形成设计、生产与市场的全球化，降低飞机全生命周期内的成本以及提高飞机的质量（舒适性、可靠性、经济性、环保性）成为现代飞机研制的重要指标。无论是工业4.0，还是中国制造2025，亦或互联网的讨论，数字化的发展势在必行，航空航天工业也将借助智能制造的机遇，走上自动化、信息化的道路上。数字化制造是通过信息技术应用，实现所有生产设备是识别、感知、互联，并通过生产过程数字化系统将这些信息过程融合起来，从而实现资源、信息、物流和人的交流和互动。数字化已经渗透到产品研制的设计、制造、试验和管理的全过程中，出现了飞机产品数字化定义、虚拟制造、仿真等单元技术。 
采用数字化设计制造集成技术是保证飞机快速研制的必要手段。美国联合攻击战斗机（JSF） 是体现数字化设计制造技术应用水平的典型实例，证明了数字化设计制造技术在提高飞机产品质量、缩短研制周期方面至关重要的作用和地位。中国航空工业第一集团公司为了完成信息化建设，迎接国际航空市场激烈的竞争和挑战，提出了基于信息技术、实现跨越式发展的战略构想。数字化产品定义技术面向从设计、分析、制造、装配到维护、销售、服务等全生命周期的各个环节，用于描述和定义产品全生命周期的数字化过程中所应包含的信息，及信息间的关联关系，使其成为计算机中可实现、可管理和可使用的信息。
产品设计信息是产品开发的整个的源头，为延续研制产品进行后续阶段。开发高效产品设计方案是各行业都关注的问题。数字化产品开发（DPD）是产品设计和工艺规划阶段采用数字化手段，以产品-过程-资源（Product-Process-Resource，PPR）核心建立模型，用数字样机（Digital Mock Up，DMU）进行产品模型试验，便于产品的优化设计和改型设计，加速产品的工艺规划。
1.2国内外研究现状
数字化制造技术美国最早应用，19世纪50年代，MIT发明NC机床和CAM处理系统APT（Automatically Programmed Tools）系统，K&T公司研制成功带ATC的加工中心和UT公司研制成功了带自动换刀方式的世界上第一台加工中心。60、70年代,CAD软件(二维绘图和三维造型)的出现和柔性化制造系统（Flexible Manufacturing System，FMS）系统的出现,以及CAD/CAM系统的发展。进入80年代,出现了计算机集成制造系统(Computer Integrated Manufacturing System，CIMS),使波音公司的飞机在设计､制造和管理的时间由原先的八年缩短到三年。从80年代末期到现在,出现了在机械､航空航天､汽车､造船等领域广泛应用的CAD/CAM一体化三维软件。90年代发展起来的快速成型技术（Rapid prototyping，RP）,可以对产品进行快速评价､修改及功能试验,有效地缩短了开发产品的时间。数字化制造技术不断发展,1990年美国波音公司代表率先开展数字化设计技术研究，选用CATIA软件系统，方面网络上的资源共享过程。B767-X的设计上用CATIA对全部零件进行三维数字化设计，数字化预装配和并行工程。在企业管理方面进行资源重组、过程重组和产品重组。名的联合攻击战斗机JSF项目通过建立基于协同平台的全球化虚拟企业，覆盖飞机全生命周期全面采用数字化技术，使飞机设计时间减少50%，工装减少90%，总装工装减少95%，零部件数量减少50%，制造周期缩短67%，制造成本降低50%，使用维护成本降低50%。欧洲以及巴西等航空制造业比较发达的地区或国家的产品数字化制造管理变革也基本经过了这种变革的过程。
相对而言，中国航空工业起步比较晚，目前我们能还只是向现代航空制造技术迈进起步阶段，航空制造也走过了“维修-仿制-改进-研制”的路程，建设一个现代化的航空制造工程体系，进入飞机装配的数字化时代，缩短研制周期、降低研制成本。“飞豹”飞机研制应用数字化设计、制造和管理技术，初步实现飞机的数字化制造。在ARJ21飞机的基础上，C919飞机采用自动化生产线，突出数字化装配协调技术，实现复杂构型的自动化柔性装配生产线。
1.3数字化工厂
1、数字化工厂由来
在设计部分，CAD和PDM系统的应用已相当普及；在生产部分，ERP等相关的信息系统研制比较好，但在解决“如何制造→工艺设计”这一关键环节上，大部分国内企业还没有实现有效的计算机辅助治理机制，“数字化工厂”技术与系统作为新型的制造系统，紧承着虚拟样机（Virtual Prototype，VP）和虚拟制造（virtual Manufacturing，VM）的数字化辅助工程，提供了一个制造工艺信息平台，能够对整个制造过程进行设计规划，模拟仿真和检测，并将制造信息资源共享，从而实现虚拟制造和并行工程，保障生产的顺利进行。
“数字化工厂”规划系统通过同一的数据平台，通过具体的规划设计和验证预见所有的制造任务，在进步质量的同时减少设计时间，加速产品开发周期，消除浪费，减少为了完成某项任务所需的资源数目等，实现主机厂内部、生产线供给商、工装夹具供给商等的并行工程。
数字化工厂（Digital Factory，DF）是企业数字化辅助工程新的发展阶段，包括产品开发数字化、生产准备数字化、制造数字化、管理数字化、营销数字化。除了要对产品开发过程进行建模与仿真外，还要根据产品的变化对生产系统的重组和运行进行仿真，使生产系统在投入运行前就了解系统的使用性能，分析其可靠性、经济性、质量、工期等，为生产过程优化和网络制造提供支持。
2、数字化工厂的主要内容
数字化工厂是以资源、操作和产品为核心，将数字化的产品设计数据，在现有实际制造系统的所映射的虚拟现实环境中，对产品生产过程进行计算机仿真和优化的虚拟制造方式。
从广义角度而言，数字化工厂是以制造产品和提供服务的企业为核心，由核心企业以及一切相关的成员(包括核心制造企业、供应商、软件系统服务商、合作伙伴、协作厂家、客户、分销商等)构成的，使一切信息数字化的动态组织方式。主要特点有：动态性、集成性、互补性、合约性、趋利性、可信任性、多目的性、相对稳定性、协作性和自治性等。
从狭义角度而言，数字化工厂是以资源、操作和产品为核心，将产品设计数据数字化，在现有实际制造系统的虚拟现实环境中，对生产过程进行计算机仿真和优化的虚拟制造方式。其主要以工艺规划和生产路线规划为核心，如何组织生产问题。
3、数字化工厂的关键技术
（i） 数字化建模技术
通常研究的制造系统是非线性离散化系统，需要建立产品模型、资源模型制造设备、材料、能源、工夹具、生产人员和制造环境等、工艺模型工艺规则、制造路线等以及生产管理模型系统的限制和约束关系。数字化工厂是建立在模型基础上的优化仿真系统，所数字化建模技术是数字化工厂的基础。
（ii） 优化仿真技术
　　随着虚拟设计技术的发展，在计算机中进行产品零件的三维造型、装配分析和数控加模拟技术以及以工程分析技术不断发展和完善，这种技术进一步向制造过程领域发展。数字化建模的基础上，对制造系统进行运动学、动力学、加工能力等各方面进行动态仿真优化。
（iii） 虚拟现实技术
文本信息很难满足制造业的需求，随着三维造型技术发展，三维实体造型技术已得到普遍的应用具有沉浸性的虚拟现实技术，使用户能身临其境地感受产品的设计过程和制造过程，使仿真的旁观者成为虚拟环境的组成部分。
（iv） 软件之间的重组和集成
数字化工厂软件模块之间以及和其他软件模块之间的信息交换和集成。
（v） 应用工具
产生虚拟环境的工具集、各种数据转换工具、设备控制程序的生成器、各种报表的输出工具等。
4、 数字化工厂的功能分析
数字化工厂的实施涉及到产品开发的整个过程，数字化工厂系统可以主要划分为车间布局、工艺规划、仿真优化三大功能模块，如图1-1所示。

图1- 1数字化工厂基本功能
合理的车间设备布局可以节约大量的物料运输费用，提高使用率。工厂布局仿真主要是建立厂房的布局模型，包括设备、工装夹具、物流运输设备等。工艺规划是在构建的虚拟平台上，将工艺大纲与产品设计数据结合，对产品的加工工艺和装配进行合理规划。一般工艺过程由三个基本要素主成，即产品（零件和部件）、资源（厂房、工人、设备）和操作（运输、加工、装配等）。仿真优化是在仿真模型中，对生产线进行物流仿真，同时对工艺规划的方案进行验证。通过工厂布局仿真、工艺规划、仿真优化这三大模块建立起来数字化工厂模型，对规划的结果进行仿真优化，将优化结果反馈到规划设计阶段进行调整。
1.4发展方向
美国政府提出“再工业化”战略，旨在提升数字化设计、制造能力。德国政府推出“工业4.0”战略，旨在通过采用先进物联网技术，打造数字化工厂，实现从采购、生产到销售和服务的全产业链数字化。数字化技术是产品创新和技术创新的共性使能技术，它将促进产品和工艺设计更趋现代化，加工制造更加精密、快速，制造系统更加柔性、智能。飞机研制数字化技术的发展趋势是帮助企业实现飞机设计、工艺规划、验证、管理过程的可视化和自动化，进而通过流程的优化实现精益制造，通过智能技术的应用实现智能制造。数字化制造是数字化设计的延伸，数字化技术将改变制造业的设计、生产、管理和服务方式，从而推动产业形态和制造模式的深刻变革。
在飞机全生命周期的研制活动中，通过模型、样机、仿真或其他手段验证和确认方案，展开详细设计与制造，各个阶段的活动是一个迭代递归的过程。传统工艺串行设计成本高、研制周期长。通过实施并行工程，并行工程的主要内容就是飞机设计制造流程的重构、以产品为中心的集成产品开发团队（IPT）的重组、数字化产品定义和仿真工具的应用及并行协同的工作平台的建立。
随着计算机和网络技术的发展，基于多媒体计算机系统和通信网络的数字化制造技术为现代制造系统的并行作业、分布式运行、虚拟协作、远程操作与检修等提供可能。数字化制造术与航空产品的发展趋势，制造信息的数字化将实现CAD/CAPP/CAM/CAE的一体化，使产品向无图纸制造方向发展，直接传送给数控机床完成加工。利用网络可以将分布在世界各地的资源汇集起来，实现信息传递和资源共享。随着数字化产品开发和数字化制造发展，数字化工厂的出现，控制与管理整个制造流程及企业内外资源的合理应用与优化配置，数字化工厂可以快速，少误差，低成本制造出符合需求的产品。
第二章 数字化建模
2.1产品数字化建模技术
产品数字化模型是产品信息的载体，包含了产品功能信息、性能信息、结构信息、零件几何信息、装配信息、工艺和加工信息等。数字化产品模型中，产品生命周期中不同阶段的人员都可以获得所需要的内容。产品的设计信息表达形式主要是产品的几何信息存储在IDM系统和产品的非几何信息存储APL系统。
产品设计阶段包括概念设计、结构设计、几何设计、分析仿真等。不同阶段包括了不同的模型和信息。
产品概念设计阶段，主要从功能需求分析出发，初步提出产品的设计方案，不涉及产品的精确形状和几何参数设计。在一定的设计规范下，以方案报告、草图等形式完成设计，该阶段生产方案因产品对象不同而不同。
几何模型是产品详细设计的核心，是将概要设计进行详细化的关键内容，是所有后续工作的基础，是最适合计算机表示的产品模型。功能与性能仿真是利用计算机的计算能力，采用数值计算的方法模拟产品的功能或者性能，一般不能直接在详细设计阶段产生的零件几何模型上进行，必须进行一定的转换或者处理，建立符合仿真分析的模型。几何模型是分析模型的数据源，分析的结果反过来还会影响到几何模型的修改，因此要求几间模型具有参数化功能，这样在分析后对于不能满足要求的设计模型进行修改。模型之间的管理和集成是解决设计分析过程中模型有效性的关键。
产品仿真模型表达了仿真分析阶段的信息，对产品性能进行校验，阶段成果包括图形、表格、数据、文本说明等各种形式。仿真分析的充分利用，可以减少实际物理试验的次数，从而大大降低研制成本。装配模型需要表示产品的结构关系、装配的物料清单、装配的约束关系、面向实际装配的顺序和路径规划等。结构关系一般用产品结构树表示，详细的非几何信息用属性表示，装配约柬关系(包含面贴合、面对齐、角度定位等)由CAD系统提供的工具建立，装配顺序规划和路径规划则是建立规划模型。
2.2数字样机
数字样机即产品虚拟样机，是基于三维CAD的产物。与二维图纸相比，三维开发设计模式优势如下：
（i） 三维CAD可视化程度高、形象直观、设计效率高，能为企业数字化提供完整的设计、工艺和制造信息。
（ii） 三维CAD可以更加准确地表达技术人员的设计意图，使设计过程更加符合设计习惯和思维方式，从而使技术人员更加专注于产品设计本身，而不是产品的图形表示。
（iii） 三维CAD系统具有高级曲面造型工具，能够构造各种复杂的产品形状。
（iv） 实现产品的装配设计，进行干涉检查、运动仿真，进行产品的结构分析和各种物理特性计算。
（v） 产品的三维模型可以直接通过投影自动生成二维工程图。各视图之间完全相关，当三维模型修改时，二维工程图可以自动完成更新；同时，设计结果也可以后续设计模块，如工程分析、数控加工等应用，实现CAD/CAE/CAPP/CAMD的集成，存储产品综合信息。
2.3产品数字模型在飞机应用
由于飞机产品具有严格的气动外形和重要要求，并且内部空间狭小、结构复杂、零件部件尺寸而刚性小等特点，飞机产品的设计工作图纸难以精确地描述飞机的几何外形、内部结构和各种加工要求，这样导致飞机设计、制造和质量控制工作的各方面困难。通过数字化产品定义、三维实体模型数字化预装配和并行设计，将产品要求信息准确无误传递到产品。数字化建模技术的应用正迅速改变着传统制造业的工作模式，数字化建模技术的发展经历了从手工绘图到二维CAD的应用，再到二维+三维设计模式，一直到现在的全三维建模技术MBD 3个发展历程，实现了从平面投影技术到全三维实体模型数字样机以及完整数字化产品定义的转变。产品数字化建模技术源于几何图形化建模技术，几何建模技术经历了线框造型、曲面造型、实体造型3个阶段。线框造型与曲面造型无法满足需求，，随着计算机技术的不断进步，很快被实体造型取代，实体造型解决了之前飞机设计的问题，还增加三维实心部分表达，可以在一个完整的几何模型上实现零件计算、有限元分析、数控加工和图形的生成。
机加、钣金零件的几何模型既是运动仿真的前提，也是进行有限元等分析的必要条件，更是工艺和数控编程等制造过程的基础。目前国内外飞机设计制造领域，机加、钣金类的金属零件已率先实现了在CATIA环境下的全三维数据集定义，三维模型完全取代了传统的工程图纸，实现了无纸化设计制造。
在飞机机体装配设计/制造过程中，需要定义及使用大量的标准件，通常标准件的数量占全机零件数量的80%左右，为了提高效率，航空企业普遍采用了Catia或VPM提供的标准件库功能，利用知识工程（KnowledgeWare）模块中的Formular命令、Design Table命令以及Catalog命令功能进行参数化标准件建模。在建模时首先利用Formular命令建立参数，并为这些参数合理地命名，在建立模型时把这些参数同模型的主要尺寸关联起来，之后利用 Design Table的命令把这些模型参数存储到表格中，最后将数据表格与模型同时入库，也就是Catalog功能，在使用时实时利用表格之中的参数进行模型的驱动，生成新的模型，从而形成标准件的系列化和组合化，一次建模、重复引用。这样标准件简化表达，方便检修飞机的各部位。
第三章 数字化车间
为降低产品设计、生产规划与制造之间的不确定性，提高生产系统的可靠性，构建了而向数宇化车间的布局与生产仿真框架；针对传统设计与制造过程中产品数据零散，不能保证各子系统数据一致性的缺陷，提出了基于单一产品数据源的制造资源库模型，对制造过程中的所有资源进行有效管理。引用而向对象技术，对车间进行三维布局设计，构建了基于产品、工艺、规划、资源组成的复杂离散生产系统的仿真模型。最后，以某军工制造企业的数控加工车间为例，对车间的生产线布局进行了重新设计和仿真验证，证明了模型的有效性。
3.1车间布局与仿真框架模型
先进制造系统首先是一个集成化的数据系统，这些数据随着产品的制造过程在各个系统中创建、存储、传输和转换，如产品、工艺、生产计划与控制和生产资源等。数字化车间是数字化工厂技术在车间层的具体应用，本文构建的数字化车间布局仿真的框架如图3-1所示。产品的信息以物料清单(Bill of Material，BOM)的形式存储在PDM系统中，三维制造工艺可以在工艺设计系统CAPP中进行规划并通过系统间的集成保存在PDM系统中;生产计划与控制数据可以通过ERP系统和制造执行系统( Manufacturing Execution System ，MES)系统进行创建和执行。制造资源管理库(Manufacturing Resource Library ，MRL)是构建数字化车间的基础，为整个生产过程提供数据支撑;通过可视化技术和智能终端从分布式数控(Distributed Numerical Control，DNC)系统和MES获取相关数据信息对制造资源的运行状态进行监测和管理。

图3- 1数字化车间布局与生产仿真框架
现有生产系统的布局设计需要根据主导产品的类型、产量、加工工艺等系统特性选择加工设备、物流设备以及各种辅助设备，结合车间的结构特点对这些设备进行空间配置，并充分考虑设备之间在空间位置上的协调性和控制的连续性，以确保整个系统的畅通和自动化，因此需要考虑的因素很多。如果采用传统方法，利用简单的计算机辅助二维平面设计，或采用现场布置的方法，由于无法实现预估未知因素，缺少对各种设计方案的分析比较，将很难得到最优方案，而且一旦需要调整方案，其过程会非常繁琐。制造系统的车间布局包括制造单元布局和物流路径布局。传统的布局方法通常将两者分割开来，作为两个单独的问题进行求解，即先进行单元布局，再进行物流路径布局。这种方法的缺点在于：当单元布局完成后，很难在此基础上进一步导出合理的物流路径；或者在导出合理的物流路径之后却发现原先的单元布局并不如预期的好，存在很多问题。数字化工厂技术的应用能够解决车间布局设计，实现信息自动化提取及其系统集成，虚拟车间布局可以生成最优化车间布局方案。
3.2车间生产线仿真模型
生产仿真可以为产品设计、工艺规划和生产控制构建一个数字化验证平台，为分析和优化生产过程提供依据。生产仿真预防了设计规划中存在的问题，降低了设计规划与生产之间的不确定性，提高了生产系统的可靠性和产品的成功率。 生产仿真是数字化工厂系统的主要组成部分，需要MRL、 PDM 、CAPP 、MES 、ERP系统和车间布局的支持，如图3-2所示。首先，将运用PERT技术将P3R集成在设备数字模型中，以确定设备之间的相互关系，通过生产线仿真，输出运行结果数据。

图3- 2数字化车间生产优化模型
3.3飞机装配工艺设计
飞机装配工艺设计是为飞机装配提供工艺技术上的准备，是从产品设计阶段开始的，并经历了研制试制前的工艺准备、研制试制生产、小批生产和大批生产的全过程。主要内容如下：
（i） 划分装配单元和确定装配顺序。根据飞机结构工艺特征，合理进行工艺分解，将部件划分为装配单元。装配顺序是指装配单元中各构造元素的先后安装次序。
（ii） 确定装配基准和装配定位方法。装配基准是指保证飞机外形准确度所采用的零件的定位基准，是在飞机结构设计时确定的。装配工艺设计的任务是采用合理的工艺方法和工艺装备来保证装配基准的实现。装配定位方法是指确定装配单元中各组成元素相互位置的方法。常用的装配定位方法包括划线定位法、基准件定位法、装配孔定位法、装配型架定位法以及结合数字化测量的定位方法。选择保证装配准确度、互换、协调的理论和方法，主要内容包括制定装配协调方案，确定协调路线，明确协调要素、协调容差与协调控制环节，关键和重要协调部位的检验方法和检验容差，选择标准工艺装备和主要生产装备，确定工装与工装以及工装与结构件之间的协调关系，合理利用设计和工艺补偿等。
（iii） 确定主要装配元素的交接和供应技术状态。交付和供应技术状态是对飞机结构件提出的工艺状态要求，工艺状态可分为指令性状态和交接状态。指令性状态
（iv） 包括部件对接时的技术状态，各工艺环节的容差分配，重要协调部位在装配过程中的定位基准、定位方法以及有协调要求的主要零件的制造依据及检验要求等。
（v） 进行详细工艺规划，确定装配过程中的工序、工步组成。主要内容包括装配前的准备工作；零组件的定位、夹紧、连接；系统、成品安装；互换部位的精加工；各种调整、试验、检查；清洗、称重和移交，以及工序检验和总检等。
（vi） 选定所需的工具、设备和工艺装备。主要工作内容包括编制通用工具清单；选择通用设备和专用设备的型号、结构、数量；申请工艺装备的项目和数量，并对工装的功用、结构和性能等提出设计技术要求。
（vii） 零组件、标准件、材料的配套。包括按工序对零件和标准件进行配套、计算材料定额以及按部件汇总标准件和材料。
工艺设计是收到正式文件开始设计，首先，根据产品的结构特点、生产要求以及企业实际生产状况，进行装配单元划分，给出装配顺序，建立装配工艺树；然后进行详细的工艺规划，包括确定装配基准，制定装配协调方案，进行工艺容差分配，明确工序、工步组成、选择或设计工艺装备等内容；然后根据装配工艺规程或装配指令进行装配仿真验证，修正工艺规划方案，直到得到满意的仿真结果。最后，正式发放工艺模型和工艺指令，用于指导实际生产，飞机装配工艺设计的一般流程如图3-3所示：

图3- 3飞机装配工艺设计过程
3.4数字化产品装配
飞机装配技术经历了从传统手工装配、半机械半自动化装配、机械自动化装配到柔性装配的发展过程。近二十年来，国外飞机装配技术发展迅速，以 B777、A340、A380、F-22、F-35等为代表的新型军用和民用飞机集中反映了飞机装配技术的研究现状和发展趋势，主要体现在以下方面：采用基于单一产品数据源的数字量尺寸协调体系，实施数字化尺寸工程技术，通过虚拟现实技术和装配仿真实现装配过程优化，应用柔性模块化的工装技术、加工和检测单元并集成应用为一系列的自动化装配系统进行飞机机体结构的自动化装配，大量采用了长寿命连接技术，实现了飞机结构的高质量、高效率和低成本装配，以满足现代飞机长寿命、高靠性、高效率和低成本的制造要求。
在飞机的装配工作中，国外知名的航空企业，如波音、空客等，都采用了先进的装配理念和方法，主要包括决定性装配方法、基于柔性工装的装配方法、无型架装配方法、自动钻铆技术以及数字化检测和测量技术等。装配理念和方法具体如下：
（i） 决定性装配方法
决定性装配（Determinant Assembly，DA）是将零件设计成按预先定义的接合面进行装配，在装配过程中不需要定位工具或复杂的测量与调整。按照波音公司的定义，决定性装配方法特点：是一种面向装配的设计方法，要求零件具有高的制造准确度，采用高精度数控机床完成关键特征的加工，零件加工直接依据工程设计数据进行，不需要借助工装，在装配过程中，充分利用装配件的关键特征之间的空间位置关系定义一系列的坐标孔来定位相关装配对象，取消了复杂的专用工装，保证装配件的一致性和高装配质量。
（ii） 柔性工装技术
工艺装备是飞机制造中必备的一种设备或工具，具有保证飞机产品的质量，减轻劳动强度，提高生产效率和降低制造成本等作用。工装的设计和制造周期直接影响产品的研制效率，因此有必要缩短工装研制周期。柔性工装是基于产品数字量尺寸体系的，可重组的模块化、自动化工装系统，能够通过快速调整和重组，满足对不同机型的相似结构的定位和夹紧等制造需求，应用柔性工装减少传统的专用工装和夹具，这样减少工装成本，缩短生产准备周期提高生产效率。柔性装配工装在国外飞机制造中得到了广泛应用，典型的应用包括飞机壁板柔性装配工装、水平安定面升降舵柔性装配工装、机身柔性装配工装、翼梁柔性装配工装和总装用的柔性对接工装系统等。
（iii） 自动化制孔技术
飞机结构件形状复杂、多为薄壁件，传统的制孔工艺效率低，精度和质量难以保证为了满足现代飞机长寿命、高效率和高质量等需求，采用柔性、低成本的自动化设备和系统进行精密制孔。自动化制孔设备主要包括龙门式自动制孔系统、机器人自动制孔系统、柔性导轨自动制孔系统、自主移动式自动化制孔系统和便携式自动制孔系统等。
（iv） 数字化测量技术
传统的飞机制造主要采用模拟量传递的互换协调体系，测量和检验的主要工具为模线样板、标准样件等实物标工。因数字化设计制造技术发展，先进的数字化测量、定位和检验技术开始应用于现代飞机制造中，常用的数字化测量设备包括激光跟踪仪、激光雷达和局域GPS等，这些设备应用于工装安装定位、部件装配定位、部件对接装配以及装配质量检测等环节。数字化测量系统的主要特点：具有动态测量能力，数据处理并行度高，高精度测量复杂结构；通过网络工作，测量数据可以共享；数字化测量系统与机电控制系统、机械随动装置等由计算机组成一套完整的数字化装配系统，实现各系统之间数据和指令传动和驱动。现代飞机装配技术正在向自动化、柔性化和全数字化的方向发展，对飞机装配工艺设计提出了新的要求。
因装配序列方案随零件数量呈指数增长，扩大并行工作面，提高装配效率，所以复杂产品装配工艺设计进行装配单元划分，装配单元是指在其包含的零件之间的装配约束下，能够满足规划要求、并且作为整体进行规划不被其他装配单元干涉的的独立子结构。在一定的装配约束条件下，划分满足规划要求的装配单元集合，装配单元划分的基本原则主要包括两方面：一方面，在结构上保证装配单元的几何稳定性、相对独立性和完整性；另一方面，装配单元之间要便于联接或拆卸。
装配顺序是进行后续工艺准备、生产计划管理和工艺布置的主要依据。充分利用产品的设计约束和工艺约束，采用装配指令(Assembly Order，AO)编制装配方案。部件装配大纲包括部件各阶段的内容、装配基准、定位方法、装配用的主要工艺装备、设备和检验方法，以及主要零件和组合件的供应状态和交付状态等。基于MBD 的飞机制造过程中工艺开发工作将在三维数字化环境下，直接依据三
维实体模型展开，完成工艺方案制定及详细工艺设计，工艺人员可直接依据三维实体模型开展三维工艺设计，改变了以往同时依据二维工程图纸和三维实体模型来设计产品装配工艺和零件加工工艺的做法，依据数字化装配工艺流程，建立三维数字化装配工艺模型，通过数字化虚拟装配环境对装配工艺过程进行模拟仿真，在工艺工作进行的同时及飞机产品实物装配前进行制造工艺活动的虚拟装配验证，确认工艺操作过程准确无误后再将装配工艺授权发放，进行现场使用和实物装配。在工艺模拟仿真过程中还可生成装配操作的三维工艺图解和多媒体动画，为数字化装配工艺现场应用提供依据。
装配定位技术主要分为工装定位和零件装配基准孔面自定位两个方面，装配工装在飞机装配过程中被大量采用以保证进入装配的飞机零件、组合件、板件及段件精确定位，柔性工装具有快速重构调整的能力，一套工装可用于多个产品的装配，从设计、制造、安装到应用均采用数字量传递方式，在硬件上由具有模块化结构特点的单元组成，软件上则包括控制软件、测量软件、装配仿真软件等。
现代飞机结构件采用的主要连接方式仍为机械连接，新型飞机高隐身及长寿命特点对改善各连接点的技术状态（表面质量、配合性质、结构形式等）提出了很高的要求，复合材料的大量采用更带来了大量复合材料的制孔需求，单纯依靠传统的手工制孔，很容易出现复材分层、孔径椭圆等故障，产品质量难以保证，采用自动化手段进行连接孔的精确定位和制备，以提高制孔质量和效率。
飞机制造中装配连接质量直接影响飞机结构的抗疲劳性能与可靠性。高性能航空器的机械连接结构必须采用先进的连接技术，如采用干涉配合铆接、电磁铆接、新型紧固件、孔挤压强化等来提高连接结构的抗疲劳性能与可靠性，减轻结构重量。
传统的测量技术已难以满足飞机制造中快速、高效、高精度检测要求，数字化检测技术已成为打通飞机复杂零件与大尺寸零部件设计、制造、装配、检测一体化流程，提升检测效率与水平的关键环节。应采用基于数字化检测设备（坐标测量机、激光跟踪仪、激光雷达、激光扫描仪等）的产品三维检测与质量控制手段，建立数字化检测技术体系，开发计算机辅助检测规划与测量数据分析系统，制定相应的数字化检测技术规范，以实现提高检测效率与质量的目标。
3.5车间物流体系
数字化工厂为企业的生产规划和运作提供一个整合性的集成平台，在此平台上可以使用更加灵活的规划和运作方式，将企业各个相关业务进行整合优化，但是针对企业具体业务还需要相关领域知识的应用。制造企业的物流规划作为数字化工厂规划实施过程的一个重要环节，几乎涵盖了企业生产制造业务过程的所有内容，并且涉及不同性质的问题。物流规划理论的研究在国际上是一个非常活跃的研宄领域，下面首先对物流规划的研宄内容进行归纳，然后就制造企业的混流装配型生产车间的物料供给过程进行研究，提出集成物料供给系统概念，并分析其需要研究的关键性问题。
一般的，按照所针对航空产品的服务对象，可以将物流规划分以下几种类型。
（i） 区域物流规划
区域物流规划是以物流基础设施和物流基础网络为内容的物流规划。这种物流规划，是按照区域产业结构特点和物流需求规律，选择合理的物流模式、设计物料通道，从物流综合的角度进行全面的规划。
（ii） 园区物流规划
物流园区的规划是分析企业物流网络的结构特点及物流需求与攻击状况，选择合理的物流园区建设地点，确定物流园区的产业功能与物流功能，设计相应的业务操作流程，合理进行物流园区空间布局和内外交通沟通，提出物流园区运营管理模式和体系，对园区规划建设与运营的可行性进行分析评价。园区物流规划与区域物流规划关系紧密，属于社会物流范围，主要关注运输与仓储问题。
（iii） 项目物流规划
项目物流规划是解决工程及建设项目、大件运输和大型展会等的物流组织与运作过程，通过计划及合理的资源配置，达到一定目的的综合复杂的且具有工程特性的物流规划活动。
（iv） 企业物流规划
企业物流规划是针对企业的原材料釆购、进货运输与厂内配送、物料等制造在生产节点之间的流动、产成品的存储与分销等业务活动和涉及的仓库、零件等物流基础设施和设备资源进行整合，对一体化物流系统进行计划、执行和控制等管理活动有效的方法、措施和技术等的集成优化。
第四章 数字化航空产品维护
4.1航空产品物流
航空装备制造具有单位价值高、结构复杂、零部件数量大、制造装配所需资源多、生产周期长、质量控制严格等特点。飞机制造对过程质量严格控制要求其物流过程的透明性、可跟踪性和可控性。飞机数字化物流管理是是面向供应链的物流管理体系，它涵盖了从采购、库存到销售等环节的物流过程，整合了数字技术、网络技术及产品物流这三个方面，其基本功能包括生产排程、材料采购、订单处理、存货管理、配送、仓储及客户服务等。
（i） 生产排程
制定年度计划，年度计划是整个生产经营的前提，按照、生产任务及公司规划编制年度生产规划大纲。在数字物流管理系统中定义需求，对各设备、部件、零件定义确切的产品信息定额。通过定义需求，做出准确的年度预算，并将年度生产计划列入大纲及年度预算。将生产规划、预算信息下发至各个相应的部门、车间、工位。
（ii） 材料采购
确定采购需求，按照年度生产计划和建设规划，主动进行采购计划安排。将产品进行分类，设定合格供应商清册，以此作为供应商选择的标准。按类别、材料划分向不同种类的供应商进行询价，并通过系统进行实时比价，保证了采购的公开、公正。
（iii） 供应商及订单处理
汇总各类订单的信息，统计费用发生及支付情况。统计货物交付及质量情况，及时反应逾期的交付情况，以保证所采购产品能够准时准点到达。对供应商进行管理。包括供应链选择与评价、供应商日常质量监控、供应商协同设计与质量改善等。
（iv） 存货管理
将各类设备、产品、零件数字化，统计各类库存信息。通过前期在数字物流管理系统对产品的定义，自动比对生产计划，将相关信息及时反馈至相应的部门、车间、工位及采购员，及时补充缺少零件。
（v） 配送
　 不仅仅局限于主制造商，同时把业务扩展到各个地区的合作供应商。将配送信息及时的反应到库存系统，提高存货管理的效率。
（vi） 仓储及客户服务
　　将日益扩大的仓储进行全面综合的管理，保证对货物的控制。通过数字物流管理系统。以为引进先进的物流视频监控解决方案进行链接，保障货物的安全性，降低仓储安全的使用成本。
4.2航空数字化维修
随着航空产品越来越多，有必要进行构建数字化的航空维修。航空数字化维修减少维修技术资料准备时间，提高故障诊断性，减少人为因素造成的错误，提高维修质量，节约成本。所以构建现代化航空数字化综合维修保障信息系统，实现了航空数字化综合维修保障信息的故障诊断与维修、维修信息数据的收集、设备的维修保障训练等功能。
航空数字化综合维修保障信息系统主要是由以下几个部分构成：①有线与无线网络通信系统，有利于航空数据信息的相互传递；②中心服务系统，有利于实现航空数字化综合维修保障信息系统的自动化发展；③可穿戴式维修辅助计算机系统，有利于在狭小的环境中对航空装备的维修；④航空装备交互式电子技术手册系统，有利于航空装备资料信息的交互式检索与查询；⑤便携式维修辅助计算机系统，有利于航空维修人员对装备资料信息的检索、查询以及装备维修记录的存档。
构建数字化航空维修平台，因航空产品生产时所有信息都在数据里面，可以进行调出所有详细信息，然后应用维修信息库进行检查障碍，相应地对产品进行虚拟维修，维修后可以直接使用。
第五章 A380装配看宽体客机的装配技术
5.1A3