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1、9.19.1飞机数字模型飞机数字模型 9.1.1 9.1.1飞机数字模型定义飞机数字模型定义 飞机数字模型也称飞机数学模型，是包飞机数字模型也称飞机数学模型，是包含并通过统一基准系统含并通过统一基准系统(坐标系、主尺寸表坐标系、主尺寸表面、几何基准面、几何基准)和实体几何和实体几何(几何形态、足寸几何形态、足寸公差公差)反映飞机产品结构之间、飞机产品与反映飞机产品结构之间、飞机产品与工艺装备之间协调关系，并以数字量形式存工艺装备之间协调关系，并以数字量形式存在的三维数字化飞机产品或工艺装备几何定在的三维数字化飞机产品或工艺装备几何定义模型，并作为设计、制造、检验全部飞机义模型，并作为设计、制造
2、、检验全部飞机产品零件加工工装、装配工装、检验工装的产品零件加工工装、装配工装、检验工装的数字量标准。数字量标准。9.1.2飞机数字标工模型（Digital Master Tooling，DMT）DMT模型通过基准系统与实体几何，以数字量方式表达了飞机产品续构与工艺装备在虚拟环境中的协调关系，它的构成方式通常如图9-1所示。但并不是全部的DMT模型都包含全部基准系统和实体几何信息，可以依据应用状况进行取舍。如作为基准样机的飞机主几何模型，是飞机研制过程中最原始的依据，它也只包含全机统一的基准信息，而没有产品几何形态和尺寸公差信息。9-1数字标工模型的构成 在飞机研制过程的不同任务阶段，为便于数
3、据管理，数字标工模型以不同形式进行组织：在概念设计阶段，以飞机主几何形式存在；在结构设计阶段，以工程数据模型为组织形式；在工装设计阶段，以工装数据模型形式统一管理；在工艺设计阶段，以制造数据模型和检验数据模型形式存在。图9-2和图9-3所示是工程数据模型中某机翼壁板零件的DMT模型，它包括机身基准平面、机翼坐标系统、机翼主尺寸表面(Master Dimension Surface，MDS)、机翼主基准和零件实体模型等重要信息。9-2数字标工模型要素在结构树中的组织 9-3机翼壁板零件的DMT要素9.1.3飞机数字模型的关键要素飞机数字模型的关键要素 飞机数字模型是在飞机产品数字化定义中通过建立
4、一飞机数字模型是在飞机产品数字化定义中通过建立一套统一的基准系统，以及包含具有几何形态与尺寸协调套统一的基准系统，以及包含具有几何形态与尺寸协调关系的数字几何模型，在各模型之间依次传递实现相互关系的数字几何模型，在各模型之间依次传递实现相互协调。因此，各类基准和协调关系几何模型成为数字模协调。因此，各类基准和协调关系几何模型成为数字模型中的关键要素。型中的关键要素。飞机主尺寸表面飞机主尺寸表面在飞机的概念设计阶段，通过选定飞机形式，利用计算在飞机的概念设计阶段，通过选定飞机形式，利用计算流体力学流体力学(Computational Fluid Dynamics，CFD)技术进技术进行气动外形布
5、局，同时制造吹风模型，在大量的吹风试行气动外形布局，同时制造吹风模型，在大量的吹风试验基础上得出的完整飞机设计几何外形。飞机主尺寸表验基础上得出的完整飞机设计几何外形。飞机主尺寸表面就是对全机几何外形进行精确描述后给出的完整的飞面就是对全机几何外形进行精确描述后给出的完整的飞机三维理论外形数学模型，是以机三维理论外形数学模型，是以DMT模型形式独立存在模型形式独立存在的主几何模型，如图的主几何模型，如图9-4所示，并作为后续设计生产工作所示，并作为后续设计生产工作中传递飞机外形几何形态和结构尺寸的原始依据。中传递飞机外形几何形态和结构尺寸的原始依据。9-4 飞机主尺寸表面模型飞机坐标系飞机坐标
6、系 飞在数字化飞机产品模型定义过程中，须要建立一套飞在数字化飞机产品模型定义过程中，须要建立一套完整的坐标系统，包括飞机机身坐标系、协助坐标系和完整的坐标系统，包括飞机机身坐标系、协助坐标系和局部坐标系。其中，机身坐标系用来确定飞机产品在三局部坐标系。其中，机身坐标系用来确定飞机产品在三维空间的真实位置；协助坐标系主要用来定义机身以外维空间的真实位置；协助坐标系主要用来定义机身以外的安装件的安装件(如平尾、垂尾和机翼等如平尾、垂尾和机翼等)的相对空间位置，在的相对空间位置，在机身坐标系空间建立；局部坐标系则在机身坐标系空间机身坐标系空间建立；局部坐标系则在机身坐标系空间或协助坐标系空间建立，是
7、建模过程中用来确定零件相或协助坐标系空间建立，是建模过程中用来确定零件相对其自身某一对设计有重要作用的特定基准点的空间位对其自身某一对设计有重要作用的特定基准点的空间位置，如尺寸起点或功能特性点等，以此便利设计者建模。置，如尺寸起点或功能特性点等，以此便利设计者建模。图图9-5所示为飞机机身坐标系与各安装件协助坐标系在三所示为飞机机身坐标系与各安装件协助坐标系在三维空间中的分布。维空间中的分布。9-5 飞机坐标系几何基准几何基准 实物标工模型安装有基准块，刻有基准线，或打有基实物标工模型安装有基准块，刻有基准线，或打有基准点。与之对应，数字标工模型中也有相类似的几何基准点。与之对应，数字标工模
8、型中也有相类似的几何基准。这些基准起到了协助坐标系和局部坐标系的作用，准。这些基准起到了协助坐标系和局部坐标系的作用，在整个飞机制造空间中确定了飞机零部件、工艺装备相在整个飞机制造空间中确定了飞机零部件、工艺装备相互之间的相对位置关系，并以点、线、面的形式表示。互之间的相对位置关系，并以点、线、面的形式表示。DMT模型中的基准按功能分为设计基准和工艺基准两类。设计基准是在飞机产品结构设计时，为确定各要素之间的相对理论位置关系而设置的点、线、面，一般可不存在于结构表面。工艺基准是在工艺设计过程中用来确定结构件的空间装配位置关系而设置的点、线、面，一般存在于结构件表面。工艺基准可干脆利用设计基准，
9、对于不能干脆利用的设计基准，可通过适当转化成为工艺基准，因此两者之问有特别紧密的联系。为此，在飞机协同设计过程中，最好使设计基准与工艺基准尽量统一。DMT模型中的基准按设计阶段可依次分为全机级、部模型中的基准按设计阶段可依次分为全机级、部件级和组件级基准，它们有着前后继承关系。随着设计件级和组件级基准，它们有着前后继承关系。随着设计工作的深化绽开和具体细化，从飞机级基准面、基准线工作的深化绽开和具体细化，从飞机级基准面、基准线主几何模型最终细化为包含梁、框、肋、长桁基准线和主几何模型最终细化为包含梁、框、肋、长桁基准线和各结构交点的组件级数字标工模型，并在工艺设计阶段各结构交点的组件级数字标工
10、模型，并在工艺设计阶段最终将这些飞机设计基准转化成飞机零部件或工艺装备最终将这些飞机设计基准转化成飞机零部件或工艺装备上的定位基准、装配基准、测量基准等工艺基准。图上的定位基准、装配基准、测量基准等工艺基准。图9-6所示是在初步设计阶段形成的某型号飞机主几何模型中所示是在初步设计阶段形成的某型号飞机主几何模型中的机身站位线分布图，它以数字标工模型形式独立存在，的机身站位线分布图，它以数字标工模型形式独立存在，并作为基准传递的原始依据。并作为基准传递的原始依据。9-6 机身站位线分布实体几何模型实体几何模型 实体几何模型是在相应飞机坐标系下，通过引用相关实体几何模型是在相应飞机坐标系下，通过引用
11、相关几何基准和主尺寸表面几何基准和主尺寸表面(Master Dimension Surface，MDS)，以，以1；1虚拟的形态与尺寸反映具有协调关系的飞虚拟的形态与尺寸反映具有协调关系的飞机产品零部件或制造工艺装备的外形轮廓和结构尺寸，机产品零部件或制造工艺装备的外形轮廓和结构尺寸，而且依据协调要求，在同一基准的基础上，对相互协调而且依据协调要求，在同一基准的基础上，对相互协调部位进行了合理的公差安排，在数字量上保证了空间关部位进行了合理的公差安排，在数字量上保证了空间关联元素相互之间的协调一样性。对于工艺装备实体几何联元素相互之间的协调一样性。对于工艺装备实体几何模型，为实现数字量传递并最
12、终物化成实物形式，须要模型，为实现数字量传递并最终物化成实物形式，须要在各结构件上设计出光学测量安装用的光学目标孔，并在各结构件上设计出光学测量安装用的光学目标孔，并分协作理的公差。分协作理的公差。9.2基于数字标工模型的数字化协调过程基于数字标工模型的数字化协调过程 基于基于DMT模型的数字化协调方法通过建立并传递零部模型的数字化协调方法通过建立并传递零部件与工艺装备的统一基准，确定它们的相对空间位置关件与工艺装备的统一基准，确定它们的相对空间位置关系，并在协调部位合理地安排公差，达到互换协调要求。系，并在协调部位合理地安排公差，达到互换协调要求。该方法为飞机制造业实施并行工程创建了条件，结
13、构设该方法为飞机制造业实施并行工程创建了条件，结构设计人员、工艺设计人员、工装设计人员之间可以在计人员、工艺设计人员、工装设计人员之间可以在DMT模型的统一基准下协同工作，在各个设计阶段通过统一模型的统一基准下协同工作，在各个设计阶段通过统一基准系统的传递，并行开展结构设计、制造工艺与工装基准系统的传递，并行开展结构设计、制造工艺与工装设计工作。设计工作。如图9-7所示是飞机总体组在概念和初步设计阶段确定飞机三维主几何数学模型，包括精确描述飞机主尺寸表面几何外形，设计飞机各框、长桁、梁、肋类骨架结构和关键空间交点的站位、水线、剖线等基准平面和基准线，以及飞机机身坐标系与各协助坐标系的设置。依据飞机主几何模型，一方面在飞机相关安装设计原则的指导下进行飞机空间安排，形成全机空间样机；另一方面对各部件基准模型进行细化，确定出骨架上的结构支撑件基准位置。图9-7 基于数字标工模型的数字化协调过程示意图