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1、12023/5/31现代飞行器制造工艺学现代飞行器制造工艺学航空科学与工程学院航空科学与工程学院教师：教师：教师：教师：何景武何景武何景武何景武 办公地点：新主楼办公地点：新主楼C C座座C1120C1120室室联系电话：联系电话：8233873282338732电子信箱：电子信箱：上课地点上课地点（三（三）号楼）号楼 403403 教室教室上课周次、时间：每周五，第五、六节课上课周次、时间：每周五，第五、六节课 2第第5 5章章飞机数字化设计制造技术飞机数字化设计制造技术5.15.1数字化设计制造技术的概念、内容和过程数字化设计制造技术的概念、内容和过程5.1.1 5.1.1 数字化设计与制
2、造的概念数字化设计与制造的概念3一、数字化设计的概念一、数字化设计的概念 数字化设计就是通过数字化的手段来改造传统的产品数字化设计就是通过数字化的手段来改造传统的产品设计方法，旨在建立一套基于计算机技术、网络信息技术，设计方法，旨在建立一套基于计算机技术、网络信息技术，支持产品开发与生产全过程的设计方法。数字化设计的内支持产品开发与生产全过程的设计方法。数字化设计的内涵是支持企业的产品开发全过程、支持企业的产品创新设涵是支持企业的产品开发全过程、支持企业的产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持企业产品开发流程的控计、支持产品相关数据管理、支持企业产品开发流程的控制和优化等，归纳起来就是制和优
3、化等，归纳起来就是产品建模是基础，优化设计是产品建模是基础，优化设计是主体，数控技术是工具，数据管理是核心。主体，数控技术是工具，数据管理是核心。传统的设计与数字化设计相比从设计工具、设计理念、传统的设计与数字化设计相比从设计工具、设计理念、设计模式等方面都发生了深刻的变化，从手工绘图到计算设计模式等方面都发生了深刻的变化，从手工绘图到计算机绘图、从纸上作业到无纸作业、从串行设计到并行设计、机绘图、从纸上作业到无纸作业、从串行设计到并行设计、从单独设计到协同设计，都体现了数字化设计技术的进步从单独设计到协同设计，都体现了数字化设计技术的进步与发展。下表为传统设计与数字化设计的比较。与发展。下表
4、为传统设计与数字化设计的比较。4传统设计与数字化设计的比较传统设计与数字化设计的比较传统设计传统设计数字化设计数字化设计设计方式设计方式 手工绘图手工绘图计算机绘图计算机绘图设计工具设计工具 绘图板、丁字尺、圆规、铅笔、绘图板、丁字尺、圆规、铅笔、橡皮等橡皮等计算机、网络、计算机、网络、CAD及及CAE软件、软件、绘图机、打印机等绘图机、打印机等产品表示产品表示 二维工程图纸、各种明细表等二维工程图纸、各种明细表等 三维三维CAD模型、二维模型、二维CAD电子图、电子图、BOM等等设计方法设计方法 经验设计、手工计算、封闭收经验设计、手工计算、封闭收敛的设计思维敛的设计思维基于三维的虚拟设计、
5、智能设计、基于三维的虚拟设计、智能设计、可靠性设计、有限元分析、优可靠性设计、有限元分析、优化设计、动态设计、工程造型化设计、动态设计、工程造型设计等现代设计方法设计等现代设计方法仿真方式仿真方式 物理样机物理样机数字样机、物理样机数字样机、物理样机工作方式工作方式 串行设计、独立设计串行设计、独立设计并行设计、协同设计并行设计、协同设计管理方式管理方式 纸质图档、技术文档管理纸质图档、技术文档管理基于基于PDM的产品数字化管理的产品数字化管理设计特点设计特点 过早进入物理样机阶段，从设过早进入物理样机阶段，从设计到物理样机反复迭代修计到物理样机反复迭代修正由个人经验、手工计算正由个人经验、手
6、工计算带来的设计错误，设计周带来的设计错误，设计周期长，成本高期长，成本高形象外观，干涉检查、强度分析、形象外观，干涉检查、强度分析、动态模拟、优化设计、外观及动态模拟、优化设计、外观及色彩设计等采用数字样机实现，色彩设计等采用数字样机实现，设计错误少，设计周期短，成设计错误少，设计周期短，成本低本低5二、数字化制造的概念二、数字化制造的概念数字化制造是指对制造过程进行数字化描述并在数字空间数字化制造是指对制造过程进行数字化描述并在数字空间中完成产品的制造过程，是计算机数字技术、网络信息技中完成产品的制造过程，是计算机数字技术、网络信息技术与制造技术不断融合、发展和应用的结果。术与制造技术不断
7、融合、发展和应用的结果。数字化制造技术本质上是产品设计制造信息的数字数字化制造技术本质上是产品设计制造信息的数字化，是将产品的化，是将产品的结构特征、材料特征、制造特征和功能特结构特征、材料特征、制造特征和功能特征统一起来，应用数字技术对设计制造所涉及的所有对象征统一起来，应用数字技术对设计制造所涉及的所有对象和活动进行表达、处理和控制，从而在数字空间中完成产和活动进行表达、处理和控制，从而在数字空间中完成产品制造过程品制造过程，即制造对象、状态与过程的数字化表征、制，即制造对象、状态与过程的数字化表征、制造信息的可靠获取及其传递，以及不同层面的数字化模型造信息的可靠获取及其传递，以及不同层面
8、的数字化模型与仿真。与仿真。6从控制论的角度来看，数字制造系统的输入是用户需求和从控制论的角度来看，数字制造系统的输入是用户需求和产品的反馈信息，根据原材料、零件图样、工艺信息、生产品的反馈信息，根据原材料、零件图样、工艺信息、生产指令、机床、设备和工具等种种数字信息，经过设计、产指令、机床、设备和工具等种种数字信息，经过设计、计算、优化、仿真、原型制造、加工、检验、运输和装配计算、优化、仿真、原型制造、加工、检验、运输和装配等多个环节，其输出则是达到用户性能要求的产品。由此等多个环节，其输出则是达到用户性能要求的产品。由此可见，可见，数字制造系统是一个涉及到多种过程、多种行为和数字制造系统是
9、一个涉及到多种过程、多种行为和多种对象的复杂系统。多种对象的复杂系统。数字化设计与制造不仅贯穿企业产品开发的全过程，而且数字化设计与制造不仅贯穿企业产品开发的全过程，而且涉及企业的设备布置、物流、生产计划、成本分析等多个涉及企业的设备布置、物流、生产计划、成本分析等多个方面。数字化设计与制造技术的应用可以大大提高企业的方面。数字化设计与制造技术的应用可以大大提高企业的产品开发能力，缩短产品研制周期，降低开发成本，实现产品开发能力，缩短产品研制周期，降低开发成本，实现最佳设计目标和企业间的协作，使企业能在最短时间内组最佳设计目标和企业间的协作，使企业能在最短时间内组织全球范围的设计制造资源，开发
10、、制造新产品。织全球范围的设计制造资源，开发、制造新产品。75.1.2 数字化设计与制造的内容数字化设计与制造的内容 数字化设计与制造技术集成了现代设计制造过程数字化设计与制造技术集成了现代设计制造过程中的多项先进技术，包括三维建模、装配分析、优化中的多项先进技术，包括三维建模、装配分析、优化设计、虚拟设计与制造、系统集成、产品信息管理和设计、虚拟设计与制造、系统集成、产品信息管理和网络通信等，是一项多学科的综合技术。涉及的主要网络通信等，是一项多学科的综合技术。涉及的主要内容有：内容有：1CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM2.数字化三维实体建模数字化三维实体建模3模拟仿真和虚拟制造模拟
11、仿真和虚拟制造 4.并行设计与异地协同设计并行设计与异地协同设计81CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM CAD/CAE/CAPP/CAM分别是计算机辅助设分别是计算机辅助设计、计算机辅助工程分析、计算机辅助工艺过程计、计算机辅助工程分析、计算机辅助工艺过程设计和计算机辅助制造的英文缩写，它们是制造设计和计算机辅助制造的英文缩写，它们是制造业信息化中数字化设计与制造技术的基础，是实业信息化中数字化设计与制造技术的基础，是实现计算机辅助产品开发的主要工具。现计算机辅助产品开发的主要工具。PDM技术集技术集成并管理与产品有关的信息、过程及人与组织，成并管理与产品有关的信息、过程及人与组织，实现
12、分布环境中的数据共享，为异构计算机环境实现分布环境中的数据共享，为异构计算机环境提供了集成应用平台，从而支持提供了集成应用平台，从而支持CAD/CAE/CAPP/CAM系统过程的实现。系统过程的实现。9CAPP：计算机辅助工艺过程设计（：计算机辅助工艺过程设计（computer aided process planning）CAPP（Computer Aided Process Planning）是指借助于）是指借助于计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、计算机软硬件技术和支撑环境，利用计算机进行数值计算、逻辑判断和推理等的功能来制定零件机械加工工艺过程。借逻辑判断和推理等的功能
13、来制定零件机械加工工艺过程。借助于助于CAPP系统，可以解决手工工艺设计效率低、一致性差、系统，可以解决手工工艺设计效率低、一致性差、质量不稳定、不易达到优化等问题。质量不稳定、不易达到优化等问题。CAPP是将产品设计信息转换为各种加工制造、管理信息是将产品设计信息转换为各种加工制造、管理信息的关键环节，是企业信息化建设中联系设计和生产的纽带，的关键环节，是企业信息化建设中联系设计和生产的纽带，同时也为企业的管理部门提供相关的数据，是企业信息交换同时也为企业的管理部门提供相关的数据，是企业信息交换的中间环节。的中间环节。缩写说明：缩写说明：CAPP-CAPP-计算机辅助工艺过程设计计算机辅助工
14、艺过程设计 10PDM是是 Product Data Management(产品数据管产品数据管理理)的缩写，是指某一类软件的总称。的缩写，是指某一类软件的总称。PDM是以软是以软件为基础的技术，它将所有与产品相关的信息和件为基础的技术，它将所有与产品相关的信息和所有与产品有关的过程集成到一起。所有与产品有关的过程集成到一起。PDM是一门用来管理所有与产品相关信息是一门用来管理所有与产品相关信息(包括零包括零件信息、配置、文档、件信息、配置、文档、CAD文件、结构、权限信文件、结构、权限信息等息等)和所有与产品相关过程和所有与产品相关过程(包括过程定义和管理包括过程定义和管理)的技术。的技术。
15、缩写说明：缩写说明：PDM-PDM-产品数据管理产品数据管理11缩写说明：缩写说明：PDM-PDM-产品数据管理产品数据管理 PDM是以软件为基础的技术，它将所有与产品相关的是以软件为基础的技术，它将所有与产品相关的信息和所有与产品有关的过程集成到一起。产品有关的信息信息和所有与产品有关的过程集成到一起。产品有关的信息包括任何属于产品的数据，如包括任何属于产品的数据，如CAD/CAM/CAE的文件、材的文件、材料清单料清单(BOM)，产品配置、事务文件、产品定单、电子表格、，产品配置、事务文件、产品定单、电子表格、生产成本、供应商状态等等。产品有关的过程包括任何有关生产成本、供应商状态等等。产
16、品有关的过程包括任何有关的加工工序、加工指南和有关于批准、使用权、安全、工作的加工工序、加工指南和有关于批准、使用权、安全、工作标准和方法、工作流程、机构关系等所有过程处理的程序。标准和方法、工作流程、机构关系等所有过程处理的程序。包括了产品生命周期的各个方面，包括了产品生命周期的各个方面，PDM使最新的数据能为使最新的数据能为全部有关用户，包括从工程师、全部有关用户，包括从工程师、NC 操作人员到财会人员和操作人员到财会人员和销售人员均能按要求方便地存取。与销售人员均能按要求方便地存取。与PDM常常相关的术语常常相关的术语有：电子数据库、过程或过程控制、结构、配置管理有：电子数据库、过程或过
17、程控制、结构、配置管理/改变改变控制、接口和集成等。控制、接口和集成等。NC(Numerical Control,数字控制数字控制,简称数控简称数控)指指用离散的数字信息控制机械等装置的运行，只能用离散的数字信息控制机械等装置的运行，只能由操作者自己编程由操作者自己编程 122.数字化三维实体建模数字化三维实体建模在以往的产品设计和制造过程中，用以表示产品几何形状在以往的产品设计和制造过程中，用以表示产品几何形状和加工要求的是二维工程图。计算机绘图只是对传统的手和加工要求的是二维工程图。计算机绘图只是对传统的手工绘制工程图的简单模仿，物体的三维形体仍是用各个视工绘制工程图的简单模仿，物体的三维
18、形体仍是用各个视图和切面图的二维图形来描述，设计、工艺人员仍要用形图和切面图的二维图形来描述，设计、工艺人员仍要用形象思维方式将几个视图、剖视图、局部视图等联系起来，象思维方式将几个视图、剖视图、局部视图等联系起来，才能形成产品的三维真实概念。随着计算机处理能力的不才能形成产品的三维真实概念。随着计算机处理能力的不断提高，直接建立物体的三维几何模型已成为产品设计、断提高，直接建立物体的三维几何模型已成为产品设计、制造的发展方向。制造的发展方向。三维几何模型有线框模型、表面模型和实体模型三种型式，三维几何模型有线框模型、表面模型和实体模型三种型式，如图如图5-1所示，设计时可以根据不同的使用情况
19、选用。所示，设计时可以根据不同的使用情况选用。13线框模型、表面模型和实体模型的比较 三维几何模型三维几何模型线框模型线框模型表面模型实体模型实体模型14从图中可以看出，若用从图中可以看出，若用CAD系统的二维绘图功能，在计算机系统的二维绘图功能，在计算机中仅能存储一些点和线段的相关信息。若用实体造型软件在中仅能存储一些点和线段的相关信息。若用实体造型软件在计算机中建立该轴的实体模型，则在计算机中可存储有关该计算机中建立该轴的实体模型，则在计算机中可存储有关该模型的体、面、线段（边）和点的几何和拓扑信息。模型的体、面、线段（边）和点的几何和拓扑信息。在计算机集成制造的环境下，需要将产品的有关设
20、计、制造、在计算机集成制造的环境下，需要将产品的有关设计、制造、管理信息尽量完整地包含在产品的数字化定义中，以便提高管理信息尽量完整地包含在产品的数字化定义中，以便提高生产过程中各个环节的自动化和智能化处理水平。生产过程中各个环节的自动化和智能化处理水平。实体模型实体模型可提供三维形体的最完整的几何、拓扑信息和特征信息，可提供三维形体的最完整的几何、拓扑信息和特征信息，在在此基础上，可以实现有限元分析中的网格自动划分、加工和此基础上，可以实现有限元分析中的网格自动划分、加工和装配工艺过程的自动设计，数控加工刀具轨迹的自动生成和装配工艺过程的自动设计，数控加工刀具轨迹的自动生成和校验、加工过程和
21、机器人操作的动态仿真、空间布置和运动校验、加工过程和机器人操作的动态仿真、空间布置和运动机构的干涉检查，视景识别的几何模型建立，人机工程的环机构的干涉检查，视景识别的几何模型建立，人机工程的环境模拟等过程。因此，境模拟等过程。因此，三维实体模型将成为产品智能化、集三维实体模型将成为产品智能化、集成化、标准化成化、标准化CAD/CAM系统的几何描述核心。系统的几何描述核心。153模拟仿真和虚拟制造模拟仿真和虚拟制造 综合利用建模、分析、仿真以及虚拟现实等技术和工具，在网综合利用建模、分析、仿真以及虚拟现实等技术和工具，在网络支持下，采用群组协同工作，通过模型来模拟和预估产品功络支持下，采用群组协
22、同工作，通过模型来模拟和预估产品功能、性能、可装配性、可加工性等各方面可能存在的问题，实能、性能、可装配性、可加工性等各方面可能存在的问题，实现产品设计、制造的本质过程，包括产品的设计、工艺规划、现产品设计、制造的本质过程，包括产品的设计、工艺规划、加工制造、性能分析、质量检验，并进行过程管理与控制等。加工制造、性能分析、质量检验，并进行过程管理与控制等。飞机部件装配过程不仅涉及数量巨大的零部件，其内部结构又飞机部件装配过程不仅涉及数量巨大的零部件，其内部结构又十分紧凑，装配工装极其复杂，而且十分紧凑，装配工装极其复杂，而且装配的工艺过程和人机工装配的工艺过程和人机工程紧密相关，特别是对大型飞
23、机而言，程紧密相关，特别是对大型飞机而言，重则数吨的部件在实际重则数吨的部件在实际装配过程中无论运输、定位、调整和移动都很困难，若此时发装配过程中无论运输、定位、调整和移动都很困难，若此时发现任何装配问题或错误，返工修改所要付出的代价之大、成本现任何装配问题或错误，返工修改所要付出的代价之大、成本之高、周期之长是任何公司难以接受的。之高、周期之长是任何公司难以接受的。为此，飞机制造公司为此，飞机制造公司普遍采用数字化仿真技术，在数字化环境中模拟实际的飞机装普遍采用数字化仿真技术，在数字化环境中模拟实际的飞机装配过程，借以发现问题，并在飞机产品并行设计过程中一一解配过程，借以发现问题，并在飞机产
24、品并行设计过程中一一解决。决。164.并行设计与异地协同设计并行设计与异地协同设计并行设计以并行工程模式替代传统的串行式产品开发模式，使得在产品并行设计以并行工程模式替代传统的串行式产品开发模式，使得在产品开发的早期阶段就能很好地考虑后续活动的需求，以提高产品开发的一开发的早期阶段就能很好地考虑后续活动的需求，以提高产品开发的一次成功率。次成功率。在因特网在因特网/企业内部网的环境中，进行产品定义与建模、产品分析与设企业内部网的环境中，进行产品定义与建模、产品分析与设计、产品数据管理及产品数据交换等，异地、协同设计系统在网络设计计、产品数据管理及产品数据交换等，异地、协同设计系统在网络设计环境
25、下为多人、异地实施产品协同开发提供了支持工具。环境下为多人、异地实施产品协同开发提供了支持工具。数字设计制造技术在国外起步早，发展也比较完善，所产生的效益相当数字设计制造技术在国外起步早，发展也比较完善，所产生的效益相当明显。如波音公司在明显。如波音公司在B777机型的研制中采用数字化制造技术，使制造机型的研制中采用数字化制造技术，使制造成本降低了成本降低了3 0%4 0%、产品开发周期缩短了、产品开发周期缩短了40%60%，缩短了，缩短了研制和交货的周期。欧洲空中客车公司也采用类似技术，使空中客车新研制和交货的周期。欧洲空中客车公司也采用类似技术，使空中客车新机的研制周期从机的研制周期从4
26、年缩短为年缩短为2.5 年。波音与空客的成功向人们展示了数年。波音与空客的成功向人们展示了数字化设计制造的巨大潜力和优越性。字化设计制造的巨大潜力和优越性。数字化设计与制造技术中各组成部分作为独立的系统，已在生产中得到数字化设计与制造技术中各组成部分作为独立的系统，已在生产中得到了广泛的应用，不仅提高了产品设计的效率，更新了传统的设计思想，了广泛的应用，不仅提高了产品设计的效率，更新了传统的设计思想，降低了产品的成本，增强了企业及其产品在市场上的竞争力，还在企业降低了产品的成本，增强了企业及其产品在市场上的竞争力，还在企业新的设计和生产技术管理体制建设中起到了很大作用。新的设计和生产技术管理体
27、制建设中起到了很大作用。175.1.3飞机数字化设计与制造过程飞机数字化设计与制造过程在飞机的设计和制造过程中，数字化技术全面应用的具体体现即为“无图纸”设计制造技术。“无图纸”并不是说不再需要图纸，而是通过在计算机上进行产品的三维数字建模、数字化预装配，再由三维模型生成工程图纸，从而替代以前在图板上进行的产品设计工作，并相应地形成一整套数字化产品信息的发放、更改、跟踪和控制系统。18工程设计部门随着工程设计部门随着设计工作的进展，设计工作的进展，可随时更新综合工可随时更新综合工作说明。作说明。设计工作人员设计工作人员在工作过程中在工作过程中首先建立所有首先建立所有零件的三维数零件的三维数字化
28、模型，然字化模型，然后进行数学化后进行数学化预装配。预装配。数字化预装配过程中需要确定数字化预装配过程中需要确定对接面、检查设计集成、确定对接面、检查设计集成、确定有无干涉现象、安排管线系统有无干涉现象、安排管线系统并支持所有设计开发工作。并支持所有设计开发工作。整个产品的开发以协同设计组的方式进行，在这一设计过程中允许制造计划、工装设计、生产车间、NC编程、用户服务、协作对象、供应商及有关人员一起参加。在此过程中在此过程中产品协同设计组可以从制产品协同设计组可以从制造部门和其它产品协同设计造部门和其它产品协同设计组那里获得工艺性和维护性组那里获得工艺性和维护性的反馈信息；的反馈信息；制造计划
29、部门可利用三维制造计划部门可利用三维数字模型生成图解计划表；数字模型生成图解计划表；工装设计利用数字化预装工装设计利用数字化预装配检查界面配合情况以及零配检查界面配合情况以及零件和工装、工装和工装之间件和工装、工装和工装之间有无干涉等。有无干涉等。在产品协同设计组处理完一在产品协同设计组处理完一系列的反馈信息后，零件设系列的反馈信息后，零件设计才算完成，才可把零件模计才算完成，才可把零件模型以数据集的形式发放到制型以数据集的形式发放到制造部门。造部门。零件制造出来后，进行装配和总装工作，如图零件制造出来后，进行装配和总装工作，如图5-3的右下角部分。若还有少数零件有问题，工的右下角部分。若还有
30、少数零件有问题，工程设计组或产品协同设计组负责对零件重新评程设计组或产品协同设计组负责对零件重新评审设计，作适当修改，重新进行数字化预装配审设计，作适当修改，重新进行数字化预装配来检查干涉和配合情况并发放设计。来检查干涉和配合情况并发放设计。飞机制造完成后，进行飞行试验，鉴定合格后再交飞机制造完成后，进行飞行试验，鉴定合格后再交付给航空公司，用户服务部门支持飞机在它生命周付给航空公司，用户服务部门支持飞机在它生命周期里的整个工作。期里的整个工作。195.2 飞机数字化设计过程飞机数字化设计过程 1.1.建立飞机内部轮廓数字模型建立飞机内部轮廓数字模型 DIP （Digital Inboard
31、Profile）飞机产品数字化设计从销售和市场部门获取的用户需求飞机产品数字化设计从销售和市场部门获取的用户需求开始，由总体设计组根据对飞机航程、燃油、载客量、总体开始，由总体设计组根据对飞机航程、燃油、载客量、总体性能及制造成本等的分析，建立飞机总体定义，如飞机的描性能及制造成本等的分析，建立飞机总体定义，如飞机的描述文档、三面图、气动外形布局和飞机内部轮廓数字模型述文档、三面图、气动外形布局和飞机内部轮廓数字模型（DIP）等。）等。DIP代表了飞机初始的一级数字样机，其中包括代表了飞机初始的一级数字样机，其中包括系统安排、空间分配和飞机外形线等，如下图所示。系统安排、空间分配和飞机外形线等
32、，如下图所示。DIP的模型数据由各工程部门提拱，所有结构和系统都分的模型数据由各工程部门提拱，所有结构和系统都分别构造成三维实体模型，并由总体设计组把这些三维模型综别构造成三维实体模型，并由总体设计组把这些三维模型综合起来，进行初步的数字预装配，同时气动组利用合起来，进行初步的数字预装配，同时气动组利用CATIA软软件的曲面造型功能最终建立飞机的气动外形。件的曲面造型功能最终建立飞机的气动外形。20飞机内部轮廓数字模型飞机内部轮廓数字模型 212.建立数字样机与数字化预装配建立数字样机与数字化预装配DPA（Digital Preassembly）工程设计部门对每个零件进行三维数字建模后，就要进
33、行数字化预装配，即建立数字样机（或称电子样机）。数字样机（或称电子样机）。在传统设计中的一级和二级实物样机将被数字化模拟预装配所替代。所谓一级、二级和三级样机是按通常标准划分的设计过程中不同的阶段。22数字化预装配数字化预装配DPA的过程如下：的过程如下：（1）第一阶段数字化预装配）第一阶段数字化预装配 一级数字样机一级数字样机 一级数字样机建立了零部件的基本形状、包容空间，并协调各工程设计一级数字样机建立了零部件的基本形状、包容空间，并协调各工程设计组之间的空间位置安排。组之间的空间位置安排。（2）第二阶段数字化预装配）第二阶段数字化预装配 二级数字样机二级数字样机 二级数字样机已经进行了飞
34、机结构设计和不同设计组之间界面的协调，零部件二级数字样机已经进行了飞机结构设计和不同设计组之间界面的协调，零部件外形已确定下来，但还未进行详细设计。这阶段外形已确定下来，但还未进行详细设计。这阶段DPADPA工作进展主要体现在尽可能地为工作进展主要体现在尽可能地为飞机的可达性、可维护性、可服务性、可靠性、人机工程以及支持装备的兼容性等飞机的可达性、可维护性、可服务性、可靠性、人机工程以及支持装备的兼容性等进行详细设计，但尚未进行详细的装配和安装设计进行详细设计，但尚未进行详细的装配和安装设计。（3）第三阶段数字化预装配）第三阶段数字化预装配 三级数字样机三级数字样机 三级数字样机是对详细设计的
35、零部件进行完整的数字化预装配，如飞机三级数字样机是对详细设计的零部件进行完整的数字化预装配，如飞机上的管道系统、空气管路、燃油管线、液压管路、角片支架、紧固件和连接上的管道系统、空气管路、燃油管线、液压管路、角片支架、紧固件和连接孔等的制造和安装等都在三级数字样机上完成，它是数字化预装配的最后阶孔等的制造和安装等都在三级数字样机上完成，它是数字化预装配的最后阶段段。数字化预装配是一个过程，设计人员、数字化预装配是一个过程，设计人员、系统分析人员、工艺计划人员以及工装设计系统分析人员、工艺计划人员以及工装设计人员需要时可以把零部件、装配件等组装起人员需要时可以把零部件、装配件等组装起来，在虚拟环
36、境中完成飞机的装配模拟工作。来，在虚拟环境中完成飞机的装配模拟工作。所有零部件都构造成三维实体模型，用所有零部件都构造成三维实体模型，用来检查设计集成的各种状态、干涉和界面对来检查设计集成的各种状态、干涉和界面对接情况。整架飞机的所有干涉情况都可以标接情况。整架飞机的所有干涉情况都可以标识出来，并在预装配过程中加以解决。识出来，并在预装配过程中加以解决。233.3.三维外形数字模型和三维数字化产品定义三维外形数字模型和三维数字化产品定义 飞机气动部门对气动布局、气动性能、稳定性和操纵性飞机气动部门对气动布局、气动性能、稳定性和操纵性进行研究后，确定出飞机最终的气动外形，包括翼型形状，进行研究后
37、，确定出飞机最终的气动外形，包括翼型形状，整个机翼和发动机短舱的外形等。整个机翼和发动机短舱的外形等。然后模线设计组利用前述的气动设计结果、飞机内部轮然后模线设计组利用前述的气动设计结果、飞机内部轮廓模型和结构数据，通过曲面造型建立飞机的廓模型和结构数据，通过曲面造型建立飞机的三维外形数字三维外形数字模型模型。此时飞机的三维外形数字模型和内部轮廓数字模型共同此时飞机的三维外形数字模型和内部轮廓数字模型共同构成了构成了三维数字化产品定义。三维数字化产品定义。三维数字化产品定义可以直接起到三维飞机模线的作用三维数字化产品定义可以直接起到三维飞机模线的作用和用于三维飞机零组件的定义构形，也可用于后续
38、的制造、和用于三维飞机零组件的定义构形，也可用于后续的制造、工装设计、产品检验和数控加工编程等环节。工装设计、产品检验和数控加工编程等环节。244.零件结构设计和零件表生成零件结构设计和零件表生成 在飞机产品数字化定义的基础上，进一步对零在飞机产品数字化定义的基础上，进一步对零组件进行结构设计，如图所示。一般来说，此阶段组件进行结构设计，如图所示。一般来说，此阶段的所有零组件都应具有精确的三维实体模型。在此的所有零组件都应具有精确的三维实体模型。在此阶段，还要对这些零组件进行进一步的数字化预装阶段，还要对这些零组件进行进一步的数字化预装配，检查所有零组件的配合情况，进行重量分析、配，检查所有零
39、组件的配合情况，进行重量分析、维护的可达性检查，有无异常情况和是否满足功能维护的可达性检查，有无异常情况和是否满足功能需要等。同时，结构设计人员还应考虑到所有系统需要等。同时，结构设计人员还应考虑到所有系统在结构中的贯穿情况，有无干涉和保留必要的间隙在结构中的贯穿情况，有无干涉和保留必要的间隙等。等。25设计人员要和协同设计组的其他人员一起工作，广泛听取他们的反馈意见，并和制造工艺人员共同建立产品零部件树当结构设计人员进行详细设计，每个零组件的当结构设计人员进行详细设计，每个零组件的几何形状和尺寸正确无误后，把产品的几何定几何形状和尺寸正确无误后，把产品的几何定义（三维实体模型和二维图形、数控
40、加工表面义（三维实体模型和二维图形、数控加工表面信息），以及机构运动模拟信息存入到数据库，信息），以及机构运动模拟信息存入到数据库，由集成数据管理由集成数据管理IDM（Integrated Data Management）系统进行管理）系统进行管理 在综合工作说明IWS中的产品结构树以及其它相关的工艺信息，通过自动零件表生成器APLG（Automated Part List Generator），输入到自动零件表系统中进行存储 至此，数字化产品设计的完整信息已经基本建立，由此可见，产品设计结果体现在两个方面：一个是产品几何信息，存储在IDM系统中的数据集中，另一部分是产品的非几何信息，包括产品
41、结构树和工艺信息存储于APL系统中。这两部分信息是密切相关，不可分割的，否则产品信息就不完整。这两部分信息相关性是通过产品图号或零件号来实现的。265.产品数字建模的其它相关工作 飞机的产品数字建模工作除了上述的飞机的产品数字建模工作除了上述的产品的外形三产品的外形三维数字定义；维数字定义；内部结构的三维数字定义外，还有很多系内部结构的三维数字定义外，还有很多系统数字建模和其它的相关工作。统数字建模和其它的相关工作。如为了加速设计进度、提高工作效率，还应开发标准如为了加速设计进度、提高工作效率，还应开发标准零件库。典型的标准件有：连接件、紧固件、垫片、垫圈、零件库。典型的标准件有：连接件、紧固
42、件、垫片、垫圈、轴承、液压系统管接头和夹紧件。设计人员在设计过程中轴承、液压系统管接头和夹紧件。设计人员在设计过程中在计算机系统上可以直接提取它们，并且利用成组技术对在计算机系统上可以直接提取它们，并且利用成组技术对飞机上已用过的零件也建立一个库。这样可以省掉重新进飞机上已用过的零件也建立一个库。这样可以省掉重新进行工艺计划、工装设计和制造、数控编程以及其它有关发行工艺计划、工装设计和制造、数控编程以及其它有关发放一个新零件的耗时费工的工作，大大节省了设计时间，放一个新零件的耗时费工的工作，大大节省了设计时间，提高了工作效率。提高了工作效率。275.3 飞机数字化制造过程飞机数字化制造过程 飞
43、机的数字化制造过程大体上是与飞机的设计工作同时飞机的数字化制造过程大体上是与飞机的设计工作同时展开的，制造技术人员和设计员在同一协同设计组中并行工展开的，制造技术人员和设计员在同一协同设计组中并行工作。飞机数字化制造过程主要包括以下内容：作。飞机数字化制造过程主要包括以下内容：1.1.产品结构分解产品结构分解 在飞机产品的初步设计阶段，飞机的三维数字模型还是单一的整体模型，此时制造技术人员和设计人员（包括用户）一起，把飞机整体模型分解成部件、组件和零件，以及基于这些零组件上的装配件和安装件，直到最后把飞机装配出来。设计人员、工艺计划人员和工装设计人员共同进行详细的设计改进、车间工作中心的工作分
44、解以及其它有关制造工艺的研究和准备工作。28水平安定面结构分解图 292.关键特征的确定关键特征的确定 飞机结构分解以后，工艺人员和设计人员还需共同确定零组件或装配件的关键特征 KC（Key Characteristics），如零件的允许公差范围、垂直度、平行度等，这些都是零组件的关键特性。关键特性的数量和范围对以后减少零组件的制造问题有着关键特性的数量和范围对以后减少零组件的制造问题有着十分重要的意义，对产品的性能和疲劳强度也有很大影响。因十分重要的意义，对产品的性能和疲劳强度也有很大影响。因此，确定关键特性的工作极其重要，要慎重进行。此，确定关键特性的工作极其重要，要慎重进行。产品协同设计
45、组的每个成员（设计、制造、工装、材料等产品协同设计组的每个成员（设计、制造、工装、材料等部门）都有权参与确定大多数结构件的关键特性。在制造过程部门）都有权参与确定大多数结构件的关键特性。在制造过程中从零件组装成组件，再由组件装配成部件，关键特性也是一中从零件组装成组件，再由组件装配成部件，关键特性也是一个树形结构，它们之间是由上到下逐步定义和相互影响的。所个树形结构，它们之间是由上到下逐步定义和相互影响的。所以，在零件制造过程中的加工定位、装配过程中的定位基准选以，在零件制造过程中的加工定位、装配过程中的定位基准选择，工装夹具的确定等都应细致考虑到关键特性。择，工装夹具的确定等都应细致考虑到关
46、键特性。30关键特征的传递过程 机身段蒙皮外形（包括机身的外径和蒙皮形状）是关键特征之一，它是影响飞机飞行性能的主要因素。机身蒙皮外形的关键特征将传递到壁板的装配件和隔框的装配件上，而机身蒙皮的形状又受到剪应变角材与蒙皮之间配合是否光滑的影响。因此，角材的角度以及隔框和壁板的外形都是关键特征。一般来说，装配件的关键特征将传递到组成它的零件上。313.三维工装设计与工艺计划三维工装设计与工艺计划 工装是在飞机零部件制造和装配过程起支持作用的机工装是在飞机零部件制造和装配过程起支持作用的机械装置，包括各种模具、机加卡具、装配型架、测试设备、械装置，包括各种模具、机加卡具、装配型架、测试设备、专用钻
47、铆设备等。专用钻铆设备等。工装设计和产品设计一样，首先也要进行三维实体建工装设计和产品设计一样，首先也要进行三维实体建模，然后工装设计人员利用三维零部件模型进行工装的数模，然后工装设计人员利用三维零部件模型进行工装的数字化预装配，检查零部件对工装以及工装对工装有无干涉字化预装配，检查零部件对工装以及工装对工装有无干涉和留有足够的空间，这样大大改进了装配的可行性和装配和留有足够的空间，这样大大改进了装配的可行性和装配过程的可视性，如图所示。过程的可视性，如图所示。32工装的三维建模 334.数控加工数控加工 产品的数字化定义过程使数控加工程编人员在产品产品的数字化定义过程使数控加工程编人员在产品
48、设计发放以前就可以在产品协同设计组中构造数控加工表设计发放以前就可以在产品协同设计组中构造数控加工表面，定义零件数控加工所需的线框和表面模型，并且可以面，定义零件数控加工所需的线框和表面模型，并且可以在计算机上进行数控加工过程的模拟，验证所设计的走刀在计算机上进行数控加工过程的模拟，验证所设计的走刀路线是否正确。路线是否正确。数控程编人员和产品设计及制造工艺人员协同工作数控程编人员和产品设计及制造工艺人员协同工作的数字化定义模式，考虑到了数控加工过程的各种问题，的数字化定义模式，考虑到了数控加工过程的各种问题，包括零件的表面定义是否有利于数控加工、加工过程的工包括零件的表面定义是否有利于数控加
49、工、加工过程的工艺问题、有否刀具干涉和过切等情况艺问题、有否刀具干涉和过切等情况 345.工厂车间布置和地面支持装备工厂车间布置和地面支持装备 制造工程部门定义产品零组件和工装的三维数制造工程部门定义产品零组件和工装的三维数字化模型的同时，还可以构造整个车间的三维模型字化模型的同时，还可以构造整个车间的三维模型和地面支持装备的三维实体模型。和地面支持装备的三维实体模型。在计算机上可以模拟零部件装配和地面支持装在计算机上可以模拟零部件装配和地面支持装备的数字化预装配，直至整架飞机的装配过程。备的数字化预装配，直至整架飞机的装配过程。目的：验证、分析零组件对工装和工装对工装的界目的：验证、分析零组
50、件对工装和工装对工装的界面，工装的机构运动情况，运输设备在车间内的移面，工装的机构运动情况，运输设备在车间内的移动，甚至整架飞机在工厂内移动情况，如图所示。动，甚至整架飞机在工厂内移动情况，如图所示。356.基于产品数字化定义的制造工程计算机系统基于产品数字化定义的制造工程计算机系统 基于产品数字化定义的制造工程计算机系统大体上包括：基于产品数字化定义的制造工程计算机系统大体上包括：制造装配工艺系统、制造装配工艺系统、进度计划系统、进度计划系统、订单系统、订单系统、库存管理系统库存管理系统 零件短缺处理零件短缺处理 跟踪系统跟踪系统 在对产品进行了全数字化定义后，这些子系统才能被有机地集成在对