关于飞机零件数据集的分析

关于飞机零件数据集的分析

管策

沈阳飞机工业（集团）有限公司 辽宁 沈阳 110034

摘要：为实现飞机钣金零件的数字化制造，本文将各数字量信息归结为制造数据集，分析数据集的组成及数据结构。将已有的工艺和工装设计经验归结为知识信息并在系统中进行重用，对钣金零件的设计信息进行综合补充，创建适合制造过程各阶段的数据集，使数字量传递更新智能化。结合制造数据集结构，按照几何特征信息和非几何信息进行区分，在CATIA环境下开发完成制造数据集系统，实现了制造中间件快速建模、基本工艺信息快速添加，保证了制造数据集的完整性和规范性。

关键词：数字化制造;飞机钣金零件;制造数据集

引言

在国外，数字化标准工装的协调方法在波音、空客的新型飞机研制过程中得到了普遍的应用，它不仅实现了全机数字化设计与制造，而且为实施并行工程、开展异地协同设计与制造提供了坚实的技术条件与基础。

1制造数据集定义与组成

目前，设计人员尚不能在钣金三维模型中完整表达制造所需要的工艺信息，将工程数据转交制造部门后，工艺人员还需要在工程数据集的基础上添加必要的制造工艺信息。制造数据集是零件制造过程中，工艺人员根据加工工艺需要，在零件设计数据的基础上增加工艺基准、工艺结构特征、技术注释等制造信息而形成的数据集合。

1.1几何信息与非几何信息

依据数据的存在形式可以将钣金制造数据分为几何信息与非几何信息。

1)几何信息即结构要素，是结构模型、参数及约束的结合。飞机钣金零件外形从平面、旋转曲面到自由曲面变化各异，但均可逐步抽象为典型的结构特征，如整体壁板的典型结构特征有基体、口框、孔、长桁等，框肋类零件则由腹板、长桁、弯边、孔等构成，几何信息从底层数据开始可分为几何要素层、结构特征层、状态模型层，几何要素层是控制结构特征外形和精度的基础，结构要素层是各状态模型工艺特征的基础，将知识引入到系统中，实现变量参数化及变量关系智能约束，将各结构要素独立录入，应用时尺寸驱动几何要素，使其依照工艺要求添加到几何主体上。2)非几何信息指几何特征无法直接反应的数据信息，辅助表达传递制造所必须的信息。在产品模型中，可以以各类文本、表格、属性树表示，主要包含零件描述、材料、版次、工艺描述等信息。非几何信息与几何特征信息既相互关联又相对独立，一起构成完整的制造数据。

1.2钣金制造模型与制造知识

依据数据的复杂程度可以将钣金制造数据分为2类:第1类是可直接呈现的数据，即零件结构特征及描述特征的各类属性信息，包括零件制造模型、设计制造单位、工艺及材料等信息。制造模型反应各制造工序过程中需要加工的外形特征，如工艺余量、耳片、工艺孔等结构元素。

制造的成本控制及不确定度要求模型中包含尺寸及公差信息，为使3D模型成为制造的唯一依据，实现3D标注，可采用基于模型的定义(modelbaseddefinition，MBD)。模型在描述几何形状特征的同时，将尺寸公差、注释、制造及管理信息包含在内，采用结构树来分层分类组织管理制数据信息，实现数据的集成统一。

2数字化标准工装的协调方式与方法

2.1数字化标准工装的介绍

数字化标准工装(DigitalMasterTooling，DMT)简称数字标工，它包含产品协调部位的几何形状和尺寸，利用产品3D数字化主模型(包括坐标系统、基准系统和几何模型)、协调部位装配尺寸及公差等装配元素作为设计、制造、检验和协调所有零件加工工装、部段内部装配工装、部段间装配工装和检验工装的数字量标准，是保证生产工艺装备之间、生产工艺装备与产品之间、产品部件和组件之间的尺寸与形状协调互换的重要依据。

数字化标准工装实际上是数字化环境下实物标工的替代物。因为实物标工不仅制造成本高，而且维护难度大，是生产中的一个难点，同时，实物标工传递的是模拟量数据，在数字化环境下不易实现自动化应用，所以有必要研究方便、低廉的数字化标准工装模型来代替实物标工模型，起到协调标准的作用。数字样件或量规与传统意义上的标工作用相同，唯一不同的是它不是实物，而是计算机中的数字化定义模型。设计出一个统一的数字样件或量规，参与每一部分的数字预装配，以保证互换部位的协调。国外称数字化标工为主工装或软标工，有时也称之为电子量规(ElectronicGauge)。数字标工与实物标工相比较，具有两方面的优点，一方面是制造和装配中可以重复性地循环利用，另一方面是能减少制造环节(例如过渡模、反模型等)中的一些中间环节。

2.2数字化标准工装协调原理

数字化标准工装是在工艺设计过程中，工艺人员根据装配和加工工艺需要，在飞机零/部件模型基础上增加定位用的结构特征与工艺基准而形成制造三维数字模型。工装设计人员根据制造工艺与零/部件的交付状态要求，结合零/部件模型中基准系统与几何形状，在虚拟环境中精确地设计出能完全定位飞机零/部件并具有正确协调关系的工装三维数字模型，对于装配工装，还要在工装零/部件模型中的恰当位置设计出光学测量安装用的工具球特征，并在工装坐标系中给出正确的孔位数据，形成工装数据集，同时检验人员根据产品检测原则形成零/部件和工装的检验数据集;根据独立制造原则，利用数字化加工设备和测量设备对飞机产品进行检测。

3制造数据集管理

制造数据集管理的重点是实现数据源的统一及制造信息对快速重构，可以将数据集按照状态、特征、几何要素和基础数据4个层次进行构建。1)状态层，钣金制造通常由多个工序组成，也就决定了制造数据存在多个状态，不同状态具有对应的结构特征;2)特征层，特征指零件的几何性质及对几何性质的必要属性描述，特征不能独立存在，必须依附于主体模型;3)几何要素层，几何特征由几何要素组成，要素可以用具体参数驱动，并由对应函数或宏存放在系统中。4)基础数据层，该层实际就是数据(数字、字母、符合等)的集合，数据层将驱动几何要素的数据和描述特征或状态层的数据分开存储管理。系统各用户可以通过数据管理系统访问管理第2层(特征层)及基础数据层的描述性信息，将制造知识具体化的同时，实现数据的共享及不断扩充。

结语

面向制造的飞机钣金数据集研究帮助设计数据顺利延伸到制造过程中，实现了钣金制造的数字化与智能化。以制造数据集为基础，对于装配工装，在工装模型中必要位置设定光学测量用工具球，并给出相应孔位数据，可以形成工装数据集;对于交付检验，检验人员根据零件检测原则，设定检测位置及数值，可以形成检验数据集。制造数据集的数字量传递与控制可以方便应用到成形模具设计、工艺参数设计、检验工装设计等环节。开发的系统基于钣金制造知识库，采用集成管理的方法，实现制造知识的积累与再现，规范了产品工艺设计流程与信息，保证了工程设计的质量;制造数据集的快速添加工具减少了工艺人员的重复劳动，提高了飞机钣金的生产效率。

参考文献

［1］王俊彪，刘闯，韩晓宁．面向制造的飞机钣金零件多态模型［J］．航空学报，2007(02):504-507．

［2］王声，苏卫华，肖望东．数字化标准工装在飞机工艺研制中的研究与应用［J］．现代制造工程，2014(6):104-108．

［3］王俊彪,刘闯,韩晓宁.面向制造的飞机钣金零件多态模型［J］.航空学报,2007,28(2):504-507.

［4］王俊彪.飞机钣金数字化制造系统及关键技术研究[D].西安:西北工业大学,2004.