非实例化标准件消耗式装配工艺设计技术研究_邓海洲.pdf

100航空制造技术2023年第66卷第3期研究论文RESEARCH非实例化标准件消耗式装配工艺设计技术研究*邓海洲1，王大涛1，王 良1，贾晓亮1，刘明星2，宋洪鹏1（1.中航沈飞民用飞机有限责任公司，沈阳 110000；2.航空工业信息技术中心，北京 100028）摘要 针对飞机产品数据中大量非实例化标准件尚未实现消耗式工艺设计的难题，提出了依据装配需求对非实例化标准件进行二级拆分及消耗式分配的思路。结合业务架构流程梳理，采用 CATIA CAA 二次开发开展非实例化标准件 R 模型的工位级拆分，并系统研究了装配工艺设计过程中非实例化标准件的消耗式分配和管理技术，在某项目产品上开展了系统测试及应用验证，完成了 AO 创建，实现了所有参装件的消耗式装配工艺设计，保证了制造数据与工程数据的一致性和准确性，取得了较好的应用效果。关键词：非实例化；标准件；R 模型；工位；消耗式工艺设计Research on Consumable Assembly Process Design Technology of Non-Instantiated Standard PartsDENG Haizhou1,WANG Datao1,WANG Liang1,JIA Xiaoliang1,LIU Mingxing2,SONG Hongpeng1(1.AVIC SAC Commercial Aircraft Company Ltd.,Shenyang 110000,China;2.AVIC Digital Center,Beijing 100028,China)ABSTRACT Aiming at the problem that a large number of non-instantiated standard parts in aircraft product have not yet achieved consumable process design,the idea of two-level splitting and consumable allocation of non-instantiated standard parts according to assembly requirements is proposed.Combined with the business structure process,the secondary development of CATIA CAA was used to carry out the position-level split of the non-instantiated standard parts R model,and their consumable allocation and management technology of non-instantiated standard parts in the assembly processdesignprocessweresystematicallystudied.Systemtestingandapplicationverificationhavebeencarriedoutonthesome products,AO creation has been completed,the consumable assembly process design of all participating parts has been realized,the consistency and accuracy of manufacturing data and engineering data have been ensured,and good application results have been achieved.Keywords:Non-instantiation;Standard parts;R model;Station;Consumable process designDOI:10.16080/j.issn1671-833x.2023.03.100*基金项目：民机专项技术研究项目（MJ2018G55）。引文格式：邓海洲,王大涛,王良,等.非实例化标准件消耗式装配工艺设计技术研究J.航空制造技术,2023,66(3):100106.DENG Haizhou,WANG Datao,WANG Liang,et al.Research on consumable assembly process design technology of non-instantiated standard partsJ.Aeronautical Manufacturing Technology,2023,66(3):100106.消耗式工艺设计通常是指在 MBD 装配数据源基础上，在飞机工艺设计过程中对零件、标准件等主要数据元素的分配属性及状态进行标识和记录，确保数据分配准确、完整、可追溯，从而有效地避免数据错误、漏分配的一种装配工艺设计方法。航空标准件是现代飞机的基本组成部分，通常占飞机零件数量的 60%90%。在飞机的设计过程中，大量使用标准件，这给飞机的设计、制造和装配带来很大的便利1，但对于飞机装配而1012023年第66卷第3期航空制造技术RESEARCH研究论文言，如何将大量的零组件、标准件正确且完整地装配至飞机上，一直是工艺规划及设计过程研究的关键技术之一。为实现飞机装配数据的完整性和准确性，消耗式工艺技术逐渐在工艺规划及设计过程中应用发展2。DELMIA 软件是达索公司的一款可针对飞机装配中的工艺设计及按其设计要求进行装配仿真验证的软件3，国内外航空制造企业普遍采用该软件进行飞机装配工艺设计工作。大型飞机标准件数量都在数十万甚至上百万件以上，采用实体建模将会产生极大量的数据，因此目前飞机模型中标准件设计大都采用点、线等元素进行简化表达，无法使用 DELMIA 中的标准功能进行标准件的工艺规划4。本文将这种简化表达、无实体模型的标准件统称为“非实例化标准件”。在科研飞机试制阶段，设计变更频繁、技术状态控制难度大，传统二维工艺设计依靠人工在工艺计划表中标记、划分数量如此庞杂的标准件装机情况，很难保证没有错漏装的问题5。近年来，国内部分飞机型号在三维可视化消耗式装配工艺设计研究应用方面取得了技术突破，但对于非实例化标准件的工艺设计目前尚未找到高效实用的技术方法，使得设计、装配及生产管理数据中标准件信息一致性问题没有从根本上解决，是飞机所有参装件100%实现消耗式工艺设计“最后一公里”工程中的一大难题。本文在基于模块的飞机构型管理体系下，采用Windchill 系统平台，针对 CATIA 设计软件下非实例化标准件消耗式分配工艺设计难题，从业务流程、标准件二级拆分及消耗式分配、变更管理等方面进行了系统研究，形成了完整的解决方案，并基于某项目组件开展了功能测试和比较系统的工程应用实践，验证了方案可行性。1 非实例化标准件消耗式装配工艺设计的 总体思路和业务架构流程1.1 总体思路非实例化标准件一般在CATIA组件（*.CATProduct）文件所对应的 CATIA 零件（*.CATPart）文件中表达，该 CATIA 零件文件在不同项目中有不同的名称，如在C919、MA700、AG600 等机型中该文件简称为 R 模型，为论述方便，本文中统一称为 R 模型文件。在该 R 模型文件中一般包含大量的表达非实例化标准件的点、线模型。由于飞机结构的复杂性，同一 R 模型通常会包含多个标准件牌号规格，且数量较大、分布较广，装配工艺设计时，需将 R 模型下的非实例化标准件分配至站位 工位 工序 工步，以满足消耗式工艺设计及相关管理的需求。由于非实例化标准件是 R 模型对象下一级的构成元素，系统无法像实例化的零件那样对其进行分配。对于历史项目，设计部门在划分构型项，确定设计模块（简称 DM）时，并未充分考虑装配工艺设计需求，划分不够细致，导致大量 DM 下的零件、标准件在工艺设计时需要跨工位进行多次分割和再分配。为解决上述问题，有以下两种方案可供工艺系统选择。方案 1：提请设计部门按装配工艺设计需求对 DM重新划分，一般也需要对 DM 下 R 模型进行拆分，确保DM 不需要跨工位分配；方案 2：制造部门按装配需求对 DM 进行二次划分，同时也需要对 R 模型进行重新分割，形成新的工艺组件模块，即制造模块（MDM），确保 MDM 不需跨工位分配。飞机在整个研制阶段，甚至批产后都是一个动态的持续改进过程。围绕精益生产这一核心目标，制造工艺系统根据传统制造经验，利用生产价值流程分析等方法对产品装配工序进行多轮迭代优化分析6，产品装配流程本身也会因工艺质量改进或满足生产线速率变化开展持续的迭代优化，因而方案 1 会引发持续性的、数据庞大的设计构型更改工作，与更为刚性的产品优化更改发生资源冲突，同时由于国内普遍存在设计与工艺分离的制度障碍，导致方案 1 实施难度很大；相对于方案 1是从数据源头进行更改来说，方案 2 需要工艺进行设计构型的二次构建，也称为制造构型，虽然也需要做大量数据重构工作，但由于其主要由制造工艺系统实施，不存在大的技术和管理障碍，实施过程相对可控，可操作性更强。因此，本文选择方案 2，即由制造部门按装配工艺设计需求对 DM 进行拆分，针对其内部采用 R 模型定义的非实例化标准件进行二次分割，此方法过程管理相对灵活，兼顾了相关资源的可承受性。1.2 消耗式工艺设计的总体业务架构国内飞机制造企业的装配工艺设计工作流程通常分为顶层装配工艺规划和详细装配工艺规划两个层级。顶层工艺规划主要用于划分装配工位，实现并支撑工位级工艺资源的配套，如零件、标准件、工装工具、设备、人员等；详细装配工艺规划通常是在具体的装配工位内进行装配工序设计及工步设计。本文在继承现有工艺设计习惯和生产管理模式的基础上，将非实例化标准件的消耗式工艺设计流程嵌入到现有成熟的三维工艺设计流程中，分为 1 级（工位级）和 2 级（工步级）两个层级。第 1 级工艺设计依托 CATIA 软件和 Windchill 系统平台，完成顶层 MBOM 规划及参装件工位级消耗式分配；第 2 级工艺设计依托 DELMIA 和 Windchill 系统平台，完成底层 MBOM 规划及参装件工步级消耗式分配，并考虑了必要的人机工程分析的工艺仿真与验证需102航空制造技术2023年第66卷第3期研究论文RESEARCH求，制定总体业务架构如图 1 所示，其中橘色部分为非实例化标准的 2 级分配环节。在 MBOM 顶层装配工艺规划的制造模块拆分环节，利用 CATIA CAA 开发的标准件拆分工具集，对需跨工位的非实例化标准件按装配需求进行拆分，将拆分后的标准件重新挂载到 MBOM 结构中对应工位上，从而实现所有参装件（零件、标准件）完整的顶层 MBOM结构，随后将所有参装件分配至相应装配工位。在 MBOM 详细装配工艺规划阶段的 AO 详细设计环节，针对 1 级分配后的非实例化标准件，通过 Windchill与 DELMIA 集成，将标准件再次按装配需求拆分并分配至工步，形成结构化的三维工艺指令7。2 非实例化标准件消耗式分配技术方法2.1 实例化标准件的 1、2 级消耗式分配流程非实例化标准件 R 模型的 1 级和 2 级消耗式分配的详细流程如图 2 所示。从 Windchill 系统中将某一站位相关的模块（含零组件、R 模型）下载并导入 CATIA，利用 CATIA CAA二次开发的标准件拆分工具集将 R 模型按照装配需求拆分为多个子 R 模型，如 R1、R2，并构建装配关系，随后回传拆分后的子模型至 Windchill，并关联至相应工位下，到此完成了 1 级拆分与分配。在完成 AO 规划后，将 1 级消耗式分配的结果及零部件信息一起传递给DELMIA，基于 DELMIA 的 EIP 模块将工位