孙玉强
航空工业哈尔滨飞机工业集团有限公司责任公司-工程技术部零件工装室 黑龙江 哈尔滨 150060
摘要：框肋、蒙皮、壁板等钣金零件构成了飞机机体的框架和气动外形，钣金零件制造是飞机制造工程的重要组成部分。飞机制造工程在发展过程中，对数字化的要求越来越高。基于此，本文详细分析了飞机钣金零件数字化制造系统及其应用。
关键词：飞机；钣金零件；数字化制造系统；应用
一、飞机钣金零件数字化制造系统要求
当前，航空制造业在发展过程中，数字化是关键的创新改革目标，也是飞机钣金制造的根本趋势。飞机钣金零件涉及到诸多类型与材料，钣金零件的结构较复杂，提高了钣金零件数字化制造难度。此外，数字化制造系统设计完成后，结构模型向下方传递，根本原因是塑性成形物理所具有的非线性特征，导致飞机钣金零件制造工艺不确定性问题。考虑到钣金零件、工艺特征，钣金制造对专业知识的需求具有密集性特点，钣金工艺与工装设计也需凭借丰富的经验才能获得理想的设计效果。所以，钣金零件数字化制造系统设计，既需采用专业的设计软件，又要结合钣金零件制造特征创建钣金数据库，从而为飞机钣金零件数字化制造系统提供必要的数据与信息支持。
二、飞机钣金数字化制造系统设计
飞机钣金数字化制造系统体系结构分为环境层、数据层、应用层和门户层。其中，环境层包括计算机软硬件和钣金件数字化制造标准规范。数据层包括数据的存储和管理，对钣金制造知识采用数据库进行管理。应用层面向飞机钣金零件制造全过程，包括以钣金零件制造要素信息定义为核心的专业、集成应用。门户层为各业务部门提供钣金制造的门户服务与统一业务活动入口。
制造信息的定义、管理和传递是数字化制造的本质。飞机钣金零件数字化制造基于钣金制造的规范、方法、工具和设备，围绕钣金零件制造过程的制造模型、制造指令、工装模型、设备控制指令、钣金工艺知识等各种信息均以数字形式表达，通过网络在工艺、生产等各业务部门内传递，对面向制造全过程的零件、工艺、资源信息进行分析、描述、规划与仿真，控制零件、工艺、工装、设备等，完成钣金零件制造全过程。对于飞机钣金零件数字化制造过程主要从信息流的角度来描述，以信息过程驱动钣金制造的物理过程。
1、钣金制造信息分类。钣金制造过程中的信息分为钣金零件制造要素信息和钣金制造知识。其中，钣金零件制造要素信息是指制造过程中的各类设计信息，包括制造模型、工艺，工艺装备等信息，属于生产性数据。为了描述钣金加工工艺过程中的工序件信息，提出了飞机钣金零件制造模型的概念。钣金零件制造模型采用系统观点，沿着工艺链组织零件工序件模型信息，如下料工序的毛坯模型和排样模型、成形工序的成形工件和成形工艺模型。钣金制造知识是支持零件信息定义的各类知识，属于支撑性数据。由于钣金制造要素信息的多样性及钣金成形工艺本身的特点，钣金制造是“知识需求密集”的过程，钣金制造知识具有种类多、经验性、复杂性、数量多等特性。
2、钣金制造信息管理。制造模型、工装和工艺数据采用产品数据管理系统进行统一管理，以钣金零件制造模型为核心实现钣金零件制造过程中零件制造信息的获取、表达和应用系统的集成，工艺设计和工装设计子系统的设计人员可从中抽取领域信息建立模型；知识库管理系统存储了飞机钣金零件制造涉及的各类型知识及标准、规范，各应用系统通过集成接口获取知识，实现钣金数字化制造中各类工程设计问题的智能决策，支持钣金制造要素信息的数字化定义。
3、钣金制造信息定义与传递。由于飞机钣金制造工艺种类多，经常使用适合某一类零件成形的专业设备(如橡皮囊液压成形等)，因此，针对每类工艺均需建立专门的制造要素信息定义方法。通过突破复杂曲面展开、工艺知识建模等关键技术，开发工艺知识的分布式应用和制造要素信息的数字化定义系统，如整体壁板数字化展开、框肋零件成形工艺模型定义、基于Web的钣金零件制造指令设计系统、橡皮囊液压成形模具数字化设计系统等应用系统。定义钣金制造要素信息，从而实现以数字量传递到工装制造和零件制造。
三、飞机钣金数字化制造系统应用
通过面向制造过程各阶段的飞机钣金零件数字化技术研究应用，建立钣金制造知识库和基于知识的工程设计平台，为工艺人员提供从制造指令设计，工装设计制造到工艺参数设计的数字化环境，解决飞机钣金制造技术在从传统的技术向以数字化为核心的先进制造技术迈进过程中一些共性问题，在钣金制造模型数字化定义、工艺设计、工装设计等方面提高了钣金制造技术水平，在企业型号研制应用中，缩短了钣金零件制造周期(工艺设计周期、工装设计周期和生产加工周期)，提高了钣金制造的快速响应能力。在制造模型定义中，通过展开与建模、考虑成形模具设计中的回弹等因素建立用于模具设计的工艺数模，钣金零件各种几何数据、工艺数据的准确性主要依靠于算法的稳定性和准确度，减少了人为不确定因素的影响，提高了钣金制造的外形准确度和精度。飞机钣金制造知识库的构建为钣金制造技术的发展奠定了良好的基础，既满足了企业当前对制造技术的需求，也是数字化条件下航空钣金制造技术长远发展的需要。
1、钣金零件信息传递从模拟量转变为数字量。制造、协调精度高是飞机钣金零件的制造要求。通过采用制造模型定义技术，对钣金零件加工过程各阶段的特征和几何模型及有关属性进行数字化定义，解决钣金零件数字定义模型的传递、协调和管理问题，实现钣金零件制造从模拟量传递向数字量传递的转化。
制造模型为加工中的每一个工序提供精确的数字化几何模型，直接传递数字量，模线、样板、标准样件已失去已往作为标准原始制造依据的作用，样板、模胎本身的基础模型是统一的数字模型，而且加工用的模型也直接来源于数字模型。因此，减少了尺寸链，消除了数据传递中间环节引起的误差，从而提高钣金零件的制造精度。
2、工艺设计由经验型设计为主转变为基于知识的智能化设计为主。钣金制造知识库是在对企业钣金工艺设计过程进行大量调研的基础上，对钣金工艺知识进行分类和建库存储，包括钣金制造领域本体数据，在此基础上形成制造指令设计知识、各种成形工艺参数设计知识、成形模具设计知识等内容。基于Web的分布式环境便于工艺人员查阅、选用、修正和不断积累。
本文研究重点对钣金铝合金材料数据、钣金工艺术语，钣金制造指令设计知识等知识建库，提供工艺设计的知识平台，使企业中工艺人员的经验知识和相关的标准规范以数字化的形式得到积累和重用，在工艺设计中通过输入零件信息直接检索典型流程、典型工序、草图、工艺装备等信息，设计人员只需少量修改即可完成制造指令的编制，使企业工艺设计从经验型转变为基于知识库的智能设计方式。
3、数字化技术应用从单项技术转变为网络化全过程集成应用。以企业网络为基础，将应用系统、软件工具和数据库等整合为统一的平台，使制造形成三个具备高度整合的信息环境，各个平台系统通过数据接口相连，完成对制造过程集成数据的交换及协调传递。运用基于网络的分布式集成平台技术，将飞机钣金件制造模型数字化定义、工艺设计、模具设计与制造等数字化技术在橡皮囊液压成形、蒙皮拉形和大型整体壁板喷丸成形加工中进行集成应用，实现单项数字化技术应用向集成化系统应用的转变。
参考文献：
[1]代先利.飞机钣金零件数字化制造系统和应用分析[J].中国制造业信息化，2015(07).
[2]刘闯.飞机钣金零件数字化制造系统及其应用[J].航空制造技术，2015(16).