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航空发动机装配IETM开发技术研究

2017-04-20龙洋王彤孙贵青刘清军

科技视界 2017年1期
关键词:装配航空发动机

龙洋 王彤 孙贵青 刘清军

【摘 要】分析了航空发动机行业传统装配技术手册的现状与不足,研究了IETM制作的关键技术;按照S1000D标准对航空发动机装配工艺手册体系进行结构化处理、采用数字化三维矢量图解及仿真动画传递工艺信息;成功开发了某型航空发动机装配技術手册。

【关键词】IETM;航空发动机;装配

航空发动机装配技术手册是发动机装配制造环节中最重要的技术资料,是指导发动机装配的工艺文件,其内容对发动机装配质量有直接的影响。同时装配技术手册还是后续航空发动机大修、航线维护操作文件编写的重要依据。

随着国内航空发动机的复杂程度、可靠性要求越来越高,装配技术手册承载的信息越来越多,从而造成技术手册制作查询困难、不易携带与保存、难于与产品技术状态同步更新等问题。同时数字化技术在国内航空发动机设计领域的迅速推进,为了打通了发动机产品设计制造之间的联系,装配技术手册作为制造环节中重要的技术资料也应该迅速推进数字化进程。

交互式电子技术手册(Interactive Electric Technical Manual,简称IETM)是一种数字化的、基于数据重用的结构化的、规范标准化的电子技术手册。本文通过IETM技术应用研究,将其应用在发动机装配技术手册中形成装配IETM。

1 国内发动机装配技术手册存在的问题

航空发动机装配是发动机制造过程中最后的环节,也是最重要的环节,包括部件、单元体、整机的装配、分解、故检、清洗等内容。装配技术手册的功能主要是指导装配车间操作人员进行发动机装配活动。这些资料应能使不熟悉该发动机的操作人员完成指定的发动机装配指令。操作人员在工作前都要查阅装配技术手册。因此,每项装配操作工作的实施都可单独作为指导操作人员工作的依据。这就要求该手册完整的包括航空发动机的部件、单元体、整机的装配、分解、故检、清洗等内容,同时一定要便于操作人员快速查找,准确按照手册完成装配任务。

国内航空发动机装配技术手册主要以纸介质为载体,主要采用办公自动化工具编制,最常用的是微软公司的和一些计算机绘图工具,在其开发创作技术方面几乎空白。主要体现在以下几方面:

1)缺乏统一执行的开发创作标准。各个航空发动机装配制造单位按照自己的标准编写装配技术手册,不利于行业内技术交流与技术积累,阻碍整个行业的装配技术发展。

2)数字化程度低。目前航空发动机领域数字化推进迅速,已基本完成了从二维图纸设计到全三维设计的转换。传统的发动机装配技术手册的开发制作已经完全与发动机设计环节脱节,多媒体、虚拟现实、数字化工艺等技术无法融入。

3)手册技术管理手段落后。目前国内装配技术手册的文档格式为非结构化格式,缺乏结构化的描述信息,仅停留在文档管理水平,其有效性管理、版本控制是对文件级文档的管理与控制,无法深入到技术内容层面[1];不同型号研制中积累的技术内容的交叉利用要靠开发者人工管理,造成手册间内容的重用率低,无法进行技术内容的知识化管理与应用;为了避免内容编制问题或版本错误,就要在编制、校对、审核、标准化、批准、归档等环节投入较多技术和管理人员,耗费大量的人力物力且效率低下。

4)装配技术手册的表达形式单一。仅仅通过文字、图片、二维图纸描述装配活动,仍然难以消除操作人员理解上偏差,影响工作的质量与效率。

在国外,民用航空发动机维修领域的技术资料都是采用IETM技术制作的,其制作标准包括ATA100、S1000等,如V2500发动机、CFM56发动机等。而且IETM技术在国外大量应用在武器装备的研制、操作、维修、训练和后勤保障的技术资料中。IETM具有以下几方面的优点:1)交互性好;2)信息的组织检索和使用方式灵活;3)可以使用多种表达方式,视频、图解、动画等;4)采用公共源数据库管理数据,数据信息结构化、方便数据查找与重用。

因此借鉴国外先进的IETM技术解决国内航空发动机装配技术手册的问题是一条切实可行之路。

2 开发装配IETM的关键技术

2.1 制作标准的选择

目前最具有代表性的IETM技术标准是S1000D标准,它是新一代的技术出版物国际规范,目前世界上最强大的航空工业组织,以及欧洲、美洲、大洋洲和非洲的几十个国家都开始采用S1000D。其发展历程如图1所示。

S1000D采用了模块化的原理,以数据模块(Data module,DM)而非传统的“书”的形式来编制和存储技术出版物内容。DM是指技术出版物中最小的自包含的信息单元。一个型号项目所涉及的所有的DM由公共源数据库(Common Source Data Base,CSDB)存储和管理。根据需要,CSDB中的DM可以以不同方式组合,构成各种技术出版物[3]。

S1000D的基本原理,极大地方便了数据内容重用,与CALS(Computer Aided Logistic Support)“一次制作生成,多次重复使用”的基本理念不谋而合。与传统的标准规范相比,基于S1000D标准编制和管理的数据,更易于IETM的制作和应用。目前,S1000D已经在世界各国的国防、航空领域得到了广泛的应用。

2.2 技术手册结构化

根据发动机装配工艺规划的发动机装配结构单元、操作,按照S1000D标准的模块化思想,对技术资料中的内容进行分解,分析和梳理能够表达发动机装配制造中所需的最小技术信息单元的数据模块和信息对象。对发动机装配工艺手册进行结构化、标准化处理,以数据模块的形式存储于公共源数据库中,供后续建立电子技术手册时灵活组织和引用,以实现数据的一次建立多次使用。

按照发动机装配结构单元、操作工艺的不同类型(如装配、分解、清洗、检查、修复等)将树状结构上的每个节点划分成一个个相对独立的模块,通过这些颗粒状模块的排列、组合、引用、关联构成发动机装配的完整体系,如图2所示。

2.3 单一数据源储存和管理

手册中所有的技术信息是存放在同一个数据库中进行集中管理的,这个数据库称为公共源数据库(CSDB)。技术信息来源的唯一性得以有效保证,技术信息没有重复的冗余得以有效控制,并且能够根据需要一次生成,多次使用,一家制作,多家享用;此外,技術信息的任何增加、删减或者修改都会自动在数据中自动留痕,手册版本全程可控,可追溯。

2.4 插图及多媒体的创作

制作IETM的一个关键技术就是利用现代多媒体信息技术,使用图像、声音、动画等多种表现手段来表现技术信息,向用户提供更直观的感受、帮助读者正确理解文本内容。根据 S1000D 标准的要求,IETM 中的插图应尽量使用矢量图存储,矢量图格式有CGM、SVG等,它提供一种图形交换的方法,可以维护热点链接,实现图形与其他内容的(如文本)间的交叉使用。矢量图需要通过专用软件(如Isodraw、3DVIA Composer 等) 绘制而成[4]。

动画是二维或三维静止图像的运动。交互式动画通过编写脚本语言实现用户对影片的控制,在动画与使用者之间形成一种互动。在IETM中动画一般用于复杂的操作过程、产品的运动关系或者原理的演示等。目前常见的动画格式包括SMG、GIF、SWF等。

不论是插图还是多媒体的制作都需要尽量的取自设计数据。其一般制作过程素材收集、格式转化、图形编辑、图形发布等四个步骤。

3 某型发动机装配IETM的开发

3.1 装配技术手册制作系统

某型装配技术手册系统是一种智能化的信息系统包括内容编辑模块、数据管理模块、数据发布模块和手册交付模块。其制作平台为PTC公司的Arbortext软件。图3为装配技术手册完整系统,图4为手册样例制作完整流程。

3.2 技术信息创建

技术信息创建主要包含文本编辑、图解编辑、仿真动画制作三个方面。

3.2.1 文本方面

利用XML标记语言,将规程中的文字信息编辑成相应类型的结构化文档,如图5所示。

3.2.2 图解方面[5]

鉴于航空发动机的结构复杂性及装配工艺的复杂性,传统的二维CAD图解难以直观传递装配信息,该型发动机装配技术电子手册使用了业界领先的矢量图解(CGM或SVG)。矢量图解的引入,一方面,保证了上游部门的三维数据在装配技术手册得有有效使用,另一方面,具有立体感的矢量图解亦大大增强了图解的直观性,减少传统二维图解的理解偏差,增强装配技术信息的获取效率与准确性。

在矢量图解中,以轴向爆炸图展示装配体包含的大小零件,三维立体剖切展现装配体大小零件相对位置关系,以局部放大图展示装配体细节特征。

CGM或SVG格式的矢量图解,数据小,可自由缩放与平移,且不会失真。此外矢量图解中可任意增加热点,与文本、表格建立关联。见图6。

3.2.3 仿真动画方面

针对发动机结构的复杂性及工艺的复杂性,仅从文本和矢量图解两个维度描述装配活动,仍然难以消除操作人员理解上偏差。在该型发动机装配技术手册中,首次引入了全三维装配仿真动画,通过某转子及工装设备的三维模型动态仿真来模拟发动机装配真实过程,消除手册使用者对文字及图解理解偏差,使得各参研单位对发动机装配工艺达成共识。

图7为发动机装配仿真的一种体现模式。左侧装配树形结构,直观反映模型的图号及其层次;右侧动画演示窗口直观反映发动机装配过程中机件(或工装设备)的位置变换及工艺控制要素。动画为矢量模式,交互性极强。

可自由缩放、平移、旋转、控制模型的消隐,方便使用人员全方位获取装配信息;底部为动画索引,点击后即可演示对应零部件的装配。此外使用人员还可以直接在模型上量取相关尺寸,任意对模型进行剖切了解发动机内部结构及相对位置关系。

3.3 技术信息管理

采用数据模块形式来存储和管理发动机装配活动信息,按照发动机结构划分装配信息结构,文本类模块通过统一的DMC编码存储和管理,图解、动画等非文本信息通过统一的ICN编码存储和管理。该型发动机电子手册DMC编码及ICN编码如表1、图8、图9所示。

表1 装配技术电子手册数据模块编码

图8 部分数据模块列表

图9 动画、插图的ICN码

如:XXXX-X-72-52-00-00A-720A-D表示将某转子装配(X状态,由零件组装成转子平衡组件);ICN-XXXX-X-72-52-00-A-SYXXX-00001-A-001-03表示某转子装配数据模块中第一副图解。

3.4 技术信息发布

该装配技术手册以两类形式发布:1)PDF(纸质文档)。对于PDF形式出版物而言,由于受Acrobat reader(阅读器)的限制,仅能实现简单的文档链接和目录功能;2)Web(ie格式)。对于web形式技术出版物,可以发布成单机版(CDROM提供)和网络版,具有链接、目录和一些定制的高级搜索、导航、信息反馈功能。Web发布样式如图10所示。

4 结束语

IETM作为一种现代化装备保障的必要技术,它具有数字化、结构化、标准规范化、显示多样化、良好的交互性等特点,在武器装备研制、使用、维护等领域被广泛应用。本文通过分析传统航空发动机装配技术手册的现状及不足,对基于S1000D标准的IETM制作技术进行研究,以某型航空发动机为依托成功开发了航空发动机装配技术手册系统。该系统具有以下特点:

1)高效的维护和管理。工艺信息结构化、模块化编写,只需更新原始模块,即可实现手册中所有引用模块的自动更新;更改纪录公共源数据库自动留痕,更改内容高亮显示;数据更改后,版本自动升版,所有历史版本数据库自动留存。

2)直观、准确的多媒体表达。文本和非文本信息同屏显示(左侧文本,右侧图解),相互分离且互为关联;全面应用数字化三维矢量图解及仿真动画传递工艺信息。

3)良好的访问和交互性。工艺信息分层分类,且构建了树形导航树;强大的搜索引擎,支持工艺信息的全文检索和模糊检索;工艺信息的相互关联。手册中相关信息双向关联(文本与图形,文本与动画,图形与表格),支持信息同卷或跨卷跳转。

目前航空发动机行业数字化发展迅速,开发基于全生命周期管理的数字化装配技术手册也是发动机数字化制造的必然趋势。

【参考文献】

[1]刁兆勇.交互式电子技术手册及其应用研究[D].南京理工大学,2009.

[2]李希顺,高丹,姜宇.基于航空发动机维修服务的IETM研究与分析[J].航空维修与工程,2015(5).

[3]装备IETM研制工程总论[M].北京:国防工业出版社,2012(4).

[4]装备IETM技术标准实施指南[M].北京:国防工业出版社,2012(4).

[5]安燕霞.基于航空发动机IETM 制作的多媒体技术研究[J].科技视界,2014(13):109-110.

[责任编辑:田吉捷]

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