曹富营 张妮

摘 要：随着社会的发展以及人们生活质量水平的提高，民用飞机的应用愈发广泛，其中，工艺装备作为飞机制造的重要环节之一，直接影响着产品的全生命周期。基于此，为提高飞机制造质量和效率，本文探讨民用飞机使用工艺装备设计集成技术的意义，重点探索在大数据环境下民用飞机工艺装配设计集成技术，研究集成系统的开发，以期为相关工作提供参考性建议。

关键词：民用飞机;工艺装备设计集成技术;生产制造效率

引言：作为飞机制造工程的重要组成部分，飞机工艺装備的设计与制造直接关系到飞机生产总目标的实现，且对飞机使用年限、整体可靠性、技术性能的改善以及制造成本与效率的优化都发挥着重要作用。因此，在现代民用飞机制造系列化特性愈发明显的当下，应探索飞机工艺装备设计集成技术，从而缩短设计与制造周期，提升飞机生产准备反应速度。

1.探讨民用飞机使用工艺装备设计集成技术意义

所谓工艺装备知识，主要指的是贯穿于飞机产品全生命周期，以及与其工艺装备工程设计、生产准备、制造、后期经营管理活动相关的知识。对于民用飞机工艺装备而言，由于产品较为复杂，所以其知识数据量也更为庞大，具有多种特征，而这些特征与数据存储形式具有关系，比如图像、文本、视频以及音频等，所以具有动态性、复杂性、多样性以及隐含性等，这些给知识管理造成极大困难。外加现代化技术的不断发展，现代民用飞机处于较快的更新换代状态，飞机研制不再是单一品种，而是同一型号的系列飞机，即民用飞机之间具有较强的制造系列化特性，往往一个型号的飞机通过改进可以衍生出多种发展型飞机。相应的，以往的设计生产方式也需要一同转变，传统民用飞机生产主要是单架次方式，而针对当前的系列性飞机制造需要将生产优化为改进型或发展型工艺装备，以此减少工作的重复内容，一方面避免不必要的设计制造错误，另一方面提高民用飞机设计制造效率[1]。尤其在当前大数据环境下，信息技术的高速发展使其广泛应用于多个领域，通过以大数据相关技术为基础构建民用飞机工艺装备设计集成技术体系，能够将工程设计部门95%不存在增值空间的重复性工作消除，并及时采集飞机设计与制造过程中的信息经验，利用数据库的构建增强数据价值，从而有效解决现实问题，促进民用飞机设计制造工作效率的提升、飞机生产周期的缩短。

2.探索民用飞机工艺装备设计集成技术

在整合民用飞机工艺装备设计时，应将飞机部件总装工艺装备设计作为主要对象，并以装备设计与知识工程等过程与知识理论为基础系统的研究工艺装备知识表示等关键技术，从而为智能化工艺装备设计技术集成平台系统的开发奠定良好基础，以此提高民用飞机数字化制造水平。具体建设方案流程如下：

2.1技术系统设计目标

为以数据化技术的方式将民用飞机工艺装备设计技术进行有机整合，并使其充分发挥智能化生产制造的作用，那么需要实现以下目标：第一，规范化目标。在集成民用飞机工艺装备设计时，需要注重技术内容与平台系统各项信息数据的统一性，具体包括信息数据的文件格式、术语、统一代号以及符号等，进一步细化的内容则是要实现民用飞机工艺装备信息标准化、工艺装备参数标准化、民用飞机工艺装备内容和资源标准化以及规程典型化。只有这样，才能够为相关工作人员的设计流程与标准提供章程，最大化的降低人为错误的发生几率，以此提升民用飞机工艺装备设计质量与效率。第二，快速化目标。由于当前民用飞机设计制造存在鲜明的系列化特质，所以，相关工作人员还应做好飞机工艺装备相关技术数据和标准化的准备工作，根据典型和标准工艺对飞机进行分类编码，从而为民用飞机工艺装备的快速设计与生产制造奠定良好基础。第三，智能化目标。在分类整理与存储后，以此为基础结合数据化技术构建知识关联模型，以此优化工艺装备设计，降低设计人员工作量与压力。第四，多样化目标。由于民用飞机工艺装备设计相关数据以及文件种类较为繁多，所以使用大数据分析技术对设计信息进行处理，从而为系统平台的开发提供科学有效支持[2]。

2.2分级分类收集并分析工艺装备设计知识

对于民用飞机工艺装备设计集成而言，主要是以大数据等信息化技术为基础整合民用飞机制造工艺装备设计知识与技术，从而保证各项工作均以工艺装备全生命周期展开，而在技术集成这些设计制造知识时，需要先细化民用飞机工艺装备数据，一般情况下，民用飞机的工艺装备数据包括设计知识、基础知识、管理知识以及情报知识，在规范分类整理后分层次进行分析，根据具体情况进行民用飞机工艺装备设计知识分类标准的建立。接下来，按照这四大类知识标准进行知识库的设计，分别为：①设计人员需要掌握民用飞机工艺装备设计的相关知识、软件以及使用手册等，结合分类的数据与标准进行工艺装备基础知识库的构建;②保证知识库涵盖民用飞机工艺装备设计过程中产生的文件资料，尤其是零件加工、技术准备以及制造工艺能力等，以此完成工艺装备设计知识库的构建;③整合民用飞机工艺装备中的管理数据，包括过程质量、工艺装备构型以及流程管理等内容，以此完成工艺装备管理知识库的构建;④为促进民用飞机设计制造的持续化发展，需要加大力度研究新工艺和新材料，以此紧跟时代发展步伐，所以，工艺装备情报知识库中主要涵盖复合材料工艺装备以及先进制造和设计技术等。

2.3建立工艺装备设计知识标准化表达与关联模型

为更好将民用飞机工艺装备设计知识与大数据技术进行有机整合，设计人员还需要统一知识表达标准，并以此为基础建立关联模型，从而顺利完善相关知识数据的自动推送。所以，具体操作分为两方面，一是标准化表达民用飞机工艺装备设计知识。相关工作人员结合前期资源数据的分析对其进行规范化资源描述，即数据化处理，使其能够被计算机识别并接受，以此实现数据统一汇总工作的展开，增强民用飞机工艺装备设计知识数据的可追溯性，开发期最大价值。二是建立民用飞机工艺装备设计知识关联模型。相关设计工作人员应从多个视角进行民用飞机工艺装备设计知识内在联系的分析，为更好掌握并构建关联关系，设计人员应提高对民用飞机工艺装备设计过程中各阶段的特质，从而逐渐梳理出知识数据之间的映射规则，之后抽丝剥茧建立公益装备数据之间的关联关系，完成知识的传递与转换[3]。

2.4工艺装备设置知识检索与推送技术

知识检索与推送能够更好为民用飞机工艺装备设计工作提供参考性方向，所以在集成设计该技术时，应从知识检索与知识推送两方面开展。对于前者而言，相关工作人员可以使用自动化信息技术，或是自动化信息技术与人力相结合的方式，利用大数据技术在民用飞机工艺装备知识库中进行具有潜在价值数据的检索，并通过相似度评价准则对数据进行评估，获得相关联的若干知识，之后根据专业进行知识定位，从而快速获取秒知识。后者则是结构化分析民用飞机工艺装备问题描述，将结构化语义信息提炼出来，比如民用飞机工艺装备设计规范、案例或是规则等，从而获取多个知识项，并利用自动化技术对其进行排序，排序准则为解决此类问题的有效性，之后将结果自动推送给相关工作人员，实现民用飞机工艺装备设计问题的顺利解决。

3.开发智能化民用飞机制造工艺装备设计知识集成平台系统

在当前时代背景下，科学技术水平的提高使各行各业的信息化水平均得到有效提升，其中包括飞机设计制造领域。因此，在集成民用飞机工艺装备设计时，应结合大数据等技术进行知识集成平台系统的开发与构建。该集成平台系统需要具备知识存储、查询、推动以及维护功能，并将民用飞机工艺装备设计相关的仿真、制造以及设计执行等系统进行有机整合，从而保证该平台系统能够贯穿于民用飞机工艺装备设计的全生命周期，实现数据的及时采集与存储，增强其可追溯性，获得准确且完整的工艺装备术语以及制造设备等资源。

首先，设计协同制造平台。虽然目前民用飞机具有系列化特质，但是仍存在一定的差异，为满足各类民用飞机的知识采集与管理需求，实现全生命周期制造数据的接收、发送与使用。以MBD为基础设计三维工艺与仿真平台，在具体设计制造过程中，相关工作人员对三维模型进行尺寸、公差以及信息的标准与定义处理，从而将设计制造方案的相关指令建设完善，以此提高平台的智能化水平，实现对工艺装备资源的有效管理。在以MBD为基础的平台运作下，相关工作人员可以进行AO/AF文件的编制，并结合数据环境库进行仿真信息的存储，最终形成PPR，实现对民用飞机工艺装备设计制造过程的仿真[4]。

其次，设计民用飞机工艺装备设计数据库，提高智能技术制造与管理水平。对于该数据库系统，主要包括民用飞机工艺装备数据生命周期设计、流程管理设计以及数据状态设计等，从而实现报表界面与操作界面的管理。在设计数据库时，主要以虚拟化的管理平台进行民用飞机工艺装备设计相关数据资源的存放，供相关工作人员使用的同时，还能够预测系统大数据的存储能力，以此保证平台系统和数据库系统的可靠性与稳定性，切实提升民用飞机工艺装备设计的智能化水平。

最后，系统组成设计。①构建智能柔性支撑系统，其中主要分为应将设计与软件设计，前者包括数据系统、数字化与模块化单元等;后者则是仿真软件、测量软件以及计算软件等。通过构建智能柔性支撑系统，可以很好的通过三坐标数控定位系统对飞机进行信息数据采集与分析，从而实现设计制造过程中能力的重构与调整，以此满足民用飞机工艺装配优化以及配对需求。②构建智能自动钻铆系统，利用钻铆机处理飞机壁板与隔框，并优化民用飞机工艺装备设计与制造工艺，增强设计的精准程度，并以动力学运动轨迹规划法为基础开展后续操作。该系统以CATTA系统数据模块与系统模型为基础，通过结合CATTAV5DUM运动模型对钻铆机运动机进行模拟，从而实现钻铆机对民用飞机工艺装备设计于制造相关产品的加工仿真与运动特征分析。③构建智能机器人系统。构建民用飞机工艺装备设计生产智能机器人，利用自动化、智能化的机械技术降低工作人员失误，尤其是制造生产环节。在构建智能机器人系统时，需要明确其工作定位，并根据具体设计与生产制造需求提升机器人运作的精准化程度，从而防止误差出现。其中，在提升机器人精准程度时，可以通过激光雷达、跟踪仪等先进技术设备的运用，并结合在线测量技术定位机械人运作状态，并落实由末端执行器以及离线编程等构成的智能机器人辅助飞机制造系统，提高智能机器人的系统性能，实现对民用飞机工艺装备设计于生产制造全过程的优化。

另外，还要做好民用飞机工艺装备模块化设计。第一，科学划分飞机工艺装备模块，以功能分析为基础，采用子功能合算并法将存在一定关系的子功能称为相关，对其进行功能、装配、空间、信息等类型的划分，子功能相关度为合并准则。实际划分过程中，设计人员还要优先合并结构相似度大的大子功能，同时考虑模块完整独立性，落实规范模块划分结果评价。第二，算法描述。计算子功能结构相似度，以造型设计特征作为结构特征的选取标准，分析结构相似度，在实际计算过程中，定义民用飞机工艺装备的任意两个子功能为Gi和Gj，其相关类型为功能、装配和受力类型，之后对两个子功能相似度进行计算，当某种相关类型下子功能相关度大于设定好的定值，那么将其划分在一个飞机工艺装备模块中。划分后落实规范的验证工作，将机体、传动装置和夹紧机构的模块进行划分，之后再划分设计定位件和夹紧件等，保证模块划分结果合理。为实现民用飞机工艺装备快速设计，设计人员应以飞机工艺装备模块划分方法和模块实例库为基础使用模块实例推理方法进行设计。其中，设计人员要立足于飞机设计要求，以具体的设计任务为基础检索模块实例，找出最为接近的模块实例，最后开展分析评价，落实规范的设计合理性分析评价和CAE校验等工作，从而解决民用飞机结构复杂、形式多变的工艺装备模块划分问题，提高飞机工艺装备设计效率与质量。

结论：综上所述，民用飞机工艺装备设计集成是当前系列化特质愈发明显的飞机设计生产制造的主要发展方向。因此，相关工作人员应从设计知识的收集、知识标准化表达与关联模型的构建以及知识的检索与推送等方面集成相关技术与资源，从而提高民用飞机工艺装备设计与生产制造质量和效率。

参考文献：

[1] 杨宁芳，陈竹梅. 基于系统工程的复杂电子装备集成工艺管理研究[J]. 中国电子科学研究院学报，2020，15（8）：725-730，765.

[2] 王文晖，田天. 飞机新型机电集成工艺装备设计[J]. 建筑工程技术与设计，2019（23）：4943.

[3] 陈玉聪，毕春来，鄭乃千. 浅析飞机装配工艺装备结构设计创新与实践[J]. 中外企业家，2021（7）：258.

[4] 方喜峰，顾君，朱成顺，等. 特征分组技术在结构化工艺设计中的应用研究[J]. 机械设计与制造，2020（4）：58-61.

作者简介：

曹富营，男，1985年10月，民族：汉;籍贯：山东省新泰市;学历：本科;职称：工程师;研究方向：飞机工艺装备设计与管理。