数字化背景下民用飞机设计制造竞争力提升
摘要：航空技术在信息技术的发展下也不断升级，一般民用飞机的制造成本较高、效率较低、主要依靠人工技术，航空公司针对这些情况提出了一些技术改进。该文中笔者介绍了一种提高民用飞机设计制造竞争力的方法，即采用数字化设计技术提高民用飞机的性能特点，使其在激烈的竞争中不断发展改进。
关键词：民用飞机数字技术竞争
中图分类号：v2 文献标识码：a 文章编号：1674-098x（2013）05（b）-0092-02
科学技术的发展带动了民用飞机产业的迅速发展。目前，飞机的制造过程实际就是利用先进的科学技术建立数学模型、进行设计仿真、设计定义产品，再根据设计模型进行数据定义，加工处理等，从而构建出真实的飞机实物产品。近来几年，数字化设计技术在民用飞机制造业中已得到广泛应用，根据飞机行业中日益加剧的行业竞争可以了解，若想民用飞机在设计制造中处于先导地位，就需要建立数字化的应用设计平台，建设满足适合飞机研制需求的数字化环境。该文中笔者介绍了民用飞机制造设计数字化的概念，采用先进的制造设计技术和数字化的管理理念，根据自身发展特点，制造有竞争的产品，提高了企业的竞争意识。
1 数字化设计与制造的定义
数字化设计与制造是在虚拟显示、计算机网络、快速原形、数据库和多媒体支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信
工业产品数字化设计与 制造赛项 集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
附件7： 高职装备制造大类工业产品数字化设计与制造赛项技能竞赛规程、评分标准及选手须知 一、竞赛内容 竞赛总时间为5.5小时，分为两个阶段进行。第一阶段为“数据采集、建模与创新设计”，含四个竞赛任务，本阶段竞赛时间为3.5小时。第二阶段为“创新产品加工、装配验证”，含3个竞赛任务，本阶段竞赛时间为2小时，不限制每个阶段内各项任务的完成时间。第一、二阶段成绩分别占总成绩的70%和30%。 1．第一阶段：数据采集、建模与创新设计 任务1：实物三维数据采集。参赛选手使用现场提供的三维扫描设备和辅助用品等，对给定的实物进行三维数据采集，要求扫描点云数据完整，按点云完整比例评分，并使用专业软件将扫描点云数据与标准模型进行精确度自动比对，以精确度等级进行评分。该模块主要考核选手利用三维扫描设备进行数据采集的能力。 任务2：三维建模。参赛选手根据任务1三维扫描所采集的数据，选择合适的三维建模软件，对上述产品外观面进行三维数据建模，其中包含点云数据处理和建模。该模块主要考核选手的三维建模能力，特别是曲面建模能力。 任务3：结构创新优化设计。参赛选手在完成任务2的基础上，选择合适的三维建模软件，进行结构创新优化设计：以上结构创新优化设计要求依据零件结构工艺性等机械制造知识，很好地控制成本，并适应大批量生产的需求。该模块主要考核选手应用机械综合知识进行机械创新设计的能力。 任务4a：数控编程与加工（编程）。根据任务2和任务3建立的三维数字模型和赛场所提供的机床类型、毛坯规格和刀具清单进行工艺设计，并选择合适的软件对产品进行数控编程，生成加工程序，并编制加工工艺卡。该模块主要考核选手工艺编制和程序编制方面的能力。 2．创新产品加工、装配验证 任务4b：数控编程与加工（加工）。参赛选手根据（第一阶段）制定的加工工艺方案和数控程序，并根据赛场提供的机床、刀具、毛坯等，对该产品(零件)进行数控加工（第二阶段不再提供编程软件）。主要考核选手选用刀
“计算机程序设计员（数字化设计与制造）”赛项 第一阶段：“三维扫描与创新设计”阶段 (总时间：2.5小时) 任 务 书 二〇一八年九月
注意事项 1.参赛选手在比赛过程中应该遵守相关的规章制度和安全守则，如有违反，则按照相关规定在考试的总成绩中扣除相应分值。 2.参赛选手的比赛任务书用参赛证号、场次、工位号标识，不得写有姓名或与身份有关的信息，否则视为作弊，成绩无效。 3.比赛任务书当场启封、当场有效。比赛任务书按一队一份分发，竞赛结束后当场收回，不允许参赛选手带离赛场，也不允许参赛选手摘录有关内容，否则按违纪处理。 4.各参赛队注意合理分工，选手应相互配合，在规定的比赛时间内完成全部任务，比赛结束时，各选手必须停止操作计算机。 5.请在比赛过程中注意实时保存文件，由于参赛选手操作不当而造成计算机“死机”、“重新启动”、“关闭”等一切问题，责任自负。 6.在提交的电子文档上不得出现与选手有关的任何信息或特别记号，否则将视为作弊。 7.若出现恶意破坏赛场比赛用具或影响他人比赛的情况，取消全队竞赛资格。 8.请参赛选手仔细阅读任务书内容和要求，竞赛过程中如有异议，可向现场裁判人员反映，不得扰乱赛场秩序。 9.遵守赛场纪律，尊重考评人员，服从安排。 10.所有电子文件保存在一个文件夹中，命名为“三维造型设计+工位号”，文件夹复制到赛场提供的U盘移动存储器中，装入信封封好，选手和裁判共同签字确认。
一、任务名称与时间 1.任务名称：三维扫描与创新设计。 2. 竞赛时间：2.5小时。 二、已知条件 电动剃须刀组件说明，图1是电动剃须刀实物照片。 图1 电动剃须刀组件照片(整个组件视为一整体) 图1中，1为品牌logo，2为指示灯，3为电源开关，4为剃须刀刀头部件。 三、数据采集与再设计任务、要求、评分要点和提交物 竞赛任务一：样品三维数据采集（15分） 参赛选手使用赛场提供的PowerScan型三维扫描装置和样件，选手自行将三维扫描仪重新标定，保证标定结果中的水平和垂直距离的标准偏差≤0.01mm。并将该状态截屏保存，格式采用图片jpg或bmp文件，文件命名为“工位号-biaoding”。“biaoding”是“标定”两个字的全拼。如图：
数字化设计及仿真 祝楷天 （盐城工学院优集学院江苏盐城224051） 摘要：制造业信息化的发展促使许多企业建立起了相应的CAD/CAM软件环境平台，并应用CAD/CAM软件进行产品的设计、分析、加工仿真与制造，取得了显著的效果。利用计算机辅助设计和制造(CAD/CAM)软件系统来完成机床夹具设计过程是加速夹具设计效率、提高设计质量的一种重要手段。但现有的通用CAD/CAM软件没有针对机床夹具设计的完整技术手册资料和三维标准件图库系统，设计人员仍然需要使用传统的纸质工具手册书籍进行资料查询和标准件三维实体图绘制工作，影响了机床夹具设计的效率和质量。因此，研究机床夹具数字化设计手册软件和三维标准件图库系统对满足数字化时代工程技术人员的需要具有重要的作用。 关键词：机械产品；数字化；设计仿真。 Digital design and simulation ZHU Kai-tian （UGS College，Yancheng Institute of Technology，Yancheng，Jiangsu 224051）Abstract: The development of manufacturing industry has led many enterprises to set up the corresponding CAD/CAM software environment platform, and the application of CAD/CAM software for product design, analysis, processing simulation and manufacturing, has achieved remarkable results. Using computer aided design and manufacturing (CAD/CAM) software system to accomplish machine tool fixture design process is an important means to accelerate fixture design efficiency and improve design quality. But the existing general CAD/CAM software does not have the complete technical manual data and the 3D standard part library system for the machine tool fixture design, the design personnel still need to use the traditional paper tools manual books to inquire and the standard piece three-dimensional entity chart drawing work, has affected the efficiency and the quality of the machine tool jig design. Therefore, it is important to study the software and 3D standard part library system of the digital design of machine tool fixture to meet the needs of engineering and technical personnel in the digital age. Keywords: Mechanical products, Digitization , Design simulation.
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/b818885874.html, 飞机数字化装配技术发展与应用 作者：赵鹏 来源：《科学与信息化》2017年第33期 摘要数字化技术的应用是飞机研制发展史上的一次重大飞跃。数字化装配技术由数字化装配工艺技术、柔性工装技术、激光检测与补偿技术、数字化钻铆技术、数字化数据管理以及集成技术等组成，是机械、电子、控制、计算机等多学科交叉融合的高新技术。本文就飞机数字化装配技术发展与应用进行了讨论。 关键词飞机；数字化装配技术；发展；应用 1 数字化装配 数字化装配是现代航空制造企业装配技术的发展方向。从20世纪90年代开始，国外的波音、空客等先进航空制造企业陆续开发和应用了三维虚拟制造软件，多以飞机装配典型结构为应用对象，建立飞机装配的数字化设计制造模式和数字化协调技术体系，利用网络技术及数字化技术，建立工艺设计流程，实现3D装配工艺设计及验证、仿真，实现车间、工厂布局数字化及仿真，实现现场工人操作的可视化等[1]。 2 飞机数字化装配技术国内发展现状 国内的飞机装配，虽然在局部上也采用了较为先进的技术，如采用catia技术进行了包括建立型架标准件库和优化型架及参数设计，对工装、工具和产品的装配过程进行了三维仿真等，开始采用激光测量+数控驱动的定位方式，部分机型还采用了自动钻铆技术等，但总体上与发达国家相比还存在较大差距，具体表现在：①飞机设计制造仍主要采用串行模式，工装、工艺设计与产品设计脱节，制造模式未真正实现到并行模式的转换，导致飞机装配协调困难、返工率高；②尚未实现人机交互的装配仿真以及装配路径的优化；③仍然采用以专用工装为主的刚性定位装配方式，导致飞机制造成本居高不下；④数字化装配应用规模有限，尚未实现一个完整型号真正意义上的全面数字化[2]。 3 飞机数字化装配技术应用 3.1 数字化定位技术 以数字化为基础的定位技术包括数字测量定位技术、特征定位技术、柔性定位技术等。数字测量定位技术是指针对飞机产品的结构特点、定位要求，借助数字化测量设备或系统进行飞机零部件的定位；特征定位技术利用数字化定义、数控加工的具有配合关系的配合面、装配孔或工艺凸台、工艺孔等设计或工艺特征，实现零件之间的相互定位，保证装配的一致性和高装配质量；柔性定位技术是指通过采用柔性工装满足不同产品的定位需要。随着飞机装配质量越来越高的要求，数字化定位技术已经成为飞机零部件高效、高精度定位的重要保障。
附件4：山西省第九届职业院校技能大赛（高职组） “三维建模数字化设计与制造”赛项规程 一、赛项名称 赛项名称：三维建模数字化设计与制造 赛项组别：高职组 赛项归属产业：加工制造类 二、竞赛目的 本项竞赛旨在考核机械制造、数控技术应用等机械类相关专业的学生，组队完成三维逆向扫描、逆向建模设计、机械创新设计、数控加工技术应用等方面的任务，展现参赛队选手先进技术与设备的应用水平和创新设计等方面的能力，以及跨专业团队协作、现场问题的分析与处理、安全及文明生产等方面的职业素养。引领全省职业院校机械制造类专业将新技术、新工艺、新方法应用于教学，加快校企合作与教学改革，提升人才培养适应我国制造业更新换代快速发展的需要。 三、竞赛内容与方式 （一）竞赛内容 竞赛内容将以任务书形式公布。 针对目前批量化生产的具有鲜明自由曲面的机电类产品（或零部件）进行反求、建模，并对产品(或产品局部)外形进行数控编程与加工，对无自由曲面的结构或零件根据机械制造类专业知识按要求进行局部的创新（或改良）设计。 整个竞赛过程，分为第一阶段“数据采集与再设计”和第二阶段“数控编程与加工”这两个可以分离、前后又相互关联的部分，分别为60%和40%的权重。 1、第一阶段：数据采集与再设计 该阶段竞赛时间为3小时，竞赛队完成三项竞赛任务。
任务1：样品三维数据采集。利用给定三维扫描设备和相应辅助用品，对指定的外观较为复杂的样品进行三维数据采集。该模块主要考核选手利用三维扫描设备进行数据采集的能力； 任务2：三维建模。根据三维扫描所采集的数据，选择合适软件，对上述产品外观面进行三维数据建模。该模块主要考核选手的三维建模能力，特别是曲面建模能力； 任务3：产品创新设计。利用给定样品和已经完成的任务2内容，根据机械制造知识，按给定要求对样品中无自由曲面部分的结构或零件或附属物进行创新设计。该模块主要考核选手应用机械综合知识进行机械创新设计的能力。 2、第二阶段：数控编程与加工 竞赛时间为3小时，竞赛队完成两项竞赛任务。 任务4：数控编程与加工。赛场提供第一阶段被测样品的标准三维数据模型,选手根据这组三维模型数据和赛场提供的机床、毛坯，选择合适软件对该产品进行数控编程和加工。主要考核选手选用刀具，以最佳路径和方法按时高质量完成指定数控加工任务。并考核选手工艺编制、程序编制、机床操作等方面的能力。 任务5：职业素养。主要考核竞赛队在本阶段竞赛过程中的以下方面： （1）设备操作的规范性； （2）工具、量具的使用； （3）现场的安全、文明生产； （4）完成任务的计划性、条理性，以及遇到问题时的应对状况等。 （二）竞赛方式 1、竞赛采用团体赛方式。 2、竞赛队伍组成：每支参赛队由2名正式学生比赛选手组成，其中队长1名。每队设指导教师2名。
数字化设计与制造 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
数字化设计与制造 一、背景 在计算机技术出现之前，机械产品的设计与加工的方式一直都是图纸设计和手工加工的方式，这种传统的产品设计与制造方式，这使得产品在质量上完全依赖于产品设计人员与加工人员的专业技术水平，而数量上则完全依赖于产品加工人员的熟练程度，而随着工业社会的不断发展，人们对机械产品的质量提出了更高要求，同时数量上的需求也不断增长。为了适应社会对机械产品在质量与数量上的需求，同时也为了能进一步降低机械产品的生产成本，人们在努力寻求一种全新的机械产品设计与加工方式，而二十世纪四五十年代以来计算机技术的出现及其发展，特别是计算机图形学的出现，让人们看到了变革传统机械产品设计与生产方式的曙光。于是，数字化设计与制作方式应运而生，人们逐步将机械产品的设计与加工任务交给计算机来做，这一方面使得机械产品的设计周期大大缩短，另一方面也使得产品的质量与数量基本摆脱了对于设计与加工人员的依赖，从而大大提升了产品的质量，降低了产品的生产成本，同时也使得产品更加适合批量化生产。 二、概念 数字化设计：就是通过数字化的手段来改造传统的产品设计方法，旨在建立一套基于计算机技术和网络信息技术，支持产品开发与生产全过程的设计方法。 数字化设计的内涵：支持产品开发全过程、支持产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持产品开发流程的控制与优化等。 其基础是产品建模，主体是优化设计，核心是数据管理。 数字化制造：是指对制造过程进行数字化描述而在数字空间中完成产品的制造过程。 数字化制造是计算机数字技术、网络信息技术与制造技术不断融合、发展和应用的结果，也是制造企业、制造系统和生产系统不断实现数字化的必然。
第一章 (4)数字化设计制造本质上是产品设计制造1.1数字化设计制造是现代产品研制的基本 信息的数字化，它将产品的结构特征、材料手段。特征、制造特征和功能特征统一起来。 1.2先进制造技术的特征：(1)先进制造技术1.8典型的CAD模型标准交换格式，DXF、DWG、 是制造技术的最新发展阶段；(2)先进制造技JGES、STEP。 术贯穿了制造全过程以至产品的整个生命周 1.9典型的数字化设计制造应用工具系统：期；(3)先进制造技术注重技术与管理的结(1)CAD系统，AutoCAD、CATIA、UGS、Pro/E 合；(4)先进制造技术是面向工业应用的技(2)CAE系统，NASTRA、NANASYS 术。 (3)CAPP系统，CAPPFramework 1.3设计制造技术主要表现在全球化、网络(4)CAM系统，在CATIA、UGS和Pro/E等 化、虚拟化、智能化和绿色化等几个方面。 CAD/CAM系统中，均包含有专门的CAM模块1.4任何一种产品的研制过程从大的方面可(5)DFx（designforx）系统，x可代表生 以划分为设计与制造两部分。命周期中的各种因素，如制造、装配、检测 1.5可以将产品的制造过程的基本要素抽象 等 为产品（product）、工艺过程（process）、1.10产品数据管理（productdata 制造资源（resource），即PPR模型，实际的management，PDM）是一种帮助工程技术人员 过程是三个要素相互耦合作用的结果。 管理产品数据和产品研发过程的工具。PDM 1.6串行设计与并行设计： 系统确保跟踪设计、制造所需的大量数据和(1)串行设计的组织模式是递阶结构，各个阶 信息，并由此支持和维护产品。 段的活动是按时间顺序进行的，一个阶段的 1.11数字化设计制造的特点：(1)过程延伸；活动完成后，下一个阶段的活动才开始，各 (2)智能水平的提高；(3)集成水平的提高。个阶段依次排列，都有自己的输入和输出。 1.12数字化设计制造的性能要求：(1)稳定 (2)并行设计的工作模式是在产品设计的同性；(2)集成性(3)敏捷性；(4)制造工程信息 时就考虑后续阶段的相关工作，包括加工工 的主动共享能力；(5)数字仿真能力(6)支持艺、装配、检验等，在并行设计中产品开发 异构分布式环境的能力；(7)扩展能力。 过程各个阶段的工作是交叉进行的。第二章 1.7数字化设计制造基本概念： 2.1产品数字化模型是产品信息的载体，包 (1)数字化是利用数字技术对传统的技术内 含了产品功能信息、性能信息、结构信息、容和体系进行改造的进程。零件几何信息、装配信息、工艺和加工信息 (2)数字化设计就是通过数字化的手段来改 等。 造传统的产品设计方法，旨在建立一套基于 2.2信息的表现形式主要以几何信息和非几计算机技术、网络信息技术，支持产品开发何信息为主。 与生产全过程的设计方法。数字化设计制造 2.3设计过程的零件模型为主模型，其他模的内涵是支持产品开发全过程、支持产品创型均以主模型为基础，在此基础上进行新模 新设计、支持产品相关数据管理、支持产品型的构建。
2011年第30 期 ● 当前飞机数字化设计制造技术正在全球航空业展开，软件设计与开发、全数字化环境的建立、产品数据管理技术、数据交换技术、飞机构形定义及控制等相关技术的发展，将带给航空制造业一次革命性的大变革。现代飞机产品制造过程的实质，是对一个产品进行并行协同的数字化建模、模拟仿真和产品定义，然后对产品的定义数据从设计的上游向零件制造、部件装配、产品总装和测量检验的下游进行传递、拓延和加工处理的过程。最终形成的飞机产品可以看作是数据的物质表现。 1．数字化制造的概念 数字化设计与制造是在虚拟显示、计算机网络、快速原形、数据库和多媒体支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真和原形制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品的整个制造过程。 所谓数字设计与制造实际上就是对设计与制造过程进行数字化的描述中建立数字空间，并在其中完成产品制造的过程。数字化环境建立在计算机数字技术、网络信息技术和制造技术不断融合、发展和应用的过程里，也是制造企业、制造系统和生产系统不断实现数字化的必然。个人、企业、车间、设备、经销商和市场成为数字化环境的若干节点，而产品在设计、制造、销售过程中所赋予的数字信息则成为数字化环境中的变化因素。 飞机设计与制造业的数字化表现为采用计算机软、硬件技术，以网络为基础，以数据库为平台；在飞机产品从采办一研制一设计一制造一交付一培训一维护一报废的全生命周期中，以CAD／CAM／CAE 为节均涉及飞机设计、实验的数字化生产流程建立在制造信息支持系统和数字控制制造技术体系之上。 波音777飞机开发、研制、制造一次试飞成功的根本途径就是采用数字化技术和并行工程。飞机设计制造过程中，零部件采用三维数字化定义、数字化预装配，以精益制造思想为指导。例如波音747－400液压管路系统、767－200RB211三维数字样机及制造、737－500三维生产过程、V－22管路电缆协调验证、767－200飞行舱三维制造过程、767－20043段三维设计和制造过程、77741段驾驶舱100％三维设计过程等生动说明了数字化飞机设计与制造的优越性。 2.数控加工的技术需求 2.1典型零件的数控加工技术 飞机对接部位和活动面处的多体接头类零件加工要求比较高，而新型材料技术的发展和飞机整体强度重量比技术要求的不断提高，对数控加工技术要求不断提高。如典型的整体零件包括机翼蒙皮壁板、机身蒙皮壁板、机翼大梁、翼肋等，零件除轮廓尺寸外，还呈现多槽腔、单侧或多侧理论外形等结构特点。大型整体零件的数控加工必须同时考虑五坐标加工技术、高速高效加工技术、数控加工变形控制等技术的综合应用。而接头类零件具有高度尺寸大，槽腔深，空间孔精度位置要求高的特点，对加工变形控制、深槽腔转角表面质量控制、空间精度孔的数字化加工技术要求较高，应注重转角插铣技术、数控膛铣复合加工技术的综合应用。 2.2综合应用多种集成技术 数控加工技术集成化应用，简化了工艺流程，发挥了数控设备和数控技术的优势，有效降低了制造成本和零件加工周期。飞机加工数控技术实现建立在具有大行程、高转速、高进给、高精度和五轴联动数控设备和具有高动平衡等级、高刚性、高耐磨性数控刀具基础之上。高速加一工对提高切削效率、抑制加工变形、提高表面加工质量具有重要意义。CAD／CAPP／CAM集成系统、ERP系统、DNC技术等现代先进制造系统和技术在飞机制造过程中的应用，对飞机经济性指标具有深刻影响。 3.数字化制造特点 3.1产品研制方法发生改变 传统样机研制过程和方法大体分为概念设计、初步设计和生产设计阶段，各设计阶段均需绘制模线和制作物理样机来帮助技术人员准确地设计飞机和配置飞机的内部空间，研制过程为串行，产品定义信息传递不连续。而在数字化环境下，其模线和物理样机均由产品的数字化定义或数字样机所替代，研制过程为并行表现形式，便于实现多学科的协同设计。具有以业务过程为中心，具有跨地域／多企业的、动态的研制特征。从协同研制全局目标看，产品数字化协同研制中有横向（多学科协同研制MDO）和纵向（产品全生命周期的协同），即使制造商分布在世界各地，也可以通过网络进行协同设计，交换产品相关设计信息。使得设计制造的数据、设备、实施、人员、成果和时间变得更为透明、柔性，实现真正意义上的共享。 3.2数字化技术与其他先进技术相融合 数字化技术与其他先进理念（精益生产、并行工程）以及先进技术（数控加工及成形技术、数字化测量技术、飞机装配技术和质量保证技术等）相结合，使它们能集成在一起、融合在一起，发挥先进技术的整体效益。美国联合攻击战斗机（JSF）项目以洛克希德、马丁公司为首的由30个国家的50家公司组成的团队，采用数字化的设计制造管理方式，以跨越航空工业的全球性虚拟企业为表现形式。其集成平台采用产品全生命周期管理软件，包括网络平台采用VPN，LAN，WAN，Internet和各种应用系统组成的应用平台；业务平台由各种应用软件构成，如：文档管理，虚拟现实，材料管理，零件管理，CAD设计软件及相关接口，数字化工厂的设计仿真软件包，企业资源计划和工厂管理软件；商务平台包括为用户提供访问其他系统数据的各类接口。 4.结束语 中国的航空制造业在数字化建设与应用中稳步成长，但研制大飞机毕竟是前所未有的庞大而复杂的工程，在实施过程中必将会遭遇来自数字化协同的各种挑战。数字化飞机设计制造技术加快了现代飞机研制的整体进程。数字化技术迅速发展和广泛应用，使传统飞机产品的研制过程发生了根本性的变革，将对工厂的技术改造、技术和生产管理、人才的培养产生深远的影响。科 【参考文献】 ［1］周祖德,余文勇,陈幼平.数字制造的概念与科学问题[J].中国机械工程,2001,(01).［2］首届上海国际数字制造展成功举办[J].制造技术与机床,2004,(12). ［3］上海国际数字制造展最新情况[J].制造技术与机床,2004,(06). ［4］陈子辰,唐任仲.数字制造[J].机电工程,2001,(01). ［5］阎晓彦.第六届上海国际工博会—数字制造展剪影[J].机械工人.冷加工,2004, (12). ［6］江征风,吴华春.以数字制造为基础的先进制造技术[J].组合机床与自动化加工技术,2005,(06). 大飞机数字化设计制造技术 高怀宁 (上海飞机设计研究院中国上海200232) 【摘要】目前，世界先进的飞机制造商已经利用数字化技术实现飞机的“无纸化”设计和生产，而我国的航空企业虽然也在进行相应的摸索和实践，但与发达国家相比，飞机数字化设计与制造领域仍然有很长一段路要走。本文阐述了数字化制造概念和特点，从项目管理方式、构建数字化协同工作平台，开展精益生产研究、建设多种计算机辅助设计环境融合软件等方面进行了分析，并提出构想性建议。 【关键词】飞机；数字化设计；制造 ◇科技论坛◇200
数字化设计与制造的现状和关键技术 一、数字化设计与制造的发展现状 数字化设计与制造主要包括用于企业的计算机辅助设计（CAD）、制造（CAM）、工艺设计（CAPP）、工程分析（CAE）、产品数据管理（PDM）等内容。其数字化设计的内涵是支持企业的产品开发全过程、支持企业的产品创新设计、支持产品相关数据管理、支持企业产品开发流程的控制与优化等，归纳起来就是产品建模是基础，优化设计是主体，数控技术是工具，数据管理是核心。 由于通过CAM及其与CAD等集成技术与工具的研究，在产品加工方面逐渐得到解决，具体是制造状态与过程的数字化描述、非符号化制造知识的表述、制造信息的可靠获取与传递、制造信息的定量化、质量、分类与评价的确定以及生产过程的全面数字化控制等关键技术得到了解决，促使数字制造技术得以迅速发展。 作为制造业的一个分支，船舶行业要实现跨越式发展，必须以信息技术为基础。世界造船强国从CAX开始，逐步由实施CIMS、应用敏捷制造技术向组建“虚拟企业”方向发展，形成船舶产品开发、设计、建造、验收、使用、维护于一体的船舶产品全生命周期的数字化支持系统，实现船舶设计全数字化、船舶制造精益化和敏捷化、船舶管理精细化、船舶制造装备自动化和智能化、船舶制造企业虚拟化、从而大幅度提高生产效率和降低成本。所谓数字化设计就是运用虚拟现实、可视化仿真等技术，在计算机里先设计一条“完整的数字的船”。不仅可以点击鼠标进入船体内部参观一番，还可以在虚拟的大海中看它的速度、强度、抗风浪能力。这样一来船舶设计的各个阶段和船、机、舾、涂等多个专业模块在同一数据库中进行设计。 船舶是巨大而复杂的系统，由数以万计的零部件和数以千计的配套设备构成，包括数十个功能各异的子系统，通过船体平台组合成一个有机的整体。造船周期一般在10个月以上，既要加工制造大量的零部件，又要进行繁杂的逐级装配，涉及物资、经营、设计、计划、成本、制造、质量、安全等各个方面。这样的一个复杂的系统需要非常强大的信息处理能力。我国船舶行业今年来虽有很大的发展，但与国际造船强国相比，无论在产量，还是在造船技术上差距甚大，信息化水平落后是直接原因。其中，集成化设计系统与生产进程联系不紧密、船舶零部
FORUM 48 航空制造技术·2008 年第14 期 20世纪80年代后期以来，随着计算机信息技术和网络技术的发展，以美国为首的西方发达国家开始研究飞机产品数字化设计制造技术。这项技术以全面采用数字化产品定义、数字化预装配、产品数据管理、并行工程和虚拟制造技术为主要标志，从根本上改变了飞机传统的设计与制造方式，大幅度地提高了飞机设计 制造技术水平。 我国的飞机数字化装配技术尚处于起步阶段，与发达国家相比还存在较大差距，主要表现在： （1）飞机的研制过程仍采用串行模式； （2）虽然部分环节已经实现数字量传递，但仍存在信息孤岛现象，尚未打通飞机数字化设计、制造生产的整个流程； （3）工艺、工装设计在时间、空间与产品设计上存在滞后，造成飞机装配协调困难； （4）装配工人在现场工作需要仔细翻阅大量的图纸、工艺文件等，会出现工作上的失误，造成装配质量问题，影响装配周期。 飞机数字化装配技术 1 数字化装配协调技术 数字化协调方法也可称数字化标准工装协调方法，是一种先进的基于数字化标准工装定义的协调互换技术，将保证生产用工艺装备之间、生产工艺装备与产品之间、产品部件与组件之间的尺寸和形状协调互换。 数字量传递协调路线如下： (1) 飞机大型结构件（与飞机外形及定位相关）如框、梁、桁、肋、接头等用NC 方式加工； (2) 在飞机坐标系下，工装设计人员以产品工程数模为原始依据，进行工装的数字化设计，并且在工装与产品定位相关的零件上用N C 方式加工出所有的定位元素； (3) 工装在装配时利用数字标工（数据）协调，采用激光自动跟踪测量系统测量，通过坐标系拟合，定位出零件的安装位置，满足安装基准的空间坐标及精度要求；（4） 飞机钣金件模具数字化设计以及用N C 方式加工，钣金零件数控加工。 2 数字化装配容差分配技术 容差数值直接影响产品的质量与成本，因而根据产品技术要求，进行零、组件的容差分析和设置，可以经济合理地决定零部件的尺寸容差，保证加工精度，提高产品质量，在满足最终设计要求的同时使产品获得最佳的技术水平和经济效益。 在产品装配前仅凭以往的经验 飞机数字化装配技术 成都飞机工业（集团）有限责任公司 许旭东 陈 嵩 毕利文 杨红宇 Digital Assembly Technology for Aircraft 飞机产品数字化设计制造技术以全面采用数字化产品 定义、数字化预装配、产品数据管理、并行工程和虚拟制造技术为主要标志，从根本上改变了飞机传统的设计与制造方式，大幅度地提高了飞机设计制造技术水平。 许旭东 1991年从南京航空学院飞行器制造工程专业毕业进入一航成飞，2005年获北京航空航天大学航空工程专业工程硕士学位。长期从事飞机制造工艺技术工作，历任工艺员、副组长、副科长、副总工艺师，总工艺师，现任首席工艺师，主要负责飞机制造数字化工作台。2001、 2004、2006年连续三届被一航成飞评为技术带头人。曾获国防科工委科技进步奖4次，中国一航科技进步奖3次。
一、什么是数字化设计制造技术 术语性定义：在数字化技术和制造技术融合的背景下，并在虚拟现实、计算机网络、快速原型、数据库和多媒体等支撑技术的支持下，根据用户的需求，迅速收集资源信息，对产品信息、工艺信息和资源信息进行分析、规划和重组，实现对产品设计和功能的仿真以及原型制造，进而快速生产出达到用户要求性能的产品整个制造全过程。 通俗地说：数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起适当的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。计算机技术的发展，使人类第一次可以利用极为简洁的“0”和“1”编码技术，来实现对一切声音、文字、图像和数据的编码、解码。各类信息的采集、处理、贮存和传输实现了标准化和高速处理。数字化制造就是指制造领域的数字化，它是制造技术、计算机技术、网络技术与管理科学的交叉、融和、发展与应用的结果，也是制造企业、制造系统与生产过程、生产系统不断实现数字化的必然趋势，其内涵包括三个层面：以设计为中心的数字化制造技术、以控制为中心的数字化制造技术、以管理为中心的数字化制造技术。 二、数字化制造技术的未来发展方向 1.数字化设计与制造技术的发展 先进制造技术发展的总趋势可归纳为：精密化、柔性化、网络化、虚拟化、数字化、智能化、清洁化、集成化及管理创新等。而数字化设计与制造技术是先进制造技术的基础。随着计算机技术的不断提高，Internet网络技术的普及应用，以及用户的不同需求，CAD、CAE、CAPP、CAM、PDM(C4P)等技术本身也在不断发展，集成技术也在向前推进，其发展趋势主要有以下几个方向。 一是利用基于网络的CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM(C4P)集成技术，实现产品全数字化设计与制造。 在CAD/CAM应用过程中，利用产品数据管理PDM技术实现并行工程，可以极大地提高产品开发的效率和质量。企业通过PDM可以进行产品功能配置，利用系列件、标准件、借用件、外购件以减少重复设计。在PDM环境下进行产品设计和制造，通过CAD/CAE/CAPP/CAM等模块的集成，实现产品无图纸设计和全数字化制造。 二是CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术与企业资源计划、供应链管理、客户关系管理相结合，形成制造企业信息化的总体构架。 CAD/CAE/CAPP/CAM/PDM技术主要用于实现产品的设计、工艺和制造过程及其管理的数字化；企业资源计划ERP是以实现企业产、供、销、人、财、物的管理为目标；供应链管理SCM用于实现企业内部与上游企业之间的物流管理；客户关系管理CRM可以帮助企业建立、挖掘和改善与客户之间的关系。上述技术的集成，可以整合企业的管理，建立从企业的供应决策到企业内部技术、工艺、制造和管理部门，再到用户之间的信息集成，实现企业与外界的信息流、物流和资金流的顺畅传递，从而有效地提高企业的市场反应速度和产品开发速度，确保企业在竞争中取得优势。 三是虚拟设计、虚拟制造、虚拟企业、动态企业联盟、敏捷制造、网络制造以及制造全球化，将成为数字化设计与制造技术发展的重要方向。
数字化产品的过去、现在和未来 宁振波 （中航第一飞机设计研究院，西安，710089） 摘要：本文简要分析了国内外飞机数字化设计、制造、管理方面的发展历程， 并以JSF的数字化应用体系为样板，设想了未来我们飞机数字化的发展方向。 关键词：飞机数字化产品数字样机 1．引言 数字化产品指采用计算机软、硬件技术，以网络为基础，以数据库为平台；在产品从采办—研制—设计—制造—交付—培训—维护—报废的全生命周期中，以三维CAD设计为核心，将CAE/CAT/CAPP/CAM/CALS/PDM等计算机技术全面应用到产品的设计、制造、管理、售后服务等环节，所形成的用户需要的产品。 数字化产品和传统产品的最大区别就是改模拟量传递为数字量传递；把串行工作模式变为并行工作模式。其带来的必然结果是缩短产品研制周期，提高产品质量，降低研制成本。 由于飞机制造业在数字化产品设计、制造领域的领先地位，以下就以国内外飞机制造业的数字化产品设计、制造为例；说明数字化产品的发展历程。 国外在飞机制造业应用三维数字化技术大至可分为三个阶段：部件数字样机阶段（1986-1992），全机数字样机阶段（1990-1995），数字化生产方式阶段（1996-2003）。 2．国内外飞机数字化产品发展历程分析 2．1．国外飞机数字化产品发展历程 2．1．1．部件数字样机阶段 波音公司于1986年开始采用三维数字化技术分别对747-400液压管路系统、PD41段三维概念设计和空间布置、767-200 RB211三维数字样机及制造、737-500三维生产过程、V-22管路电缆协调验证、767-200飞行舱三维制造过程、757-46段数字化预装配、767-200 43段三维设计和制造过程、777 41段驾驶舱100%三维设计过程等进行了应用验证。 在此过程中获得了大量经验与教训，制订了一系列有关数字化设计制造的规范、手册、说明等技术文件，同时按精益生产思想不断改进研制过程，基本上建立起数字化设计制造技术体系，为全面应用数字化技术奠定了组织和管理方面的基础。
从波音航天工具研发看 数字化制造 LG GROUP system office room 【LGA16H-LGYY-LGUA8Q8-LGA162】
从波音航天工具研发看数字化制造 出处：e-works 日期：2010-08-02 美国波音公司在Boeing777~787和洛克希德马丁公司在F35研制过程中，采用数字制造与传统方式相比，缩短了研制周期至1/3，降低研制成本50%，开创了航空数字化制造的先河。最近，波音公司在新一代战神航天运载工具的研制和C130的航空电子升级中，采用MBD/MBI(基于模型的定义和作业指导书)缩短装配工期57%，将数字化制造推向制造现场的更深层次。尽管中国航空工业在数字化制造的部分环节近年来已经得到了长足的发展，但是历史上掉队加上研制发展速度的差距，给我国航空制造业以严重的压力。跟上世界航空工业数字化制造发展的步伐，使航空企业迅速实现由传统生产方式向数字化生产方式的转变，成为我们刻不容缓的任务。 数字化制造涵盖了产品的生命周期的全过程，但是目前有关文献涉及数字化设计和数字模拟较多，而从制造管理和数字化在生产车间“落地”的角度推动数字化制造更快的发展，则显得比较薄弱。本文以数字化工厂为中心，试图讨论数字化制造的均衡发展的问题。 一数字化是一场深刻的技术革命 数字化不仅仅是一项技术手段的进步，信息化和数字化也不能混为一谈。以两院院士顾颂芬为首的几位航空工业的专家指出：“数字化为制造业开创了一种新型的生产方式”。他们认为：“数字化是一场深刻的技术革命。”，“数字化正在改变着世界，数字化的生产方式正在从根本上动摇着传统制造业的基础，催生着一场制造业的技术革命”。从波音和空客两大家航空制造的技术竞争的重点看出，“制造业的竞争已经体现为数字化这一核心能力的竞争”。本文首先理解顾颂芬等专家们将设计和制造数字化置于技术革命高度的意义。
江南大学现代远程教育课程考试大作业 考试科目:《数字化设计与制造技术》 一、大作业题目（内容）： 一、参照一般系统的性能，对数字化设计制造来说，其主要性能及能力要求有哪些？(10分) 答：1）、稳定性。是指在正常情况下，系统保持其很定状态的能力。 2）、集成性。是指系统内各子系统相互关联，能协同工作。 3）、敏捷性。是指系统对环境或输入条件变化及不确定性的适应能力，对内外各种变化能快速响应、快速重组的能力。单件、多品种、小批量是市场对现代产品研制的基本生产要求。 4）、制造工程信息的主动共享能力。数字化设计制造中零件设计、工艺设计和工装设计等过程的集成和并行协同要求能同步传递，这种信息共享方式称为“信息主动共享”。 5）、数字仿真能力。是指系统对产品制造中涉及的诸多问题进行虚拟仿真的能力。 6）、支持异构分布式环境的能力。无论从不同类型设备联网还是从数据管理考虑，或是从面向全生命周期的零件信息模型考虑，均需对系统的结构体系和数据结构进行合理的综合规划与设计，实现系统分布性与统一性的协调。 7）、扩展能力。系统的扩展是通过软件工具集的扩展来实现的。 二、什么是参数化设计？请说明参数化设计在产品设计中的意义。(10分) 答：参数化设计一般是指设计对象的结构形状基本不变，而用一组参数来约定尺寸关系。参数与设计对象在控制尺寸有显式对应关系，设计结果的修改受尺寸驱动，因此参数的求较简单。 意义：在产品设计中，设计实质上是一个约束满足问题，即由给定的功能、结构、材料及制造等方面的约束描述，经过反复迭代、不断修改从而求得满足设计要求的解的过程。除此之外，设计人员经常碰到这样的情况：1、许多零件的形状具有相似性，区别仅是尺寸的不同；2、在原有罕件的基础上做一些小的改动来产生新零件；3、设计经常需要修改。这些需求采用传统的造型方法是难以满足的，一般只重新建模。参数化方法是提供了设计修改的可能性。 三、CAPP系统由哪些基本部分组成？(10分) 答：传统的CAPP系统通常包括三个基本组成部分，即产品设计信息输入、工艺决策、产品工艺信息输出。 1、产品设计信息输入：工艺规划所需要的最原始信息是产品设计信息。 2、工艺决策：指根据产品、零件设计信息，利用工艺知识和经验，参考具体的制造资源条件，确定产品的工艺过程。 3、产品工艺信息输出 四、数字化制造体系下的制造计划系统有哪些？(10分) 答：主要有MRP计划系统、JIT（Just In Time）计划系统、TOC（Theory of Constraint）计划系统和APS （Advanced Planning System）计划系统四个主要流派，各处蕴含的原理和方法均有所不同。 1、MRP计划系统：物料需求计划系统是一种将库存管理和生产进度计划结合在一起的计算机辅助生产计划管理系统。 2、JIT计划系统：顾名思义，JIT计划系统的核心思想是在需要的时候才去生产所需要的品种和数量，不要多生产，也不要提前生产。 3、TOC计划系统：约束理论（TOC）的指导思想实质是寻求系统的关键约束点，集中精力优先解决主
附件4： 山西省第九届职业院校技能大赛（高职组） “三维建模数字化设计与制造”赛项规程 一、赛项名称 赛项名称：三维建模数字化设计与制造 赛项组别：高职组 赛项归属产业：加工制造类 二、竞赛目的 本项竞赛旨在考核机械制造、数控技术应用等机械类相关专业的学生，组队完成三维逆向扫描、逆向建模设计、机械创新设计、数控加工技术应用等方面的任务，展现参赛队选手先进技术与设备的应用水平和创新设计等方面的能力，以及跨专业团队协作、现场问题的分析与处理、安全及文明生产等方面的职业素养。引领全省职业院校机械制造类专业将新技术、新工艺、新方法应用于教学，加快校企合作与教学改革，提升人才培养适应我国制造业更新换代快速发展的需要。 三、竞赛内容与方式 （一）竞赛内容 竞赛内容将以任务书形式公布。 针对目前批量化生产的具有鲜明自由曲面的机电类产品（或零部件）进行反求、建模，并对产品(或产品局部)外形进行数控编程与加工，对无自由曲面的结构或零件根据机械制造类专业知识按要求进行
局部的创新（或改良）设计。 整个竞赛过程，分为第一阶段“数据采集与再设计”和第二阶段“数控编程与加工”这两个可以分离、前后又相互关联的部分，分别为60%和40%的权重。 1、第一阶段：数据采集与再设计 该阶段竞赛时间为3小时，竞赛队完成三项竞赛任务。 任务1：样品三维数据采集。利用给定三维扫描设备和相应辅助用品，对指定的外观较为复杂的样品进行三维数据采集。该模块主要考核选手利用三维扫描设备进行数据采集的能力； 任务2：三维建模。根据三维扫描所采集的数据，选择合适软件，对上述产品外观面进行三维数据建模。该模块主要考核选手的三维建模能力，特别是曲面建模能力； 任务3：产品创新设计。利用给定样品和已经完成的任务2内容，根据机械制造知识，按给定要求对样品中无自由曲面部分的结构或零件或附属物进行创新设计。该模块主要考核选手应用机械综合知识进行机械创新设计的能力。 2、第二阶段：数控编程与加工 竞赛时间为3小时，竞赛队完成两项竞赛任务。 任务4：数控编程与加工。赛场提供第一阶段被测样品的标准三维数据模型,选手根据这组三维模型数据和赛场提供的机床、毛坯，选择合适软件对该产品进行数控编程和加工。主要考核选手选用刀具，以最佳路径和方法按时高质量完成指定数控加工任务。并考核选