試談標(biāo)準(zhǔn)化在飛機(jī)數(shù)字化研制中的作用

田 菊

（中航工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，陜西 西安 710089）

飛機(jī)研制是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其復(fù)雜性要求在管理上具有綜合性和嚴(yán)密性，所有技術(shù)環(huán)節(jié)和管理環(huán)節(jié)都必須通過程序、規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)來控制。飛機(jī)研制數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用也不例外，同樣需要完整、協(xié)調(diào)、配套的標(biāo)準(zhǔn)體系，以支持飛機(jī)研制數(shù)字化應(yīng)用的有序規(guī)范地開展。在飛機(jī)研制中標(biāo)準(zhǔn)化工作一項(xiàng)主要任務(wù)是構(gòu)建型號(hào)標(biāo)準(zhǔn)體系，建立型號(hào)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，以有效規(guī)范和控制飛機(jī)研制正確、有序地開展，因此，標(biāo)準(zhǔn)化不僅是飛機(jī)研制中一項(xiàng)重要的技術(shù)基礎(chǔ)工作，同時(shí)也是飛機(jī)研制數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用中的一個(gè)重要組成部分。

1 標(biāo)準(zhǔn)化在飛機(jī)研制數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用中的作用歷程

早在20世紀(jì)50年代，以美國為代表的工業(yè)發(fā)達(dá)國家就將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用于航空和汽車等產(chǎn)品的設(shè)計(jì)過程，并逐漸形成具有影響力的產(chǎn)品數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)。到了1994年，美國波音公司在波音777的研制中已全面采用數(shù)字化技術(shù)，成為當(dāng)時(shí)飛機(jī)研制無紙化設(shè)計(jì)的典范。從對波音數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的研究中可見標(biāo)準(zhǔn)化的重要作用，即在波音無紙化設(shè)計(jì)中，波音公司針對產(chǎn)品數(shù)字化定義建立了一套完整的基于CATIA軟件的數(shù)字化建模標(biāo)準(zhǔn)體系，并在無紙化設(shè)計(jì)中起到了規(guī)范化建模的作用。進(jìn)入21世紀(jì)，波音公司在數(shù)字化技術(shù)領(lǐng)域又跨上一個(gè)新臺(tái)階。其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的787夢幻飛機(jī)首次采用了準(zhǔn)確、直觀、經(jīng)過定義的三維模型作為傳遞設(shè)計(jì)思想和生產(chǎn)依據(jù)的全數(shù)字化表達(dá)手段，并建立了基于MBD（Model Based Definition）的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)全三維設(shè)計(jì)制造一體化的研制。

國內(nèi)航空制造業(yè)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)始于20世紀(jì)80年代。當(dāng)時(shí)應(yīng)用的領(lǐng)域主要在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）方面，即以計(jì)算機(jī)、外圍設(shè)備及系統(tǒng)軟件為基礎(chǔ)，進(jìn)行二維繪圖設(shè)計(jì)、三維幾何造型設(shè)計(jì)、有限元分析（FEM）及優(yōu)化設(shè)計(jì)等，其目的主要是甩掉圖板、減少設(shè)計(jì)人員的手工勞動(dòng)。此時(shí)飛機(jī)研制處于數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的初期階段，標(biāo)準(zhǔn)化工作還未觸及到此技術(shù)領(lǐng)域。

“九五”期間，航空制造業(yè)全面引入波音777無紙?jiān)O(shè)計(jì)理念，在行業(yè)內(nèi)各主機(jī)廠所率先開展了國防預(yù)研項(xiàng)目“異地?zé)o紙?jiān)O(shè)計(jì)技術(shù)的研究”，即進(jìn)行100%三維產(chǎn)品數(shù)字化定義，100%三維數(shù)字化預(yù)裝配以及產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等技術(shù)的研究，并通過各主機(jī)廠所在部件級(jí)產(chǎn)品上的應(yīng)用驗(yàn)證，探索出一條型號(hào)研制數(shù)字化應(yīng)用的途徑和方法，以達(dá)到提高設(shè)計(jì)效率、減少設(shè)計(jì)更改、縮短研制周期的目的。在三維產(chǎn)品數(shù)字化定義研究中，人們從規(guī)范化建模、模型的校對和檢查方面已開始意識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)化的必要作用，并有目的地開展了三維建模規(guī)范的研究、模型規(guī)范化檢查程序的開展等。同時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)資源信息化的需求，開始研究與開發(fā)設(shè)計(jì)資源庫（如三維標(biāo)準(zhǔn)件庫），以達(dá)到快速設(shè)計(jì)、提高效率的目的。這一時(shí)期，標(biāo)準(zhǔn)化初步進(jìn)入到數(shù)字化技術(shù)研究領(lǐng)域，并在各關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)先研究的基礎(chǔ)上有針對性地開展標(biāo)準(zhǔn)的預(yù)先研究。

“十五”期間，隨著航空制造業(yè)飛機(jī)重點(diǎn)型號(hào)研制的全面展開，各主機(jī)廠所已充分認(rèn)識(shí)到標(biāo)準(zhǔn)化在飛機(jī)研制數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用中的基礎(chǔ)性地位及其重要作用，在飛機(jī)型號(hào)應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)的方案階段就開始考慮標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)開展的工作。如在中航工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院飛豹飛機(jī)全面采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)中，標(biāo)準(zhǔn)化就全程參與三維技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)行三維建模要求、二維CAD制圖等標(biāo)準(zhǔn)的制定，以同步滿足型號(hào)研制的需求。在另一重點(diǎn)型號(hào)應(yīng)用產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品全生命周期管理方案實(shí)施中，標(biāo)準(zhǔn)化從方案階段就開始進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)劃，針對設(shè)計(jì)手段和管理方式的改變，從頂層產(chǎn)品的定義、產(chǎn)品的組織直到產(chǎn)品的審簽、歸檔與發(fā)放等進(jìn)行策劃，確保了標(biāo)準(zhǔn)化工作貫穿飛機(jī)研制數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用全過程，保證了飛機(jī)研制的順利進(jìn)行。這一階段的標(biāo)準(zhǔn)化已基本實(shí)現(xiàn)了與飛機(jī)研制數(shù)字化應(yīng)用同規(guī)劃和同實(shí)施。

2 大飛機(jī)數(shù)字化研制中的標(biāo)準(zhǔn)化工作

目前，飛機(jī)研制進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代，尤其是航空工業(yè)的整合，更加強(qiáng)調(diào)專業(yè)資源的整合，強(qiáng)調(diào)行業(yè)整體優(yōu)勢的發(fā)揮，同時(shí)注重國際范圍的合作。國內(nèi)新一代飛機(jī)研制不僅要從技術(shù)能力上實(shí)現(xiàn)跨代的飛躍，而且在研制模式和管理方式上也要求有巨大的提升和改變，即新一代飛機(jī)的研制模式和管理方式已從全三維數(shù)字化設(shè)計(jì)向全三維設(shè)計(jì)制造一體化方向發(fā)展，且數(shù)據(jù)之間的管理也由企業(yè)內(nèi)數(shù)據(jù)協(xié)同向企業(yè)間協(xié)同以及上下游廠商協(xié)同方向拓展。

體現(xiàn)國家意志的大飛機(jī)項(xiàng)目已正式啟動(dòng)，該項(xiàng)目是一項(xiàng)技術(shù)難度大、協(xié)調(diào)關(guān)系復(fù)雜的系統(tǒng)工程，不僅技術(shù)難度高、研制周期短，而且涉及的參研單位多，多廠所并行研制，要求必須增強(qiáng)設(shè)計(jì)制造單位的協(xié)同研制能力，以提升設(shè)計(jì)制造整體水平。因此，建立設(shè)計(jì)制造一體化的數(shù)字化研制體系，全面推進(jìn)基于MBD設(shè)計(jì)制造技術(shù)，以提升大飛機(jī)的研制能力和水平，不僅是型號(hào)研制的迫切需求，更是航空工業(yè)未來發(fā)展的必然方向。

盡管在波音公司787夢幻飛機(jī)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中已實(shí)現(xiàn)MBD技術(shù)的應(yīng)用，但在我國航空行業(yè)還屬首次。MBD技術(shù)是指在產(chǎn)品的數(shù)字化定義中，以三維模型為基礎(chǔ)，集成了尺寸標(biāo)注、公差要求、加工制造要求、檢驗(yàn)要求等特征信息，實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品信息的清晰、完整、唯一的描述，以滿足下游數(shù)字化制造直接使用的需求。它與原有數(shù)字化設(shè)計(jì)模式最大的區(qū)別是以三維模型為唯一數(shù)據(jù)源，所有加工制造檢驗(yàn)信息均在三維模型上體現(xiàn)，下游制造部門需直接以三維模型為依據(jù)進(jìn)行產(chǎn)品加工制造與檢驗(yàn)。

大飛機(jī)研制數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵即是基于MBD技術(shù)的設(shè)計(jì)制造一體化體系的建立、應(yīng)用與實(shí)施。作為大飛機(jī)研制中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)內(nèi)容，標(biāo)準(zhǔn)化人員全程參與了該項(xiàng)技術(shù)攻關(guān)及其成果應(yīng)用與推廣。在大飛機(jī)研制數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用過程中標(biāo)準(zhǔn)化工作重點(diǎn)開展了以下3個(gè)階段的工作。

2.1 關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)

原有型號(hào)的全三維設(shè)計(jì)模型主要表達(dá)的是幾何信息，部分非幾何信息通過產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理的屬性定義體現(xiàn)，而大部分非幾何信息，如通用附注等工藝要求與技術(shù)條件是通過二維圖紙補(bǔ)充說明的。在大飛機(jī)MBD關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)中，首要的任務(wù)是將原有二維圖樣的所有信息，包括幾何信息和非幾何信息均要完整地表達(dá)在三維模型上。在以設(shè)計(jì)人員、計(jì)算機(jī)人員和標(biāo)準(zhǔn)化人員組成的攻關(guān)團(tuán)隊(duì)中，大家分工協(xié)作，集智攻關(guān)，分別從軟件功能的使用與開發(fā)、到零部件MBD模型的設(shè)計(jì)與研究、再到MBD模型信息的表達(dá)與規(guī)范化等進(jìn)行分步研究，最終研究的成果由標(biāo)準(zhǔn)化人員形成MBD模型標(biāo)注相關(guān)規(guī)定，由計(jì)算機(jī)人員進(jìn)行軟件的客戶化定制，形成三維標(biāo)注模版，由設(shè)計(jì)人員在某型樣機(jī)研制中的零部件產(chǎn)品上進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。通過近半年的共同研究與驗(yàn)證，技術(shù)攻關(guān)取得了良好的階段性成果。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)體系的建立

關(guān)鍵技術(shù)取得的階段性成果對在大飛機(jī)研制中全面推進(jìn)MBD技術(shù)是一個(gè)極大的信心和鼓舞。這就要求我們一方面要快速建立起適于MBD技術(shù)的數(shù)字化協(xié)同研制平臺(tái)，以確保MBD技術(shù)的順利實(shí)施；另一方面要建立適于MBD模型設(shè)計(jì)與管理的一整套標(biāo)準(zhǔn)體系，以保障飛機(jī)研制有序規(guī)范地開展。以新的角度全面考慮和規(guī)劃基于MBD技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，從二維圖紙的概念中跳出來，以三維模型為主研究數(shù)據(jù)的組織、信息的表達(dá)及傳遞方式，按照基于MBD技術(shù)的數(shù)字化協(xié)同研制體系框架構(gòu)建MBD標(biāo)準(zhǔn)體系。

由于MBD標(biāo)準(zhǔn)是全新技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，涉及許多新技術(shù)、新概念，因此在標(biāo)準(zhǔn)體系的建立過程中，采取了邊攻關(guān)、邊制定、邊試用的方法。在標(biāo)準(zhǔn)編制過程中，總設(shè)計(jì)師單位不僅嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)編制程序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)編制，在設(shè)計(jì)師系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行充分溝通與討論，而且積極主動(dòng)與制造師系統(tǒng)進(jìn)行充分溝通與協(xié)調(diào)，以保證MBD模型信息的完整、準(zhǔn)確與直觀的表達(dá)，以便下游制造系統(tǒng)方便進(jìn)行信息的提取與使用。一些新的管理標(biāo)準(zhǔn)，由于涉及計(jì)算機(jī)管理模式和控制方法，如三維模型的設(shè)計(jì)更改與版本控制、并行研制中成熟度定義與控制等，更是經(jīng)過了多輪討論、反復(fù)切磋，甚至幾易其稿，最終才完成的標(biāo)準(zhǔn)定稿。MBD標(biāo)準(zhǔn)體系的建立為下一步全面推進(jìn)MBD技術(shù)應(yīng)用奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

2.3 MBD標(biāo)準(zhǔn)的推廣與應(yīng)用

新技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化一項(xiàng)重要的工作是推廣與應(yīng)用，尤其是MBD技術(shù)，它不僅是實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)技術(shù)水平的一次提升，更是實(shí)現(xiàn)制造水平和能力的一次飛躍。以全三維模型作為唯一制造數(shù)據(jù)源，要求制造系統(tǒng)不僅要采用數(shù)字化制造技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品加工與生產(chǎn)，而且還要采用數(shù)字化測量技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品檢驗(yàn)，才能保證MBD技術(shù)的有效實(shí)施。因此，大飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的推廣與應(yīng)用是一項(xiàng)繁重而艱巨的工作。大飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的推廣與應(yīng)用主要經(jīng)歷了3個(gè)階段：從MBD技術(shù)的新概念、新思路、新架構(gòu)的引入，到MBD技術(shù)實(shí)施方案與標(biāo)準(zhǔn)體系框架的介紹，到最終MBD標(biāo)準(zhǔn)體系與標(biāo)準(zhǔn)的宣貫。每個(gè)階段作用不同，第1階段的重點(diǎn)是介紹MBD技術(shù)的新概念，強(qiáng)調(diào)實(shí)施MBD技術(shù)的必要性，以及所具有的技術(shù)基礎(chǔ)與能力，使設(shè)計(jì)師系統(tǒng)與制造師系統(tǒng)對實(shí)施MBD技術(shù)達(dá)成共識(shí)；第2階段著重宣講MBD技術(shù)應(yīng)用實(shí)施方案、標(biāo)準(zhǔn)體系框架及設(shè)計(jì)制造體系所需具備的軟硬件條件，以進(jìn)行MBD技術(shù)實(shí)施的準(zhǔn)備；第3階段是標(biāo)準(zhǔn)體系宣講與標(biāo)準(zhǔn)宣貫，使設(shè)計(jì)與制造系統(tǒng)了解標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，以便正確地應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)。在大飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)的推廣與應(yīng)用過程中，其標(biāo)準(zhǔn)體系也經(jīng)歷了一個(gè)由淺入深，由初步到完善過程。目前，大飛機(jī)數(shù)字化研制所建立的標(biāo)準(zhǔn)體系已基本滿足實(shí)施MBD技術(shù)的需求。

3 標(biāo)準(zhǔn)化在飛機(jī)研制數(shù)字化應(yīng)用中的作用

標(biāo)準(zhǔn)化在飛機(jī)研制數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用中的作用是隨著數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的發(fā)展不斷深入而越發(fā)顯現(xiàn)出其不同的角色和作用的。

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)積累作用

傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的一項(xiàng)重要作用是對前期技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)的積累與總結(jié)。在飛機(jī)研制數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的初期，標(biāo)準(zhǔn)化的作用正如傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化的作用一樣，起著技術(shù)積累的作用，即在數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用達(dá)到一定成熟階段，取得一定成果，且成果趨于穩(wěn)定以后，才進(jìn)行數(shù)字化應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)的制定，其工作模式常常是滯后的。

3.2 標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)創(chuàng)新作用

技術(shù)創(chuàng)新是一個(gè)新的理論、新的方法或新的研究成果的形成過程，它是技術(shù)積累上的一個(gè)突破。飛機(jī)研制數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用其實(shí)就是一個(gè)技術(shù)創(chuàng)新的過程。要使技術(shù)創(chuàng)新的成果發(fā)揮其應(yīng)有的作用，只有通過標(biāo)準(zhǔn)化才能快速實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)，而且標(biāo)準(zhǔn)的“制定—實(shí)施—修訂”的過程就是技術(shù)的“創(chuàng)新—普及—再創(chuàng)新”的過程。同時(shí)只有將技術(shù)創(chuàng)新的成果以標(biāo)準(zhǔn)的形式固定下來，才能實(shí)現(xiàn)新一輪的技術(shù)創(chuàng)新。因此，標(biāo)準(zhǔn)化不僅是技術(shù)創(chuàng)新的基礎(chǔ)，更是技術(shù)創(chuàng)新的平臺(tái)。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)化的技術(shù)推廣作用

一項(xiàng)新技術(shù)的推廣應(yīng)用有多種途徑，而標(biāo)準(zhǔn)化則是一種有效的途徑。眾所周知，標(biāo)準(zhǔn)的宣貫是標(biāo)準(zhǔn)化的一項(xiàng)基本任務(wù)，但對新技術(shù)而言，標(biāo)準(zhǔn)的宣貫則更是新技術(shù)推廣應(yīng)用最直接最快捷的方法。在大飛機(jī)研制數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用中，標(biāo)準(zhǔn)化不僅在關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)成果的推廣應(yīng)用上發(fā)揮了應(yīng)有的作用，而且在后續(xù)全面推進(jìn)MBD技術(shù)的實(shí)施進(jìn)程中更發(fā)揮了不可替代的作用。

4 結(jié)束語

飛機(jī)數(shù)字化研制是一項(xiàng)新技術(shù)創(chuàng)新工程，其創(chuàng)新進(jìn)程是隨著數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用的不斷深入而逐漸拓展，且應(yīng)用的速度也在不斷加快，這就要求標(biāo)準(zhǔn)化工作要持之以恒地跟蹤數(shù)字化新技術(shù)領(lǐng)域，了解國內(nèi)外發(fā)展方向，并緊密結(jié)合型號(hào)研制積極開展關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的攻關(guān)與研究。只有不斷探索新技領(lǐng)域，始終保持與新技術(shù)發(fā)展的同步研究，才能真正發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)化先導(dǎo)作用，也才能實(shí)現(xiàn)由滯后標(biāo)準(zhǔn)化向超前標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)變。

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