大型飞机数字化设计制造技术应用综述

UGzp

大型民用运输机的发展
& _- h2 `# |1 o, {# U  b; R    在民用航空运输业中，大型客机占据着绝对的统治地位。大型客机在民航运输中也称作干线运输机，它一般指客座大于150、载重30～50t以上、满载航程大于3000km的大中型客机，有时把客座大于400的称作超大型客机，如波音747 客机和空客公司最新研制的A380客机。按航程划分，现在常把满客航程大于6000～10000km 的称为中／远程干线运输机，航行于国际航线上的多是这类飞机，一般是具有双通道的宽体客机；把满客航程在5000km以下的称为中／近程干线运输机，航行于国内各大城市之间的多是这类飞机，常被称为国内干线飞机，它们一般是双发单通道的窄体客机，如空客A320和波音737系列机。还有一种较小的经常飞行在国内局部区域，从大城市到中小城市飞行，载客在120人以下，称作支线客机，如庞巴迪CRJ系列机、巴西的ERJ系列机、中国的ARJ和俄罗斯的SSJ客机等，这类客机也是单通道的支线客机。
" x3 Q, m! s- z, e7 X6 E大型飞机研制的复杂性
    飞机制造业，特别是大型飞机制造业不同于一般的机械加工工业，由于其产品复杂度高，技术难度大，它是一个国家具有战略性的高技术产业，是现代科技高度集成的产物，它它是衡量一个国家科技、工业水平和综合国力的重要标志之一。

' V- U0 a0 B# T' F" h$ J5 L  ?

大型民用运输机的研制阶段

    大型客机产品极其复杂，具有气动外形要求严格、设计更改频繁、产品构型众多、零件材料和形状各异、内部结构复杂、空间紧凑、各类系统布置密集以及零组件数量巨大等特点。美国的波音747 大型客机，每架零件数量多达600万件，其中连接件为300万个，风洞吹风达15000h，电缆总长274km。其研制阶段多、周期长。如空客A380大型客机，从方案可行性到交付使用，正式进入航线，共用了19年时间。大型客机的寿命长，如波音777的设计寿命40年，以后还继续服务20～30年，总寿命可达70年。波音737和747客机的服务年限都超过了40年。一架大型飞机研制，需要全球协同，零部件供应商数千家，如A380客机的供应商达1万多家，研制过程数据管理困难。更重要的是保证飞机安全飞行所需的各种设备，如通信、导航、显示和飞行控制等软硬件设备都需采用高新技术。目前还有严格的环境保护要求，如污染排放要少、噪音要低以及燃油利用率要高。所以，从飞机的整个研制过程来看，即从顾客提出对飞机的用户要求开始，直至飞机设计、制造、交付出厂以及投入航线后的服务工作，飞机的研制过程是一个庞大的系统工程。
数字化设计制造技术应用特点
4 v" }0 ~5 [% ?$ f5 t* x    在近年来的大型民用运输机的研制中，无论是空客A380客机，还是波音787客机的研制，都充分体现了数字化技术是企业的核心竞争力，是产品创新发展的最有力工具。因此，数字化技术的应用，无论在深度和广度上都有了巨大的发展，其特点体现在以下5个方面。

: g3 X8 l) ~/ G: E. w4 B

传统的飞机研制过程

1 数字化技术从根本上改变了产品研制方法
7 K% V4 m3 s3 t- H    现代飞机研制方法，从原有的基于物理( 实物) 样机的串行方式演变成基于数字样机的并行方式。以洛克希德·马丁公司为例，原有的传统研制过程和方法大体分3个阶段：概念设计、初步设计和生产设计阶段。在这3个设计阶段中，都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，研制过程是串行的，产品定义信息的传递是不连续的，其缺点众所周知。
    在现代新机研制中，虽然其产品的研制阶段没有多大变化，但是，它的模线和物理样机全都由产品的数字化定义或数字样机所替代，而且其研制过程是并行的，便于实现多学科的协同设计。

表１波音BOS-600系列规范

& y8 T$ D3 o; Z3 U" ~# n- y& I+ ]

    此外，其协同模式也由原来的基于IPT的集中式协同，发展成为基于网络的分布式协同，即产品设计协同团队IPT不用再集中到一地，而是分布在世界各地，通过网络进行协同设计，交换产品的相关设计信息。波音在设计波音787客机中，就通过全球协同网络环境（GCE），采用了这一最先进的协同方式。
    波音公司在研发波音787客机中，不仅协同方式有了重大发展，而且其研制工作的重心也发生了重大转变，波音原来是把飞机产品的各零部件设计信息分发给供应商去制造，波音监管着所有产品的研制进度和质量，最后负责飞机的对接总装和试飞交付，即波音负责着全部飞机的设计工作。但在研制波音787客机中波音做出重大变革，它仅负责飞机的总体设计，把工作量极其繁重的详细设计工作交给了部件的制造单位（波音的合作方）进行，最后波音仅负责十几个大部件的对接总装工作。波音的这种“抓两头”的做法是非常科学的，它不仅大幅度地减轻了波音公司的工作量，更重要的是详细设计是生产性设计，这部分设计由最了解产品如何制造的企业来做是最合适的。波音的这种设计模式也代表了今后飞机产品的设计方向。