数字样机：现代设计体系的创新研制方法

在飞机研制过程中，试验作为设计检查和认证的手段是必不可少的。数字化试验和数字化仿真是把以物理样机作为试验和认证对象的设计体系转变为以数字样机为对象，以数字化仿真为验证手段的设计体系，使参加研发的工程人员在设计中发现问题，并在仿真试验中得以验证。以数字样机为核心的虚拟研发可显著缩短研制周期，降低研制成本。

1.增加装配设计阶段，充分发挥数字样机设计协调作用

为充分发挥数字样机设计协调的作用，在数字化研制流程中新增了全新的装配设计阶段。在此阶段，各专业的设计人员按照产品装机状态完成全机装配协调的三维数模，确定各系统之间的最终接口界面。并通过数字化预装配形成全机数字样机，并进行全机空间分析、干涉检查以及运动机构分析、检查等。装配工艺、工装设计人员对整个电子样机进行拆装分析、装配工艺分析等工作。设计早期及时发现设计错误，可以避免不协调造成的返工。通过装配设计阶段的数字样机装配检查，所有工程数据在详细设计之前即可解决协调干涉问题。在设计阶段形成的数字样机已经替代并超越了传统飞机研制流程中实物样机的作用。

2.建立数字样机装配仿真中心，数字样机取代实物样机评审

为确保装配设计数字样机评审结果的真实有效，利用虚拟现实（Virtua1 Rea1ity）技术建立了先进的数字样机装配仿真环境，为飞机数字化设计提供了完备的解决方案，保证了产品具有良好的可制造性可维护性。数字样机装配仿真中心主要由立体投影系统、数据手套、位置跟踪器、三维鼠标、立体眼镜等设备组成，使用户沉浸到虚拟环境中，并提供视角移动、旋转等交互操作功能。大场景、逼真、具有强烈沉浸感的立体图像，使参与者具有身临其境的感觉。装配设计人员能在可视化的大场景环境下交互地对产品的三维模型进行试装，通过产品虚拟装配过程仿真、数字人体装配过程仿真等先进的三维仿真手段，对装配过程进行预演，检验、评价产品的可装配性、可维护性和工艺性。

中航工业沈阳所在飞机研制过程中全面应用三维数字化手段和真实数字样机装配仿真进行设计装配和协调，完成了全机电缆三维敷设，提前发现装配协调和使用维护中可能出现的问题达上百项并都加以修正完善，真正替代了传统飞机研制采用的实物样机。

3.全面实施面向制造、面向装配的产品数字化定义

为使飞机数字化设计的成果能够真正缩短研制周期、提高研制质量和效益，从型号研制之初，就明确了面向制造、生产可用的原则。为此采取以下措施：

●明确零部件的协调和制造依据为三维数据集

以数字样机作为统一几何数据源，用数字量传递取代了模拟量传递二维图样仅作为零部件信息补充。

●制定了面向制造、面向装配的数字化设计原则

包括面向制造建模原则、必要简化方法规定、工艺信息表达方法、装配配合间隙预留等，使设计人员与工艺人员在数模表达方法上统一规范，为协同工作打下良好基础。(www.zuozong.com)

●数字化定义可直接为生产所用

工艺、工装并行设计，及时分析工艺性，提出要求和建议，并贯彻于产品设计。大量采用航空钣金、复合材料定义、管路敷设、电缆线束敷设等先进的设计建模手段，使高效数控编程、钣金自动展开、模胎数字化设计制造、复材自动下料、激光投影定位、数控弯管等数字化制造手段能够充分应用，显著提高效率和质量。

●制定了数字化飞机研制工艺总方案

制定了数字量协调传递体系下飞机装配工艺原则，指导制定各部件装配工艺方案，指导工艺、工装设计。

4.维护保障预先仿真

在以往的飞机研制过程中，维护保障分析工作总是滞后于飞机设计发图阶段，一般情况都是在飞机已经生产完毕后采取亡羊补牢式的被动改进措施。

在飞机的研制过程中，将维护保障分析工作纳入飞机数字化定义的设计阶段。通过维修性设计人员与飞机设计人员的协同工作，在数字样机环境中对飞机的使用维护进行分析和控制，协助设计人员分析维护环境，检查飞机的人机接口和操作的便利性，系统地开展维修性设计与分析工作。通过维护保障仿真，保障了飞机系统设备合理布局、拆卸方便；外场使用维护频率高的系统、设备、部件具有良好的维护可达性；各维护点满足人机工程要求；较好地贯彻了互换性、安全性、防差错等措施从而确保飞机具有良好的维修性。

案例2：统一的协同研制平台与单源数据管理

国内航空制造业与国外不同，普遍存在设计与制造分离的特色环境设计所与制造厂都建立了各自的产品数据管理系统，产品的属性定义、管理机制等很难保持一致，企业间普遍缺乏沟通渠道，因此也就难以支撑基于并行的协同研制模式，无法在产品研制的各个阶段有效开展设计制造并行协同。

为了解决上述问题，中航工业沈阳所联合制造厂构建了以“一个平台，两个中心”（设计制造并行协同研制平台、飞机产品数据中心、数字样机装配仿真中心）为核心的并行协同基础环境。通过协同研制平台，将分离的两个厂所从逻辑上整合成以重点型号为产品对象的统一（虚拟企业，有效地支撑了并行工程管理的实施。