飞行器数字化制造技术

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1、飞行器数字化制造技术,并行工程集成框架,一、应用需求 并行工程最重要的支撑系统之一是集成框架，即对产品生命周期中所有数据、组织资源和相关开发工程的集成化管理。这种需求体现在以下几个方面:,1.以信息集成为基础实现 产品开发过程的集成 从CIMS的信息集成发展到并行工程的过程集成可分为5个台阶： 互操作的计算机; 互操作的工具和任务; 产品数据管理; 产品开发过程管理; 决策支持。,通常,第1步和第2步保证数据按照标准格式(如IGES、STEP、EDIF和VHDL等)在企业各分系统和工具之间传递,无需手工重新输入。实现方法包括工程图档管理、工程数据库、异构数据库的集成与信息共享等。它们可以被看作

2、是CE第一阶段集成平台。 第3步和第4步处理更复杂的问题,需要改变企业的组织结构和产品开发过程,建立一个跨平台、跨领域的集成框架,支持产品开发全过程的信息集成与过程集成。它们是并行工程最重要的特征。 第5步建立决策支持知识库。一个依赖于产品开发环境框架的策略可支持企业通过每一个步骤。,2.复杂产品开发涉及领域之间的集成 从企业功能和体系结构看,企业业务可划分为多个功能领域,其中包括:产品/过程涉及领域、经营运行领域、行政管理/办公自动化领域和监控领域等。对负责产品开发的并行工程来说,每个功能领域有相应的支撑系统,这些子系统间必须在完整的并行工程产品开发过程中进行相互通信和数据共享。近年来,基于

3、面向对象技术和客户/服务器计算模式的集成框架的研究、开发和应用,为企业全过程、多领域的集成提供了技术基础。,集成框架软件是一个软件系统,它提供了支持多厂商、多平台、异构网络、不同操作系统和已有的传统应用软件的集成及即插即用的环境。它不仅要把企业的计算机辅助设计、制造、管理和质量保证等技术子系统有机地集成在一起,实现信息共享和集成,还要充分考虑人在企业中的作用,实现人、组织、经营管理和技术的集成,以及产品全生命周期中的信息流和物流的集成优化,使企业集成由信息集成发展到过程集成。只有这样才能真正解决企业的产品上市快、质量高、成本低、服务好(TQCS)问题,以赢得市场竞争。,集成框架软件是一个软件系

4、统,它提供了支持多厂商、多平台、异构网络、不同操作系统和已有的传统应用软件的集成及即插即用的环境。它不仅要把企业的计算机辅助设计、制造、管理和质量保证等技术子系统有机地集成在一起,实现信息共享和集成,还要充分考虑人在企业中的作用,实现人、组织、经营管理和技术的集成,以及产品全生命周期中的信息流和物流的集成优化,使企业集成由信息集成发展到过程集成。只有这样才能真正解决企业的产品上市快、质量高、成本低、服务好(TQCS)问题,以赢得市场竞争。,3.注重产品及产品数据生命周期的概念 为了做到产品开发各环节对数据存取和操作的一致性,并行工程要求所有产品数据必须定义生命周期,并且需要一个过程管理工具,在

5、正确的时刻、把正确的数据、按照正确的方式、传递给正确的人。目前,还没有一个工具能在领域之间做到这一点。集成框架为实现这一目标提供了技术基础。,二、体系与功能 1.体系结构 并行工程集成框架是支持企业内各类应用(设计、制造和经营管理)进行信息、功能和过程集成优化的并行工程支撑环境,体系结构由应用系统层、领域框架层和企业框架层组成。,应用系统层 由机械领域软件(如CAX/DFX等)、电子系统并行开发领域软件(如EDA软件、微波CAD/CAT软件等)和经营领域软件(如MRP等)组成。这些设计、制造和经营应用系统大多都有各自的集成子环境(称为子领域框架),如在电子设计方面有Mentor EDA的Fal

6、con框架,在机械设计方面有SDRC的Metaphase等。本课题把这些设计、制造和经营管理软件及其集成子环境/子领域框架作为已有应用系统进行集成。,领域框架层 由并行工程机械领域框架、电子系统领域框架和经营运行领域框架等组成。这些领域框架实现各自领域内已有应用系统的封装集成,支持领域内并行产品定义、并行开发过程和产品开发团队的管理。这些领域框架通过企业框架实现各领域框架的集成、不同领域应用系统之间的全局信息和全局过程的集成。,企业框架层 由并行工程企业层框架与并行工程对象建模和管理服务设施两部分组成。并行工程企业层框架基于CORBA2.0规范,为领域框架之间的集成提供请求/服务机制和互操作机

7、制,建立领域框架和应用系统即插即用集成的“软总线”。并行工程对象建模和管理服务为企业实施并行工程提供并行产品定义、产品开发过程重组建模和管理、集成产品开发团队管理等服务设施。,2.主要功能 并行工程产品定义、过程建模和产品集成开发团队管理工具原型可用于定义不同领域应用之间并行产品的全局信息模型、产品结构和资源的管理,建立可视化的工作过程流程模型,定义和管理产品开发团队、角色和权限,控制并行过程的实施。 提供基于CORBA规范的即插即用“软总线”,支持领域框架和应用软件的单点集成。,提供已有应用系统与领域框架之间、领域框架与并行工程企业层框架之间封装集成的 IDL定义和编译工具及适配器开发工具。

8、可允许应用软件模块插入系统的“软总线”,并由各类用户按需要在工作流中启动应用软件。 提供框架管理、应用封装集成的图形用户界面(GUI),为框架系统管理者、应用封装集成者和最终用户的使用及浏览提供方便。,3.技术特点 本框架的技术方案以并行工程的过程集成和不同领域的应用系统集成等关键技术为突破点,其先进性表现在以下几个方面: 采用基于企业框架和领域框架的集成体系结构,支持并行工程的信息集成、功能集成和过程集成。,采用基于CORBA规范的面向对象和客户/服务器 分布计算模型技术,建立应用系统即插即用的单点集成式“软总线”。这不仅符合国际主流标准,具有很好的开放性、可重用性、可扩充性和互操作性,而且

9、能方便、灵活、快速地支持应用系统的集成,支持企业实施并行工程。 采用国际上目前最新的研究成果,开发和集成支持并行产品定义、产品开发过程重构、集成产品开发团队的工具原型,支持并行工程的产品、过程、组织资源集成与优化运行。,DFX面向产品生命周期的设计,并行工程是一种哲理，涉及人员管理以及产品开发过程管理。并行工程也提供技术和方法，尤其以DFX技术和方法为代表。 正如生物的诞生、成长直到消亡构成其生命周期一样，人类有意识地创造出来的人工物，包括各种产品也被赋予了生命。产品同样具有诞生、成长、消亡的过程。只是产品的诞生过程被称为产品开发过程，产品的成长过程对应着产品使用过程，产品的消亡过程即为产品报

10、废与回收处理过程。这些过程构成了产品的生命周期。,DFX是Design for X(面向产品生命周期各/某环节的设计)的缩写。 其中，X可以代表产品生命周期或其中某一环节，如装配、加工、使用、维修、回收、报废等，也可以代表产品竞争力或决定产品竞争力的因素，如质量、成本、时间等等。而这里的设计不仅仅指产品的设计，也指产品开发过程和系统的设计。 DFX是并行工程的关键环节。FX是CE的思想核心，是CE的支撑工具。而 CE是DFX在产品生命周期上的拓展。在产品设计时，不但要考虑功能和性能要求, 而且要同时考虑与产品整个生命周期各阶段相关的因素。包括制造的可能性、高效性和经济性等。其目标是在保证产品质

11、量的前提下缩短开发周期降低成本。,首先，所有的产品开发人员都应该认识到，在设计阶段尽早地考虑产品全生命周期将有益于产品竞争力的提高。其次，产品设计人员，产品开发管理人员应该积极应用DFX方法于产品设计。最后借助计算机实现的DFX工具可以有效地辅助产品设计人员按照DFX方法进行产品设计。 DFX思想最早产生于二战时期。直到50年代末，长期的设计开发经验的积累形成了DFX的原形。 60、70年代以后，DFX研究得到重视。,DFX与产品设计的关系：,DFM 面向制造的设计,过去，产品总是从一个部门递交给下一部门，每次都根据各自需要进行修改。在产品设计完成后，接着将进行产品的可制造性改造，修改零件图和

12、公差，更新零件表、配置和装配图等文件。然后重组产品，向供应商再次订货。下一步由市场和现场维护部门提交用户使用产品后反应的报告，以及产品性能与产品广告宣传对照的报告。这些部门的技术维护人员还将提交关于保修期内返修率、零部件损坏率、故障预测难易度及维修后产品性能的报告。,DFM 面向制造的设计,串行的产品开发过程,DFM 面向制造的设计,这种方式的缺陷是设计与制造的严重分离。设计师只负责按照功能要求把产品设计出来，至于如何加工生产，则是工艺师的事，这被一些国外学者形象地称为“扔过墙”(Over the wall)式的设计。随着现代制造业的发展，这种设计方式的弊端越来越多地暴露出来：出于设计没考虑工

13、艺，设计出的产品制造成本高，没有竞争力；出于各环节串行，生产准备只能在设计完全结束后起动，延长了产品开发时间，丧失了占领市场的机会；更为常见且很严重的情形是：一些设计要求在制造时很难实现甚至根本无法实现，由此导致的返工既浪费了人力，又延误了工期。,全球性的激烈竞争迫使制造行业重新审视现有的设计与生产过程，寻求一种新的设计思想与生产模式来实现他们“短周期、高质量、低成本”的理想。面向制造的设计(Design for Manufacturing， DFM)正是在这种需 求下发展起来的，并且已经成为许多企业用以提高竞争力的重要手段。,DFM的优点是加快产品开发周期、缩短投放市场时间(TTM)和降低制

14、造成本。因为TTM的压力不断增加，设计师和产品工程师不再有时间用对原型样品反复试验的方法以精确协调一个新设计。另外，新产品开发周期题越短，以任何原因引入一个设计修改方案的困难就越大。所以，在设计过程的早期阶段起用DFM原则，就可以避免产品性能要求和制造能力之间的不匹配。DFM原则的运用，也能降低制造成本。图说明了作为在最佳成本下获得更高性能的方法，工艺改进相对于产品改进的影响。曲线说明了产品制造成本和设计复杂度的关系。,DFM与并行工程,DFM是 CE的思想核心。 设计与制造，是产品生命周期中最重要的两个环节。所谓并行工程，最重要的是 产品设计与制造过程的并行。在设计阶段就考虑可制造性是 CE

15、最基本的优势所在。 DFM是 实现CE的关键技术。 CE只是一种生产哲理，要应用到实际生产，必须要有诸多的支撑工具。 在 CE中，最核心的工具是DFx技术。,DFM与并行工程,3. CE是 DFM（DFX）在产品生命周期上的拓展。 自从 DFM的概念被提出以来，又相继出现了很多 DFx的概念，例如 DFQ(Design for Quality)，DFR(Design for Reliability)，DFD(Design for Disassembly)等等，这些概念逐渐覆盖了从设计、制造、使用到回收的整个产品生命周期，这实际上已经拓宽了 DFM的概念，形成了 CE的思想。,DFM 面向制造的

16、设计 DFM由一系列的软件组成： DFM Concurrent Costing: 并行成本计算 用于对单个零件成本和相应工装投资进行成本估计的软件工具。不象已有的参数化成本估计模型，它不依赖于历史数据，因此可以对新的设计做准确的成本估计，并尝试各种不同的零件材料和加工工艺（目前包括:吹塑成型、注塑成型、挤压成型、热塑成型、压铸模、砂铸模、发泡模、锻压和粉末冶金等多种工艺和相应的近百种材料）。,BDI公司（Boothroyd Dewhurst Inc.） DFMA,使用Concurrent Costing的好处有： 准确的成本估计：提供了在零件设计阶段快速和准确的评价零件成本的方法，并可以快速地尝试不同的材料和工艺。 实现并行工程：定量成本信息使得产品开发小组可以将设计的决策建立在实时信息的基础上，以缩短产品开发周期和统一设计小组的意见。 与供应商谈判：给出了客观的成本决定要素，使您能与供应商更有意义地讨论，以取得共同利益。 竞争力比较：将您的设计与竞争对手的产品进行比较，以决定市场可行性和目标成本。,BDI公司（Boothroyd Dewhurst Inc.） DFMA,