□ 蒲 娟 □ 許建新 □ 王 凱 □ 王 成

1.西北工業(yè)大學(xué) 機(jī)電學(xué)院制造軟件研究所 西安 710072

2.63800部隊 甘肅西昌 615608

飛機(jī)制造是一個復(fù)雜的過程，與一般的機(jī)械產(chǎn)品相比，有它的獨特之處，如飛機(jī)制造按架次進(jìn)行管理，質(zhì)量可追溯性要求高，制造過程包含大量的工裝制造和協(xié)調(diào)工作，質(zhì)量管理內(nèi)容復(fù)雜，有嚴(yán)格的歸檔要求，飛機(jī)制造所涉及的部門眾多，更改頻繁，工作量大，周期長，導(dǎo)致飛機(jī)制造的質(zhì)量管理極其復(fù)雜和困難［1］。

隨著信息化的不斷發(fā)展，我國飛機(jī)制造企業(yè)正在逐步應(yīng)用先進(jìn)的制造技術(shù)與管理系統(tǒng)，如CAD/CAM/CAPP/PDM/ERP/MES等先進(jìn)制造技術(shù)，提高了企業(yè)的制造能力，推動了飛機(jī)制造業(yè)的信息化進(jìn)程，企業(yè)的質(zhì)量控制與保證水平不斷提高。但這些系統(tǒng)大多是為滿足飛機(jī)制造的某一過程或階段的需求而建立的，系統(tǒng)間信息模型相互獨立，它們雖然很好地支持了本部門的信息管理工作，但是卻割裂了產(chǎn)品制造流程以及數(shù)據(jù)在產(chǎn)品生命周期中的一致性和聯(lián)系性，使飛機(jī)制造過程中各部門、各階段間信息共享和交換困難，無法從全局和整體的角度提高企業(yè)的效率和質(zhì)量管理水平［2］。

基于模型的工程定義 （Model Based Definition，MBD）技術(shù)已在飛機(jī)制造企業(yè)中得到普遍應(yīng)用，因此產(chǎn)品設(shè)計/工藝/工裝/檢測三維模型的質(zhì)量控制在飛機(jī)研制全生命周期中變得尤為重要，傳統(tǒng)的產(chǎn)品模型質(zhì)量控制與保證技術(shù)匱乏，設(shè)計人員往往憑經(jīng)驗進(jìn)行簡單的檢查，既沒有檢查規(guī)范保障，又沒有檢查記錄，造成部門之間模型檢查協(xié)調(diào)不便，零件的研制周期加長。

為了有效解決上述問題，在對飛機(jī)制造過程進(jìn)行研究和分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個質(zhì)量管控平臺，將飛機(jī)產(chǎn)品的整個制造過程進(jìn)行有機(jī)的統(tǒng)一管理，消除信息孤島，實現(xiàn)在異構(gòu)環(huán)境下零件數(shù)字化信息的集成與共享管理，有效解決生產(chǎn)過程中存在的諸多問題，全面提升飛機(jī)制造企業(yè)的核心競爭力。

1 飛機(jī)制造質(zhì)量形成過程分析

按照過程管理的模式進(jìn)行劃分，飛機(jī)制造質(zhì)量的形成過程分為：產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、工裝準(zhǔn)備、生產(chǎn)制造和檢驗檢測5個階段，如圖1［3］所示。

▲圖1 飛機(jī)制造質(zhì)量形成過程及管控手段

在產(chǎn)品設(shè)計階段，設(shè)計單位根據(jù)需求先進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計和數(shù)據(jù)建模，生成三維CAD設(shè)計模型，在設(shè)計定型后建立并發(fā)布工程 BOM （Engineering BOM，EBOM），根據(jù)并行工程的思想，產(chǎn)品的設(shè)計過程也就是產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量的形成過程，即通過控制所生成的三維模型的質(zhì)量來保證產(chǎn)品定義的規(guī)范性、完整性和可制造性。在工藝設(shè)計階段，工藝人員根據(jù)零件的工藝特點，增加工藝凸臺等用于裝夾或定位的特征，產(chǎn)生零件的工藝模型和工藝 BOM（Process BOM，PBOM），依據(jù)PBOM 編制裝配大綱（Assembly Order，AO）和制造大綱（Fabrication Order，F(xiàn)O），同時編制檢驗檢測計劃。 工藝設(shè)計階段質(zhì)量保證就是做好工藝技術(shù)準(zhǔn)備工作，對零件進(jìn)行運動學(xué)仿真和幾何仿真，為生產(chǎn)制造階段提供必要的物質(zhì)、技術(shù)和管理條件，以便正式生產(chǎn)時能在受控狀態(tài)下進(jìn)行。在工裝準(zhǔn)備階段，工裝部門人員依據(jù)三維設(shè)計數(shù)模編制工裝指令（Tool Order，TO），進(jìn)行工裝制造，其質(zhì)量形成過程類似于產(chǎn)品設(shè)計階段。在生產(chǎn)制造階段，制造部門依據(jù)PBOM構(gòu)建制造BOM（Manufacturing BOM,MBOM），進(jìn)行部件裝配仿真，編制數(shù)控程序，最終完成零件的加工、部件的裝配以及自檢，該階段質(zhì)量控制的關(guān)鍵是制造過程質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集分析，對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件數(shù)控加工、鈑金件和復(fù)材件加工以及飛機(jī)裝配全過程進(jìn)行質(zhì)量控制，對相關(guān)質(zhì)量文檔的管理。在檢驗檢測階段，檢驗檢測部門依據(jù)檢測計劃，計算測量數(shù)據(jù)，進(jìn)行零部件和工裝的檢測，該階段主要是對檢驗?zāi)Ｐ偷纳?、?shù)控檢測點位圖及檢測路徑等工程數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)量控制，保證檢驗檢測質(zhì)量。

2 飛機(jī)制造質(zhì)量管控框架系統(tǒng)

通過對飛機(jī)制造企業(yè)質(zhì)量形成過程的分析，并以某航空制造企業(yè)為研究對象，對其質(zhì)量管控現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)研，在全面需求分析的基礎(chǔ)上，以產(chǎn)品零件為關(guān)注焦點，提出改變傳統(tǒng)事后質(zhì)量控制思想，對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行事前預(yù)防控制，研究先進(jìn)的質(zhì)量工程技術(shù)和信息技術(shù)，建立一個面向飛機(jī)產(chǎn)品研制業(yè)務(wù)過程的制造質(zhì)量管控框架系統(tǒng)，解決飛機(jī)批生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量的保證問題，實現(xiàn)飛機(jī)制造企業(yè)全面質(zhì)量管理，提高飛機(jī)制造的技術(shù)和管理水平。

2.1 質(zhì)量管控框架系統(tǒng)總體架構(gòu)

如圖2所示，為方便企業(yè)實施應(yīng)用，框架系統(tǒng)采用統(tǒng)一門戶的用戶登錄和認(rèn)證機(jī)制，集成產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計、工裝準(zhǔn)備、生產(chǎn)制造、檢驗檢測階段的質(zhì)量保證5個框架功能模塊，并對產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量信息進(jìn)行管理。集成外部工具集主要包括產(chǎn)品設(shè)計模型檢查工具、工藝/工裝模型檢查工具和數(shù)控仿真工具，隨著應(yīng)用的需要可逐步增加其它工具系統(tǒng)。集成企業(yè)現(xiàn)有的 PDM、IQS（Integrated Quality System,集成化質(zhì)量系統(tǒng)）、MES等外部系統(tǒng)，采用平臺統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲訪問。

2.2 框架系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能

在飛機(jī)制造全生命周期中，產(chǎn)品設(shè)計、工藝設(shè)計和工裝準(zhǔn)備、生產(chǎn)制造和檢驗檢測各階段的質(zhì)量信息以及來自CAD/CAM/CAPP的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，均通過企業(yè)PLM平臺進(jìn)行統(tǒng)一集成管理，保證產(chǎn)品質(zhì)量信息數(shù)據(jù)來源的一致性，其信息集成框架如圖3所示，圖中針對各階段質(zhì)量保證活動內(nèi)容的不同，給出了相應(yīng)的質(zhì)量管控關(guān)鍵點。

（1）產(chǎn)品設(shè)計階段質(zhì)量保證。在設(shè)計過程中，三維模型的質(zhì)量保證技術(shù)包括基于MBD技術(shù)建立模型檢查和工藝性審查規(guī)范，定制檢查模板，在此基礎(chǔ)上針對CATIA模型的結(jié)構(gòu)和幾何數(shù)據(jù)規(guī)范性進(jìn)行檢查，此過程可應(yīng)用Q-Checker或PDQC模型檢查工具。零件的可制造性分析，通過應(yīng)用Q-checker工具進(jìn)行開發(fā)，而可裝配性分析通過Delmia工具進(jìn)行裝配仿真。針對工程更改所產(chǎn)生的影響，需要進(jìn)行產(chǎn)品不同版本之間同一零/部件的設(shè)計數(shù)據(jù)模型的比較分析，實現(xiàn)對工程更改的貫徹執(zhí)行；通過CATIA/PDM來對比EBOM、PBOM、MBOM的層次、結(jié)構(gòu)、節(jié)點等，對BOM進(jìn)行多角度分析，保障其一致性和完整性。

（2）工藝設(shè)計階段質(zhì)量保證。對工藝全生命周期業(yè)務(wù)過程進(jìn)行控制與管理，建立工藝業(yè)務(wù)過程管控系統(tǒng)，包括工藝規(guī)劃過程管理、車間工藝分工路線、關(guān)重屬性定義、材料定額、審簽流程管理；工程更改、工藝更改的閉環(huán)管控；對技術(shù)狀態(tài)、有效性、工藝關(guān)重屬性、關(guān)鍵/特殊/特種檢驗檢測工序、物料清單等工藝信息的管理。采用Vericut數(shù)控仿真系統(tǒng)，可以在制造之前先在計算機(jī)中模擬加工過程，發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的碰撞、干涉，評價零件的可加工性及工藝的合理性等，提前預(yù)防和控制可能出現(xiàn)的質(zhì)量問題。

▲圖2 基于企業(yè)統(tǒng)一平臺的質(zhì)量管控系統(tǒng)架構(gòu)圖

▲圖3 飛機(jī)制造質(zhì)量管控信息集成框架

工藝模型是工藝設(shè)計的基礎(chǔ)，造成工藝設(shè)計質(zhì)量問題的一個重要因素就是工藝模型的規(guī)范性，因此，對工藝模型的質(zhì)量控制可有效控制產(chǎn)品的質(zhì)量，減少或消除工藝設(shè)計中出現(xiàn)的質(zhì)量問題。具體的工藝模型質(zhì)量保證見3.1節(jié)介紹。

（3）工裝準(zhǔn)備階段質(zhì)量保證。類似于產(chǎn)品設(shè)計，具體的質(zhì)量控制與保證方法與產(chǎn)品設(shè)計相同。但由于它與具體的工藝過程相聯(lián)系，因此，在進(jìn)行工裝設(shè)計時，需要將相關(guān)的工藝設(shè)計要求作為約束來進(jìn)行通盤考慮與規(guī)劃。

工裝模型是工裝準(zhǔn)備的依據(jù)，三維工裝模型的質(zhì)量保證見3.1節(jié)介紹。

（4）生產(chǎn)制造階段質(zhì)量保證。通過應(yīng)用面向零件數(shù)控加工和飛機(jī)裝配的數(shù)字化制造質(zhì)量管控技術(shù)，對飛機(jī)結(jié)構(gòu)件、鈑金件、復(fù)合材料生產(chǎn)制造及裝配全過程進(jìn)行管控，防止人為錯誤，提高生產(chǎn)制造過程的規(guī)范化，實時進(jìn)行制造質(zhì)量數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)質(zhì)量統(tǒng)計分析，從而保證產(chǎn)品制造過程的質(zhì)量。目前飛機(jī)制造企業(yè)已普遍應(yīng)用統(tǒng)計過程控制（Statistical Process Control，SPC）工具來實現(xiàn)質(zhì)量數(shù)據(jù)采集、管理、統(tǒng)計分析、實時質(zhì)量狀態(tài)監(jiān)測、質(zhì)量控制圖與報表的生成以及工藝能力分析。通過產(chǎn)品全生命周期的質(zhì)量信息管理與控制，可以建立完善的質(zhì)量問題追溯機(jī)制與質(zhì)量問題的反饋和持續(xù)改進(jìn)機(jī)制。對生產(chǎn)制造過程中質(zhì)量成本進(jìn)行管理和有效控制，以質(zhì)量成本驅(qū)動產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量改進(jìn)，從而達(dá)到降低廢品率，提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。

（5）檢驗檢測階段質(zhì)量保證。基于CAPP實現(xiàn)檢測計劃的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，利用數(shù)控檢測點位圖設(shè)計及檢測路徑規(guī)劃工具實現(xiàn)與企業(yè)PDM的信息集成。數(shù)控檢測點位及路徑是與產(chǎn)品質(zhì)量密切相關(guān)的工程數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量大，僅靠人工校對審簽難以保障其質(zhì)量，可通過利用FixCAI（一種數(shù)控點位測量及路徑規(guī)劃系統(tǒng)）/CATIA等工具和工程開發(fā)，建立檢測點位圖檢測規(guī)范和檢測路徑定義，實現(xiàn)數(shù)控檢測點位圖的規(guī)范性檢查、報告輸出和審簽。

（6）產(chǎn)品全生命周期質(zhì)量信息管理。對飛機(jī)產(chǎn)品研制全生命周期的質(zhì)量信息進(jìn)行管理、分析、評估、診斷、反饋等信息集成，開展質(zhì)量統(tǒng)計分析，為質(zhì)量控制管理提供決策支持。

3 關(guān)鍵技術(shù)

在飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計與制造環(huán)境下，三維CAD模型是數(shù)字化信息鏈的源頭，是工程分析、虛擬裝配、數(shù)字樣機(jī)、數(shù)控加工等的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，而質(zhì)量數(shù)據(jù)的來源是質(zhì)量管控的核心，必須保證數(shù)據(jù)來源的準(zhǔn)確性和一致性，因此產(chǎn)品模型的質(zhì)量檢查技術(shù)和數(shù)據(jù)采集技術(shù)是飛機(jī)制造質(zhì)量管控的關(guān)鍵點。

3.1 產(chǎn)品模型的質(zhì)量檢查技術(shù)

對產(chǎn)品三維CAD模型的質(zhì)量管控可應(yīng)用基于檢查模板的產(chǎn)品模型質(zhì)量檢查技術(shù)，將系統(tǒng)軟件與檢查工具進(jìn)行集成，依據(jù)知識庫表達(dá)技術(shù)，建立檢查模板定制機(jī)制，最終以檢查模板為依據(jù)，運用檢查工具（如Q-checker或PDQC等）對產(chǎn)品模型進(jìn)行檢查?；跈z查模板的產(chǎn)品模型質(zhì)量檢查技術(shù) （具體實施過程如圖4所示）匯總了產(chǎn)品模型的各種設(shè)計規(guī)范、檢查規(guī)范，集成各種檢查工具對產(chǎn)品的全三維模型進(jìn)行全面的檢查和記錄，同時對檢查結(jié)果進(jìn)行儲存和統(tǒng)計分析，獲得經(jīng)驗教訓(xùn)，方便設(shè)計人員進(jìn)行設(shè)計與檢查，最終保證產(chǎn)品三維模型的質(zhì)量，縮短產(chǎn)品的研制周期，極大地提高工作效率。

3.2 質(zhì)量數(shù)據(jù)采集技術(shù)

▲圖4 基于檢查模板的產(chǎn)品模型質(zhì)量檢查技術(shù)

飛機(jī)制造企業(yè)車間生產(chǎn)現(xiàn)場在接受數(shù)據(jù)采集任務(wù)后，依據(jù)不同的采集終端，如測量儀器、條形碼技術(shù)、其它數(shù)據(jù)接口或手工數(shù)據(jù)采集等不同方式，對關(guān)鍵質(zhì)量特性點進(jìn)行質(zhì)量數(shù)據(jù)采集。將最終數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)如零件特性參數(shù)等存儲到相應(yīng)的數(shù)據(jù)模型，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)如現(xiàn)場采集的視頻或圖片等多媒體數(shù)據(jù)等以源文件的形式存儲到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫。通過后臺數(shù)據(jù)處理機(jī)制，對采集的數(shù)據(jù)按照型號、階段、批次、架次、工藝編號（含版本）、工序、車間、采集人員及采集時間等結(jié)構(gòu)進(jìn)行組織，以便數(shù)據(jù)的分析、查詢、導(dǎo)出等操作，實現(xiàn)采集質(zhì)量數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化管理。

4 結(jié)束語

本文研究的飛機(jī)制造質(zhì)量控制保證技術(shù)，將現(xiàn)代信息技術(shù)、自動化技術(shù)、先進(jìn)制造技術(shù)、現(xiàn)代測量技術(shù)與現(xiàn)代質(zhì)量管理模式相結(jié)合，綜合應(yīng)用于企業(yè)的產(chǎn)品設(shè)計、工藝/工裝設(shè)計、生產(chǎn)制造及檢驗檢測等生命周期質(zhì)量管理的各個階段。以企業(yè)PDM平臺為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)來源，通過產(chǎn)品模型的質(zhì)量控制、質(zhì)量數(shù)據(jù)的自動實時采集、分析與反饋控制以及質(zhì)量信息資源的共享和質(zhì)量管理的協(xié)同，建立一套以數(shù)字化、集成化、網(wǎng)絡(luò)化和協(xié)同化為特征，預(yù)警和報警相結(jié)合的飛機(jī)制造質(zhì)量管控框架系統(tǒng)。作為柔性、動態(tài)集成的系統(tǒng)平臺，其中的各個子模塊功能都可以在企業(yè)中單獨應(yīng)用，也可以通過與其它模塊的松散集成，進(jìn)行協(xié)調(diào)工作。

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