“无图设计与制造技术”在上飞厂波音737-700

“无图设计与制造技术”在上飞厂波音737-700
平尾项目中的应用

By AMT 李朝晖

波音公司在研制生产波音777飞机和新一代波音737飞机中采用的”无图设计制造技术”,是以并行工程/系统工程(CE/SE)原理和团队工作(TEAM WORK)精神为基础,以联合产品工作组(IPT)和集成产品定义(CPD)为工作方式,以计算机系统和数字式生产设备等为基本手段,使产品和工装的设计/生产/检验完全基于数字化的信息传递和处理,真正实现了”无纸化”设计生产.它超越并取代了”设计图纸并按图纸制造”这一传统意义上的生产方式,代表了当代飞机设计制造这一高技术领域的最新趋势和最高水平。

上海飞机制造厂自95年签定合同为波音公司转包生产波音737-700飞机水平安定面项目以来,按照波音公司的要求,结合工厂实际情况,借鉴并探索实施了无图(数字式)设计制造技术,取得了良好的阶段性成果.目前,上飞厂生产的首架波音737-700平尾已进入最后总装交付阶段,批量生产亦已展开。

以下分三个部分对此进行简单介绍和初步总结。

一.波音公司”无图设计制造技术”的有关背景介绍:

波音737-700飞机是在波音777飞机研制的基础上进行的,吸取了777无图设计的成功经验.设计和制造工作是在波音AUBURN,RENTON和WICHITA分部进行的.我国18名工程师参与设计,整个设计过程经历了一年时间.产品建模工作是在基于IBM主机的5080,5086图形终端上进行的,采用CATIA软件(4.1.3版),设计形成的CATIA数据库以三维实体(SOLID)模型为主,同时也储存了通常意义上的二维图纸,因此从某种程度来说,生产仍可按有”图”来组织,-即”无图设计,有图生产”,只是协调依据和图纸上需要补充的信息,取自三维模型。

采用无图设计的主要优点是为了提高协调精度,在产品设计和工装设计过程中都可以在计算机上实施数字化预装配(DIGITAL PRE-ASSEMBLY),提前发现和解决不协调现象;同时允许采用平行作业:产品设计,工装设计,数控编程,产品结构和材料清单,关键特征的确定均可在很大程度上平行开展,从而加快了项目研制进度,同时也可以提早发现实施中的问题,以便及时防止和纠正。

波音产品定义在形式上分为三大部分:产品数据集(DATASET),零件细目表(PL)和相关规范(SPEC).在波音内部已基本实现了所有以上三部分产品信息均可以在制造现场计算机工作站上即时调用和在数字化生产设备上经过某种转换处理后的直接使用,因此只有在某些特殊情况下才需要打印出图纸以供参考,这就是所谓的无图制造.由于所有的产品信息都是最新完整有效和经过协调的,所以极大地提高了生产效率。

在此基础上,波音公司自97年开始又在整个公司内部和主要供应商系统内开展了飞机构型定义与控制和制造资源管理(DCAC/MRM)的贯彻工作.它是在原有无图设计生产的基础上,通过采用新的飞机构型管理和生产工艺计划管理计算机系统,重组和简化设计生产流程,提高无图(数字化)设计生产的效率。

由于以上原因,包括平尾在内的整个737-700飞机结构大规模地采用整体数控加工成型技术,同时也使得大量的零件工装和装配工装组件也需要数控加工和检验,以提高大批量生产效率,保证产品精度;在装配工装安装和产品装配中使用数字量传递,大大减少了传统模线样板和协调标工的使用量,缩短了研制周期。

在向我厂传递直接产品定义时,波音公司不再提供工程底图或蓝图,而是总计提供了约600个工程数据集和约400个装配工装数据集,均采用8mm流式磁带介质传递,并规定了严格的恒温恒湿防磁保存条件和读取发放控制程序.但由于条件限制,零件细目表(PL)和相关规范(SEPC)目前仍以纸面(硬拷贝)方式提供和更新。

二.上飞厂在波音737-700平尾项目中实际应用”无图设计制造技术”的情况：

作为第一次承接波音公司复杂和高精尖的转包产品,且只有制造授权而没有设计授权的供应商,我们不可能也没有必要象波音公司本部那样实现100%的无图设计和制造.上飞厂决定采取”在满足波音公司对产品加工及装配过程特定要求的基础上,结合工厂实际情况,循序渐进,随项目进展实施逐步推进提高”的方针,坚持”工程/工装图纸只作为工作参考,所有用于产品/工装制造/检验/协调的实际信息必须取自和最终追朔于工程数据集”的原则,大规模地采用数字量传递和数控加工/检测技术,同时在工程设计许可范围内采用数字化和传统的模拟量传递相结合的方法以及常规加工检验方法。

1.软硬件设备设施准备：
A)新购14台基于CATIA系统的RS6000工作站和相应的工程绘图仪用于储存工程数据集和工装数据集(即产品原始定义),进行计算机辅助工装二次设计,并在这些工作站上对需数控加工的零件进行数控编程；

B)改造1台大型数控平板绘图机用于输出模线；

C)新购6台HAAS三坐标加工机床,3台JOB五坐标数控加工中心,2台CINCINNATI五坐 标数控加工中心,加上原有的的2台5A3P三轴五坐标数控龙门铣等,专门用于数控加工本体零件和数控加工工装；

D)新购和改造5台CMM三坐标测量机用于本体零件和工装的数字化检测；

E)新购2台计算机辅助经纬仪CAT和2台激光跟踪仪LASER TRACKER用于工装型架数字化装配/检验,工装周期检测和大型复杂零件的测量检验；

F)建立基于内部局域网的,由各职能部门和生产车间PC机所构成的技术/生产信息管理系统。

2.人员培训：

自95年起,上飞厂技术/生产负责人带队先后对波音公司进行了多次考察学习,并派出6个批次的几十名技术生产骨干赴波音公司参加CATIA设计/制造/检验,工装设计,特种工艺,零件制造,装配等专门培训,获得各级各类资格证书,形成了我厂波音平尾项目实施无图设计制造的基本队伍.波音公司也通过派专家来厂和常驻代表不断协助培训;通过IBM公司,LEICA公司等设备供应商的专门培训以及内部培训,使全厂从事波音项目的技术人员基本上掌握了有关计算机系统和数字式设备的操作。

3.波音公司对上飞厂无图设计制造能力的认证过程：

经过上述的设备设施改造及人员培训,在波音专家的帮助下编制和实施了大量用于管理无图设计制造技术流程的部门和公司级程序,并在首架波音平尾的技术准备,生产准备,加工和装配过程进行了全面贯彻,获得了如下的波音公司认证证书并基本形成体系：

A)1996年4月19日获得波音公司D1-9000供应商质量保证体系认证批准,1998年10月12日获得D1-9000A版供应商先进质量保证体系认证批准；

B)1996年6月14日获得波音公司4017-1/2 CAD/CAM/CAI应用能力合格供应商认证批准；

C)1997年8月20日获得波音公司4017-3计算机辅助经纬仪CAT应用能力合格供应商认证批准；

D)1998年3月24日获得波音公司4017-5激光跟踪仪LASER TRACKER应用能力合格供应商认证批准。

4.建立了完整可靠的数字式产品定义在零件加工/工装设计/工装制造/产品装配中的信息流传递流程控制系统,所有的产品数据集均由计算机中心控制发放更新,保证了产品的完整性和准确性。

5.进行了对波音提供的装配工装数据集的计算机辅助二次设计近百项并获得波音公司批准,同时进行了部分复杂零件工装的计算机辅助工装设计,从而较大幅度地提高了工装固有精度。

6.完成了以16根梁缘条和84只整体肋为代表的波音平尾全机230多个需数控加工零件的编程和加工,并进行了计算机辅助工艺设计(CAPP)的尝试,以优化工艺流程,提高生产效率;同时对以数控加工夹具和钣金成形工装为代表的零件工装和以型架卡板/协调样件为主的装配工装零件进行大规模的数控加工和检测,为数近八百项(件),从而保证了零件精度和产品/工装协调性。

7.在装配工装的安装过程中,首次使用计算机辅助经纬仪CAT和激光跟踪仪LASER TRACKER进行数字化协调安装检测,所有安装和检测数据均直接传递自工程数据集和工装数据集,从而改进原先以工作平台划线定位安装卡板/钻模板的传统工艺方法,极大地提高了型架安装精度并缩短了型架安装周期。

8.在对产品的数字化检测中,所有用于产品检验的模线均由大型数控平板绘图机直接绘制并严格保存;在编制几百份数控加工零件和工装的测量计划的基础上,完成了对首架零件和工装的CMM三坐标数控测量机和激光跟踪仪LASER TRACKER测量,积累了对复杂零件/工装型面采点测量的经验。

9.由于采用数字化协调方式,给装配线至少带来以下几点好处：

A)零件与工装的协调/定位孔均由数控加工,不但保证了零组件之间的装配协调关系,也保证了工装之间的协调定位关系,从而提高了产品的互换性和可替代性。

B)大量减少了标工的使用,整个波音平尾项目波音公司仅提供了用于平尾与机身交点对接的(德州星)一副标工作为协调工作交接面的依据。

C)在首架装配过程中,产品与装配工装不协调的现象相比原麦道项目大幅度下降,大大缩短了首架装配周期。

10.为适应无图设计生产方式和大批量,高速率交付的合同要求而建立的计算机管理系统正逐步完善并开始发挥作用,包括厂内计算机局域连网系统,MASTER SCHEDULE主进度计划系统,产品结构和构型树IBOM/SSPL管理系统,OTS零件生产指令跟踪系统等已开始运行。

11.利用数字化加工和检测设备,上飞厂在波音平尾项目试行了AQS(先进质量系统)的贯彻工作,利用SPC(统计工艺控制),HVC(硬件差异控制)等技术以提高工装和本体零件的质量稳定性。

三.无图(数字化)设计/制造对提高设计/制造及管理能力的作用及前景：

1.波音737-700平尾项目应用无图设计制造技术的基本经验,意义及其作用：

1)通过波音平尾项目的实践,我们基本摸清了无图设计制造技术的原理和方法,配备了较为完备的设备力量,初步建立了一套比较完整的适合于飞机生产厂的无图生产流程保证体系,形成了一支开始适应数字化生产的技术和管理队伍。

2)通过开展无图(数字化)设计生产,使企业领导和管理者树立了新的航空产品生产研制模式的概念;技术人员掌握了这种先进的技术方法,提高了工作效率;工人师傅们在克服了前期畏难情绪后,看到了采用无图(数字化)技术带来生产效率提高的好处.这种意识的建立和提高无疑是十分宝贵的。

3)应当看到,先进的无图设计制造方式对于缩短工程项目的研制周期,提高产品质量,减少返工和报废现象,更好地满足客户要求是极大好处的.据波音公司专家介绍,波音为了爬上这个台阶整整花了十年的努力,而要求我们只用三年时间在制造领域也达到这样的高度,难度是十分大的。

2.对下一步推进无图设计制造技术的设想：

1)围绕无图生产方式的核心-提高数控加工和检测效率继续开展攻关,以适应未来大批量,高速率交付的需要。

2)结合CMIS工程,真正实现产品信息在全厂技术/生产/管理系统的无缝流动和有效利用。

3)推进飞机构型定义与控制和制造资源管理DCAC/MRM的贯彻,实现从INTERNET国际互联网上实时下载波音公司专门站点提供的有关技术数据,提高无图生产的效率。

3.对应用无图(数字化)设计制造技术以提高设计/制造/管理水平的几点想法：

1)无图(数字化)设计制造技术是一系列先进设计/制造/管理方式和具体实现技术的有机组合和完整体系,而不是简单的数控加工;从本质上来这说是一个深刻的管理变革,而不仅仅是某种新计算机技术的应用;实际上它更强调人的因素在计算机管理中的决定性作用。

2)无图(数字化)设计制造技术对企业的技术生产管理体系,对技术.制造和管理人员的素质提出了全新的更高的要求,因此必须从根本上变革现有的管理方式,推行以产品为核心的相对集中的团队式管理, 而不是以职能为核心的传统管理方式;如果设计/制造/管理的意识和手段不能跟上,仍然沿袭原有一套管理方法的话,无图生产这种先进的方式反而会成为阻碍高科技项目实施的不利因素,形成项目瓶颈,拖延项目进度。

3)拥有无图(数字化)设计/制造能力是未来高素质航空工业企业生存的必要条件,必须从现在开始通过与国外先进航空企业的工业合作,跟踪和掌握消化其先进技术和管理经验,真正为我所用,以全面提升我国航空企业的竞争能力。