通用飞机复合材料构件数字化生产线研究

宋显义

摘 要：本文简要介绍了通用飞机复合材料构件数字化生产线的结构体系，主要包括飞机复合材料构件的产品数字化定义，工艺数字化设计，工装数字化设计，制造数字化和组织生产管理以及连通复合材料构件数字化生产线数据流等方面的设想。

关键词：复合材料；数字化；生产线；设计制造

中图分类号：TP391 文献标识码：A

复合材料的先进性体现在其具有强度和刚度高、性能优越、易于整体成形、疲劳抗性大，以及耐腐蚀性等诸多的优点，在飞机的复合材料的使用过程之中，我们可以知道，通过这一种复合材料所构成的构件远远要比其他的一般金属材料所构成的构件有着很大程度上的优点，能够很好地提升飞行的性能指标，在这些方面其他材料无法甚至难以达到。舉个例子，比如说波音777这一型号的飞机，为了使得这一型号的飞机在研究过程中适当地减少研究时间，并且能够有效地减少研究成本，这就需要我们在这一型号的飞机研究的过程中，使用我们本文所主要提到的复合材料。这一复合材料的研究以及使用，对于我们在飞机研究这一方面来说，有着十分重要的地位。这一复合材料的特殊之处，就在于我们能够利用这一复合材料而使得其他方面的制造技术以及数字化技术相辅相成，并且对于其他方面的集成也有着很大程度上的改善。

1.复合材料构件数字化生产线生产技术体系研究

1.1 什么是复合材料构件数字化

对于复合材料构建数字化的简单理解主要就是在我们产品设计的过程中，我们来进行产品检验的主要手段，这一手段主要就是以数据作为基础组成的结构。对于复合材料中所含有的数据来看，我们可以知道一个数据之中可以具有好几种不同的信息，正是这些不同的信息而组建成了不同的几何图形，从而使得我们可以绘制出多个不同的三维立体模型以及二维立体模型。对于这些我们同时构建出来的二维立体模型以及三维立体模型，他们之间既是独立开来的又是有着某种同一联系。

（1）定义复合材料构件的二维模型

首先对于复合材料之中，所构建出来的二维模型，我们可以知道二维模型主要就是由三维模型而生成的，对于复合材料的构建模型之中，二维模型也是不可或缺的存在。在复合材料构件的二维视图中，我们需要准确地知道关于这些复合材料所构建的模型的各个方面的信息条件，对于目前来说，二维模型在复合材料的构建之中依然还是主要依据，并且二维模型在招投标环节也是必不可少的。

（2）定义复合材料构件的三维模型

复合材料的铺层一般是指使用一些我们现有的已经设计掌握的数据信息，直接构建成三维模型，而这些构建而成的三维模型之中，我们使用零件的生成，从而使得这些铺层的表面以及工装内表面等等的形成。三维模型的作用在于为了在模型各个方面在进行分析过后，还能够进行设计组装，从而形成新的定位信息以及形状信息。

1.2 简述复合材料构件数字化生产体系

在复合材料的构件之中，我们需要是关于复合材料各个方面的数字化设计以及其他方面的设计而来进行。从而做到将精益生产理论和精益管理思想融合到整个生产技术体系中，实现制造数字化，检测数字化，工作并行化，工作流程化，质量控制化。

1.3 复合材料构件工装快速设计

工装的数字化设计主要包括的内容有很多方面，而其中最主要的方面就是工装的快速设计。对于复合材料的构件过程之中，为了能够更好地实现复合材料的快速设计，这就需要我们对于工装设计进行一定程度的研究设计。从而能够使得我们在复合材料的设计过程之中，装配组成新的组件。

1.4 复合材料构件工艺设计

结合各个方面的特点来综合比较来看，工艺设计模块主要基于CAPP系统，这是有利于帮助我们更好地进行复合材料的开发设计。而在CAPP系统之中，我们可以知道这一系统主要包括的内容有：产品结构管理，工艺设计审批，材料定额信息管理，系统配置工具，用户角色管理等。目前而言，我们还需要不断完善和丰富CAPP系统的功能模块。

2.复合材料构件制造数字化技术

复合材料构件的制造数字化技术包括复合材料激光投影，自动下料等各方面技术。

2.1 复合材料预浸料之数控下料

预浸料下料是复合材料构件生产过程中一个烦琐的工序，可以通过采用专门的自动剪裁机进行平面切割，实现自动下料。下料图的排版是优化材料利用率的主要因素，自动剪裁的预浸料下料比手工下料效率可提高3倍以上，节约原材料20%左右。这样的效率消除了手工下料样板，使得每层的纤维方向和形状更加准确，减少了铺放过程中的错误。

2.2 数字化生产线数据之间的传递

与传统生产方式相比，复合材料构件数字化生产线的区别在于对产品进行全面描述及数据传递采用数字量形式，使得复合材料设计、材料、工艺之间实现了一体化。生产线数据流主要包括设计软件与分析软件之间的数据传递，设计与制造系统的数据传递，设计与工艺之间的数据传递，产品设计与工装设计间的数据传递等。

（1）设计与工艺之间的数据传递

设计部门将产品设计数据包括二维图纸，技术文件等发放给工艺部门，包含了产品结构信息、零组件的几何信息、材料和铺层信息。工艺人员进行分解和转换变成指导生产的制造指令工艺文件，并进行材料定额等信息的统计汇总，将数据传给供应采购，库房物流，计划调度等相关单位，以实现生产的顺利进行。

（2）工艺与生产现场的数据传递

工艺通过对产品数模等数据进行分解和转换，将铺层展开图，激光投影数据，下料数据，纤维铺放数据，技术文档等相关数据传递到生产现场。

2.3 激光投影系统应用

区别于传统的铺叠样板，CATIA作为复合材料设计/制造的专用软件，其可以自动将立体的复合材料的设计数据与投影数据相互转换，从而形成新的设计产品。在新设计出来的产品之中，我们可以通过对于激光的控制，从而做到对于新产品的表面的控制。因此，我们就可以通过操作新模具的表面激光，从而可以准确地得到模具的位置信息。

2.4 复合材料构件制造过程数据管理系统的功能

复合材料构件制造过程数据管理系统主要实现的功能包括：生产计划调度管理，物料配送管理，零件跟踪，仓储管理，人员管理，权限管理，岗位管理和统计管理，可接入ERP系统和CAPP系统。该系统是实现生产协同，信息共享和精益管理的手段。

结语

对于飞机的复合材料所组成的构件之中，我们可以知道这一数字化的生产线研究包含了很多方面的内容，其中包含数字化设计、数字化制造、数字化检测、数字化生产线集成技术5个部分，复合材料行业急需制定飞机复合材料构件数字化生产线的总体建设方案，选定方向，在这些条件之上，我们还应该结合国外的关于飞机的复合材料构件方面的知识内容，由此而做到将这一复合材料的构件的各个方面的设计都能够达到一定的标准。这样，我们对于其他实验研究的工作开展能够有着一定范围的帮助，由此而能够使得其他各个方面的实验研究能够更好地开展起来。

参考文献

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