软件推进设计制造一体化

寂静天花板

在以往飞机研制中，或许听过“制造无法满足设计的要求”、“设计发出的图纸无法制造”等类似这样的“埋怨”。飞机先设计、后制造，看似理所应当的流程，为什么会出现这种“互不买账”的情况？这是因为传统飞机研制因为软件功能的限制，而采用设计、制造分离的串行研制模式，设计主要负责飞机产品的工程定义，制造则负责工艺设计、工装设计、生产制造以及采购、质量检验等环节。这种研制模式带来的弊端就是：设计制造返工、更改贯彻困难、研制周期拖长等，这些问题制约着我国飞机研制的发展。
- V% U/ W$ O; x% \在当今外部竞争、客户需求的牵引和影响下，飞机产品全研制链的组织变革在积极推进。中航飞机研发中心试图寻找一种新的研制模式，能有效实现设计、制造的并行开展，缩短研制流程，提高产品质量。而设计制造一体化的发展从源头解决了上述问题。飞机设计制造一体化是伴随全三维设计、MBD 技术、模块化设计、关联设计、并行设计、协同设计、仿真验证技术、全面构型管理等单点研制技术全面进步之后的一个新阶段，是对这些技术的大集成，它将打破当前厂所分离的状态，成为飞机数字化设计制造发展的趋势和潮流。
& P6 x% c9 p1 n- p% i$ J  F3 s为确保型号研制成功、推进型号研制能力跨越提升，中航飞机研发中心正在联合西安飞机分公司在“新舟”700等多个型号中推广应用设计制造一体化研发模式，它包含了一体化的组织、一体化的产品设计研发、一体化的电子数据组织及技术状态管理、一体化的研制管控、一体化的供应链、一体化的运营服务和保障等多个方面，打破了传统厂所分离的“抛过墙”式研发形式，有效解决制造无法提前介入问题，支撑设计、制造工作并行开展，可大大缩短整个产品研制周期，提升核心竞争力。
& A6 y. u& z* A: R: d设计制造一体化需要搭建三个平台：关联设计平台、协同研制平台、仿真验证平台。简单地说设计师采用CATIA软件绘制出相应的产品三维模型，再采用DELMIA仿真验证平台进行装配关系、生产过程的虚拟仿真，再采用ENOVIA协同平台进行数据发放，之后制造车间根据三维数据开展相应的生产活动，这个设计—仿真—发放—制造的过程似乎用短短的一句话就能表达。
& Y% R$ p/ ]3 E( }# k$ o然而，要顺利实现这一流程的运行，涉及数据属性的定义、数据的自动传递与更新、各类BOM传递与重构、业务流程的梳理与定制、平台之间数据的输入输出、服务器的负载均衡、数据库的同步与更新、电子仓库的构建……其复杂程度不可小觑。
1 ^& G1 _& X8 g* x$ F对此，研发中心首先在最基础、也是最重要的一体化平台架构中大胆创新，首次尝试采用的“单数据库、多应用、跨异地网络”的集群式架构。从方案设计、小范围实施验证，到后期研发中心和西安飞机分公司的全面协同部署，设计制造一体化团队联合相关人员开展了多轮次讨论、协商、风险评估、保密论证，方案更新迭代了一轮又一轮，只为能够搭建出一个稳固的、合理的、高效的一体化平台。
9 h+ \) e/ e3 K; w3 B设计制造一体化作为最新的研制模式和各项成熟的单点技术的综合应用，在研发中心型号研制史上已有了发展的基础。大运研制成功构建了跨地域、跨企业的并行协同研制平台，形成了国内第一个基于全三维技术和多厂所联合研制模式的新型飞机研制标准规范体系，打通了设计制造一体化发展道路。在总结前期经验、后续工程应用过程中，研发与制造合力构建的设计制造一体化体系呈现出了诸多特点。
在统一平台方面，构建了以设计制造一体化为核心、全球供应商协同的统一平台，满足全球化IPT团队之间的多层次、多方位业务协同需求，支持研制全周期的数字化连续工程和全生命周期的管理。
9 D) `! k$ C" P  `- m实现了真正意义的唯一数据源，解决了过去数据的冗余存储、不一致，以及数据重构、多平台数据传输与对接不连贯等突出问题，确保工程数据的状态在设计、工艺、制造、检验等环节都是唯一状态，理论上完全规避了数据状态不一致的问题。
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在数字化、信息化发展基础上建立的设计制造一体化环境，为以往型号研制中遇到的“老大难”问题提供了破解之道，保证了设计与工艺、制造管理数据的一致性，确保了设计更改与制造更改贯彻的有效关联性、可追溯性及符合性。这也在很大程度上解决了全三维工艺设计和工艺过程仿真无体系、模块化设计与制造差距较大、供应商发图缺乏统一模式和规范、缺乏工装构型管理等一系列问题。
# E+ G& `) q) V+ J. A3 J2015年底，“新舟”700飞机翼身组合体试验件成功下架，作为“新舟”700项目研制在工程发展阶段取得的重要成果，这一成绩正是设计制造一体化发挥效用的直接体现。
# }) x* \- O! f翼身组合体试验件研制的过程是对设计制造一体化实现工程应用的关键验证。在“一体化”模式下，设计、制造联合工作团队依托关联设计和协同研制平台，从设计初期开始就同步工作，确保了从原材料采购、工艺准备、工装设计、零件制造、组件装配、部件装配到总装、产品交付流程的顺利推进，整个过程一气呵成，显著减少了重复性工作，大大缩短了翼身组合体的设计制造周期，节省了时间及成本。
, _& W, E+ ^! h7 k攻关的岁月里，研发中心结构专业利用VPM、DCE等多个并行协同研制平台，推进飞机结构的创新设计、三维关联设计及设计制造协同。同时，工艺部门通过平台随时掌握型号的设计动态，设计部门则通过平台开展了各专业间协调，及时了解工艺部门的反馈信息，并进行设计改进。
# k! L& Z) F- @. X, u设计制造一体化不是指设计或制造的单一结构发展，其本质是需要双方共同推动的技术进步和业务层面的变革。
2013年11月，“新舟”700飞机正式立项。为尽快实现项目成功，在中航飞机统一指挥下，集合设计、生产制造等力量的“新舟”700项目和信息化领导小组、工作小组加大协同力度，突破技术架构、业务模式、运行模式等技术和管理的瓶颈，为形成以“新舟”700飞机为牵引的设计制造一体化研制模式打下了基础。
依托设计和制造强有力的信息化工作团队和关键业务协同工作团队，设计制造一体化体系构建和工程研制取得了显著进展。多专业关联设计平台、仿真验证和装配指令设计平台、DCE2.0工程管理平台成功构建，依托平台承载的设计制造一体化业务，已经在“新舟”700飞机研制中进入全面试运行阶段，实现了面向制造的模块定义和基于模块成熟度和工艺预分工的工艺审查，第一次把成熟度定义完整地贯彻到了研制过程中。
: [$ O4 I) O6 D9 w同时，构建了基于制造分工的工艺顶层规划，开展了制造装配站位的定义和厂级交付规范的定义。依据成熟度数模，开展大部段装配工艺设计与仿真。此外，借鉴波音、空客的先进经验，结合“新舟”700研制特点，第一次提出了设计与构型解耦的构型管理体系并延伸到制造构型控制，从而达到设计制造“一致性”的构型控制目的。
“不到型号成功的那一天，就不能说是成功。”项目负责人说道。奔着这个目标，中航飞机研发中心推进设计制造一体化的路径也更加明晰。
1 g- b, H" w: n( i未来中航飞机将以信息技术为支撑，将MBD技术、模块化技术、多专业关联设计技术、并行协同技术、技术状态控制技术、面向装配的工艺规划设计等关键技术从单方面应用转变为全面应用，并不断提升应用的深度和广度。同时，以验证项目和型号应用为牵引，形成一批先进的技术方案、应用规范和标准、关键技术攻关成果，争取形成设计制造一体化领域的基础标准及技术状态、质量管理体系。最终形成包括技术、手段、工具、方法等在内的基础性平台化成果，支持未来多型号、系列化发展，逐步形成引领时代潮流的设计制造一体化经典。

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