飞机设计质量控制研究

飞机设计质量控制研究（精选3篇）

飞机设计质量控制研究 篇1

飞机研制过程具有设计制造难度大、协作面广、设计更改频繁、管理困难的特点。统计数据表明, 飞机设计阶段花费的投资占到总投资的15%, 但是它对后续环节85%的经费起到了决定性的作用, 因此, 提高飞机设计阶段的设计质量, 减少设计更改、错误和返工, 是提高飞机研制质量、缩短飞机研制周期和降低成本的有效方法。

大数据时代的到来使数据处理转变为一种基础资源。在飞机设计生产过程中, 通过采集大量数据信息, 经过整理形成各种数据库。这些数据通过处理反馈给各个阶段的设计者, 从而向设计者提供设计支持。通过大数据采集、挖掘、分析等工作为飞机设计提供有效依据。

1 大数据与飞机设计

1.1 大数据概念、特点

大数据的直接概念就是一个体量特别大、数据类别特别多的数据。大数据的特点为:1数据量规模一般为10 TB, 甚至已经形成PB级;2数据类别多, 数据来自多种数据源, 数据种类和格式丰富;3数据处理速度快;4数据真实性高, 以事实为依据。

1.2 飞机设计的阶段

飞机的设计包括概念设计、初步设计和详细设计三个阶段。

飞机的概念设计阶段主要解决飞机的构型布局、性能、参数以及重量方面的问题。利用已有的工艺文件、生产设备和成熟的生产经验为设计提供有效的制造支持, 缩短生产准备和制造周期, 降低生产成本。同时, 设计人员对新材料、新结构和新制造技术进行充分的预研和工艺试验, 在制造中反复试验, 形成大量的制造试验数据, 充分验证后再实施。

飞机的初步设计阶段, 设计师重点解决飞机技术协调和部件的优化问题;确定合理的工艺分离面, 保证部件之间的良好的装配工艺性、可制造性和结构工艺性。对于这些需求, 制造质量数据库可以提供历史生产过程中的机构工艺性实例, 供设计者参考, 避免因设计失误而造成工艺问题。

飞机的详细设计阶段是形成零部件具体设计参数的过程。结构性能可制造性要求主要从结构工艺性、零件可装配性两个方面来满足。对于设计参数的确定, 则需要考虑制造设备的详细信息, 全面了解设备的加工精度、加工能力、使用状态等, 从而合理地确定公差等级、配合精度和表面粗糙度等。同时, 积累了工艺、检验、材料加工、人员等制造资源数据, 有利于提高设计质量。

1.3 飞机设计过程中数据的处理

在大数据时代, 将大数据时代的特点与飞机研制过程相结合。在设计阶段有效地收集、分析、挖掘相关数据, 对于提高飞机研制质量、缩短飞机研制周期和降低成本具有重要意义。

1.3.1 飞机设计阶段的大数据收集

飞机研制阶段数据的收集是指利用多个数据库来接收设计制造阶段大量数据、参数、图表等信息, 对这些数据进行简单的查询和处理。该类数据的一个重要特点就是多样性, 数据的来源极为复杂、广泛, 可以把大量的无序的、不规则的、不同类型的数据集成在一起, 例如重量信息、应力分析数据、飞机外形模型和产品结构树等信息, 甚至各类文档信息, 这些信息形成大数据库, 如图1所示。

1.3.2 飞机设计阶段数据的分析

飞机设计数据分析是整个大数据处理流程的核心, 大数据的价值产生于分析过程。根据不同应用的需求, 可以从这些数据中选择全部或部分进行分析。

从内容上说, 大数据的分析分为技术和方法两个种类。从技术上讲, 主要是分布式数据分析和非结构化数据分析处理等。从方法上讲, 主要是利用常用的数理统计方法来进行数据分析。在数据分析过程中, 不仅需要计算机进行自动化分析, 更需要人工进行数据选择和参数设定。

1.3.3 飞机研制阶段数据的挖掘

数据的挖掘主要是在现有数据上进行基于各种算法的计算, 从而达到预测的目的, 提取一些高级别的数据。该过程的特点和挑战主要是用于挖掘的算法的选择, 涉及的数据量和计算量都很大。

2 大数据时代飞机研制新的输出模式

2.1 重心位置优化实例

以分析飞机质量特性为例, 如何确定重心在设计位置, 进而优化质量属性, 大量的数据管理与分析非常困难。传统的计算与管理已经不能满足设计技术要求。在大数据时代, 可以采取图2中的方法集成数据提取并优化重心位置。

将所有飞机研制过程中的材料属性、结构属性和三维图尺寸属性等资料集成到计算机内形成大数据库。标定理想重心位置, 通过必要的计算机算法筛选、提取数据, 通过优化材料、结构、尺寸等方法得出具体的更改方案。对于部分不能变更的结构零件, 可以在数据库中对其属性进行定义, 运算时可以不作更改。

2.2 数据优化流程

如图3所示, 大数据库系统是单独存在的数据集成系统, 它可以依附于历史文件、收集的数据和结构数据等, 根据研发阶段的设计过程控制、技术要求和指令控制要求输出合适的设计数据流结果, 为飞机的研制过程提供依据。

2.3 飞机设计阶段质量控制流程

采用同样的分析方式建立设计阶段质量控制流程图, 如图4所示。

引入大数据的概念来提升飞机设计质量, 在概念设计阶段, 输入条件为对新工艺、新材料、新技术和关键参数等进行收集, 形成概念设计阶段大数据库。同时, 概念设计阶段相应设计要求、设计准则、评估现有技术水平为输出条件, 从而为概念设计阶段输出主要部件三维模型和结构试验大纲提供依据。

在初步设计阶段, 概念设计阶段数据、飞机结构数据、新材料数据、工艺性数据和车间加工能力数据形成初步设计阶段大数据库系统。以减重目标、设计标准和技术要求为输出条件, 从而为初步设计阶段的输出结构技术方案和详细的总体布局图提供依据。

在详细设计阶段, 初步设计阶段得出的数据、检验信息数据、零部件工艺性数据、设计禁忌和装配数据形成详细设计阶段大数据库系统。以强度要求、载荷要求和技术要求等为输出条件, 从而为详细设计阶段输出产品模型与技术图文提供依据。

通过对大数据库进行有效的集成和输出设定, 形成有效数据输出, 同时为下一阶段的研制提供数据或理论支撑。该方法能够明确地表明, 结合计算机的大数据挖掘方法要求对飞机设计的过程进行改善, 能够提高设计阶段飞机设计质量。

3结束语

计算机技术引领的大数据时代的发展, 必然会对飞机设计制造过程形成重要革新。通过有效的采集飞机研制数据信息, 并进行必要的分析, 识别作为飞机设计阶段的重要输入, 对提高飞机研制质量、缩短研制周期、降低研制经费有重要意义。但目前, 航空工业对大数据的收集、分析及算法没有形成有效的集成, 未来大数据的处理方式必然会引领航空工业发展。

摘要：讨论了飞机研制的流程、大数据的概念与特点。结合计算机技术的发展, 提出了在大数据时代下, 通过采集大量数据、参数、图表等不规则信息, 经过筛选、分类、整理和数据处理, 形成设计过程数据、设计资源数据、实验环境数据等大数据库。利用大数据库系统数据分析技术对需要的信息进行挖掘, 数据的挖掘主要是在现有数据上进行基于各种算法的计算, 从而达到预测的目的, 确定飞机设计阶段的重要参数和关键参数, 有效减少设计更改, 提高设计与制造的相符性, 优化研制阶段的质量。

关键词：大数据,飞机研制,质量控制,数据分析

参考文献

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飞机设计质量控制研究 篇2

飞机概念设计阶段的控制权限评估

所有的飞机都必须满足可控性要求.军用飞机还有额外的.机动性要求,飞机满足这些要求的能力受到其控制权限的限制.因此,在概念设计阶段的早期对候选方案的控制权限进行评估是必须的.本文给出一组简单的方法,使得设计者在对概念进行深化研究和开展详细的控制系统设计之前能够对其控制权限进行近似的评估.

作 者：张勇 ZHANG Yong 作者单位：沈阳飞机设计研究所,辽宁,沈阳,110035刊 名：飞机设计英文刊名：AIRCRAFT DESIGN年，卷(期)：200828(5)分类号：V221+.8关键词：控制能力 控制权限 概念设计 飞机 评估

飞机设计质量控制研究 篇3

我国飞机研制企业总体上仍采用传统的串行封闭式设计与制造模式[1],设计人员往往对制造的工艺性和生产制造能力缺乏足够的认识,容易片面追求过高的技术要求,造成设计与制造相脱节,降低飞机设计的质量。

在以往的研究中,制造质量知识在多被用作质量控制和辅助工艺设计[2],很少向更高层次的设计阶段反馈。实际上,这些知识包含的价值远不止此,它们经过分析和处理,可以向更高一层的设计阶段反馈,从而来辅助产品设计的全过程,避免设计初期与制造的脱节,提高设计质量。

本文从飞机设计和制造过程开展研究,探讨制造质量知识对飞机设计过程支持的原理,分析设计过程对制造质量知识的需求,建立支持飞机设计过程的制造质量知识模型。为飞机设计与制造的融合打下理论基础。

1 制造质量知识对产品设计的支持

1.1 制造质量知识及其对产品设计的支持原理

在制造过程中产生的与制造质量相关的或与能够对产品制造质量产生影响的有用知识的集合,统称为制造质量知识。制造在将设计转化成产品的同时,产生了大量的制造质量知识。从存在的形式上来分,制造质量知识可分为显性知识和隐形知识。其中,显性制造质量知识是指以实体存在的知识,它包括制造过程相关知识,例如工艺参数、检验数据、加工方法等,也包括设备、人员、材料等制造资源知识,还有与制造环境相关的质量知识。隐性制造质量知识则是指存在于工艺人员和制造人员的脑海中的经验、诀窍等。

图1描述了制造质量知识对设计过程的支持原理。设计活动包括概念设计、初步设计、详细设计三个阶段。在制造阶段中产生的大量数据、参数、图表等信息,经过筛选、分类、整理和数据处理,形成制造质量知识。建立制造质量知识库,存储制造过程知识、制造资源知识、制造环境知识、制造经验等其它制造质量知识。这些制造质量知识将依照设计者的需求,可以直接或通过必要的处理过程间接地反馈给个阶段的设计者,从而向各个设计阶段提供制造支持。

1.2 制造质量知识粒度的转化

为满足不同设计阶段对制造质量知识不同层次的需求,将引入制造质量知识粒度的概念,来表示对原始制造质量知识加工处理的程度。直接从制造一线采集的原始制造质量知识,称为粗糙知识。经过知识提取和处理过的知识,称为精细知识。如图2(a)所示,结合设计对制造的需求,对采集的原始参数、图表、数据等信息,采用归纳、统计分析、图表处理、模糊算法、遗传算法、神经网络等方法,进行知识的抽取和提炼,实现制造质量知识粒度的逐步“细化”。知识经过“加工处理”的过程越复杂,知识的精细程度越高。

由于制造质量知识细化的程度面向设计的各个阶段的需求,经过处理的制造质量知识根据所支持的设计阶段而不同而呈现出不同的粒度。相同知识粒度的制造质量知识集合起来,使得知识库中的知识展现出不同的层次,如图2(b)所示的“金字塔”模型。随着设计阶段的层次提前,所需的制造质量知识处理程度越高,处理过程越复杂,粒度越细;越接近制造阶段,所需制造质量知识相对来说比较粗放,处理过程比较简单。

制造质量知识对设计阶段支持的层次性,使得制造质量知识对各阶段知识支持的更有针对性,提高了制造质量知识的质量和效率,有利于产品设计者快速准确得查询到所需的制造质量知识。

2 飞机设计过程的制造质量知识需求分析

2.1 飞机的设计过程

飞机设计过程主要包括概念设计、初步设计和详细设计[3],各个设计阶段的主要任务如图3所示。

飞机概念设计阶段,设计人员主要解决飞机的构形布局、参数、重量以及性能方面的问题。并考虑关键技术的风险和新材料、新技术、新工艺等应用计划等;飞机初步设计阶段,逐步建立全机三维模型,进行结构间的协调和关键技术攻关。各部件的设计师开始进行部件结构的打样设计。初步设计的最终目的是为详细设计,即所谓全尺寸研制做好准备;飞机详细设计阶段,各部件将分解成零构件,如机翼就被分解成各个翼肋、翼梁和蒙皮,然后分别进行设计和分析。详细设计的后期,工艺部门将介入进行工艺设计。

2.2 飞机设计各阶段对制造质量知识的需求

设计对制造质量知识的需求的目的主要是提高设计产品的可制造性。其中,设计产品的工艺性水平、制造资源的约束、制造技术水平限制是影响产品可制造性的重要影响因素。设计者若能充分考虑这些方面的制造质量知识,则能保证产品设计的质量目标在制造过程中顺利实现,达到设计与制造目标的一致,从而提高了设计质量。

在飞机概念设计阶段,对结构布局设计时,往往需要考虑结构的继承性[4],这也是结构工艺性重要方面之一。而飞机结构的继承性又依赖于已有的制造质量知识,利用现有的工艺文件、工艺装备和成熟的生产经验可以对设计提供有效的制造支持。缩短了生产准备和制造周期、降低了生产成本;设计人员对于新材料、新结构和新制造技术的采用比较慎重。要以充分的预研和工艺试验为基础,应先局部试用于已成批生产的飞机,在制造中反复检验,基于大量的制造试验数据作出分析,规避风险,再逐步稳妥地扩大应用范围。

在飞机初步设计阶段,设计师着重解决飞机整体结构协调和部件的优化问题。合理地确定工艺分离面,保证部件之间的良好的装配工艺性,提高结构的整体性,是飞机具有良好的可制造性的基础。对部件的设计,应确保其有良好的结构工艺性。对于这些需求,制造质量知识库可以提供历史制造中的结构工艺性实例,给予设计者参考,避免因设计失误而造成的工艺性差或出现制造瓶颈。此外,在此设计阶段,设计者应适当掌握现有车间的加工能力等制造资源约束信息,使得设计结果与制造水平相匹配。

在飞机详细设计阶段,是零部件具体设计参数形成的过程。与初步设计阶段类似,结构性能设计主要从零件可装配性、结构工艺性两个方面来满足可制造性的要求。对于设计参数的选择,则需要充分考虑设备的详细信息,全面了解设备的加工精度、加工能力、使用状态等,从而合理地确定公差、配合精度和表面粗糙度等。同时,与工艺设计相结合,对工艺、检验、材料加工、人员等制造资源信息的必要了解,也有利于设计者提高设计的质量。

3 支持飞机设计过程的制造质量知识IDEF0模型

飞机设计过程中,各阶段之间存在密切的输入输出关系。而制造质量知识对设计过程的支持也存在一定的交互和顺承。为了更好地描述制造质量知识对设计的支持,采用IDEF0方法建立了飞机设计过程与制造质量知识的供给模型。

图4所示的IDEF0图[5]用于表示制造质量知识对设计阶段的支持。

其中(A)是飞机设计的三个阶段;输入(I)是各个设计阶段的目标和方案计划,以及上一阶段的设计输出;输出(O)是该设计阶段的设计结果;控制(C)是设计阶段要遵循的设计规范、准则、要求、约束等;机制(M)是支持该设计阶段的制造质量知识。建立支持飞机设计过程的制造质量知识IDEF0模型,如图5所示。

在该模型中,根据飞机设计各个阶段的需求,将制造质量知识按照层次和粒度进行分类,形成特定的模块(机制)对各设计阶段提供制造支持。各支持模块之间不是孤立存在的,各个阶段同一类型的模块之间可能存在知识粒度的转换关系。模型清晰地表达了制造质量知识对飞机设计过程的支持。

4 结论

为了避免飞机设计与制造相脱节,造成设计的返工和制造资源的浪费,论文研究了制造质量知识对设计的支持。将以往飞机制造中产生的制造质量知识进行处理,有效地反馈给各个设计阶段的人员,从而辅助他们在设计的开始就考虑制造问题,提高设计质量。探讨了制造对设计的支持原理,提出了知识粒度转化模型。针对飞机各个设计阶段的任务进行了制造质量知识需求分析,最后建立了支持飞机设计过程的制造质量知识IDEF0模型,为以后的深入研究奠定了基础,具有一定的理论和实践意义。

参考文献

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