西安飞机设计研究所 PLM 应用简介

关键字：数字样机，虚拟装配，标准化，3D，CATIA，VPM。
内容提要：该文简单介绍了603所以及采用PLM手段设计的飞机全机数字样机，并简要地叙述了数字样机建立的工作过程和工作内容。
       西安飞机设计研究所（中国航空工业第603研究所）是我国唯一的大、中型，军、民用飞机设计研究所，是“孕育”中国“飞豹”的总设计师单位，是中国航空工业“有重大贡献单位”。
西安飞机设计研究所拥有飞机总体、气动、强度、结构、机械系统、特设系统、适航性、计算机、计量、情报资料等多个门类其全的设计研究室。现有在职职工两千多人，专业技术人员1500人以上，其中院士1人，研究员80人，高工400多人，工程师 800多人，形成了军、民机两支专业完整的设计队伍。
      目前，西安飞机设计研究所已经建成了大规模的计算机辅助设计、工程分析、试验仿真与产品数据管理应用系统，并和飞机制造单位西安飞机公司一起，实现了数字化设计、数字化制造之间的协同。仅西安飞机设计研究所就拥有各类计算机上千台，其中专用于设计绘图的图形工作站数百台，支撑网络为主干1000M，个人工作桌面为100M。
       西安飞机设计研究所在国内首次实现了飞机三维外形建模、3D设计、电子预装配、VPM产品数据管理最终形成全机3D数字样机的历史性突破。也是在国际上首次在飞机研制中使用CATIA V5软件，飞机全机数字样机的建立，标志着在飞机设计方面数字化设计已达到国际水平。
      西安飞机设计研究所在中国飞机研制中率先采用并行工程和数字化定义技术，实现了应用国际先进CAD软件CATIA V5进行三维外形建模，三维结构设计，数字化结构件和飞机系统件的预装配，在我国首次进行了飞机全机规模电子样机的设计。飞机全机电子样机的问世，标志着飞机设计水平已进入数字化设计阶段。实现了飞机设计手段与国际飞机设计手段的接轨，为我国航空行业由传统的飞机研制模式向飞机数字化设计制造的现代化飞机研制模式的转变作出了贡献。完成的全机结构和系统的数字样机，含五万多个零配件和四十多万个标准件，大大缩短了研制周期，提高了设计和制造质量，降低了研制风险和研制成本。这是我国航空史上的第一架全机数字样机，也是世界上第一架采用CATIA V5设计的电子样机。

西安飞机设计研究所在飞机数字化设计工作中完成的主要工作内容有：
1．根据飞机设计各专业的特点并考虑下游用户的需求，建立了包括总体、结构、系统等专业的建模规定。对三维数字化模型的基本要素、数据组织结构等进行明确和统一。该规定是世界上第一个基于CATIA V5的三维数字化模型定义规定，该规定对于规范三维数字化模型定义和电子样机的实现具有及其重要的意义。
2． 编写了不同飞机结构件的基于CATIA V5的建模手册，以提供给设计人员进行结构件的三维设计，规范设计过程，有利于在设计中优化设计方法，遵从设计为装配服务和设计为制造服务的约束和原则。
3． 对梁、框、肋等结构件进行参数化设计特征的分析、归纳和特征设计系统开发。建立设计特征的数字化表达和信息模型，开发在CATIA基础上的飞机结构件特征设计系统，建立了与CATIA V5集成的飞机结构件参数化特征库。
4． 搜集、归纳、提取飞机典型零件的产品信息，将其进行参数化定义，建立与CATIA V5软件集成的飞机典型零件库。世界上首家开发了GB、GJB、HB等标准件库，入库标准件达六万个。
5．在操纵系统、液压和冷气系统、飞控系统、动力系统、燃油系统、环控、救生、氧气系统、电气系统全面实施全三维设计工作。对飞机电气系统的产品数据定义工作，建立了与CATIA V5集成的改进型电气系统三维标准件库，提供电气系统设计工作。
6．采用动态过程、分区域（段）实施、自上而下，自下而上等方法在CATIA V5环境下实施三维数字化预装配，利用CATIA系统提供的4D浏览功能和模型几何干涉显示功能，检查干涉和配合情况。在飞机数字化设计过程中，实施数字化预装配工作。
7．在建立了全机数字样机后，为了加快研制和生产进度，实行并行工程，建立VPM系统和ENOVIA PORTAL软件的型号应用运行环境。对新设计的结构件实现了三维数字化传递与应用，西飞完成了数百个数控件的NC加工。共传递给工厂9大项结构新设计的组合件三维数模，利用此数模，工厂实现了所有新设计结构工装的三维数字化定义与制造，大大缩短了生产试制周期，为保证研制节点起到了决定性的作用。
8． 第一架飞机的制造成功，并成功的进行了首飞，全面验证了数字样机的正确性。研制周期按常规计算，设计为2.5年，采用三维设计和全机数字样机技术后，仅仅用一年的时间就完成了设计任务。缩短了60%设计周期；提高了设计质量，减少了40%设计反复；实现了工装的三维数字化定义，扩大了数控件数量和自动弯管，大大缩短了试制周期，提高了制造质量，减少了试制返工。其直接和间接的经济效益是巨大的。
9． 通过全数字化设计手段，全面保住了型号节点，培养了一大批信息化方面的管理专家和技术专家。如黄强所长获2001年全国十大杰出青年、中国航空一集团公司优秀领导干部，沈长河书记2001年获国防科技系统劳动模范，陈俊章总师获2001年航空金奖，唐长红型号总师获2002年省劳动模范。我所获2002年陕西省先进集体，2001年我所荣立航空CIMS集体功，在2001年“863十五周年成就展”上，多位首长和两院院士看了我所的数字样机之后，称赞道“这才是真正的高科技”。
       通过数字样机的设计工作，西安飞机设计研究所建立了一套卓有成效的设计、管理体系。通过全机的设计协调，逐步建立起了各种设计、管理规范，同时也培养了一大批在国内知名的飞机设计、管理人才。在所里的各种型号的研制过程中发挥了相当大的作用。也使得西安飞机设计研究所的科研水平有了极大地提高，为今后的发展打下了良好的基础。

作者简介：宁振波，男，1958年生，毕业于西北工业大学，现任西安飞机设计研究所计算机研究室研究员。