波音飞机的数字化研制是从20世纪80年代开始的,在零件、组件、部件的三维数字化设计验证上就花了五年时间。到了1990年起动波音777时已经有了大量的部件研制经验,形成了很多规范和部分标准。但当时的全三维设计还不是全数字化,所以在产品设计时也出现了很多问题。经过大量改进和改造,到了2004年研制波音787时,波音公司创造了全球协同环境系统(global collaboration environment,GCE),也创造了航空工业的新纪元。
波音777是世界上第一款不着陆连续飞行最远的客机,航程最远可以达到17 500千米。整架飞机上有1 800套计算机软件系统,波音777也因此被称为是一台会飞行的计算机。
波音777也是世界上第一个进行全产品三维数字化定义和建模的飞机,飞机上300万个零部件全是三维数字化产品定义的。这意味着什么呢?首先,是要编译出相关的数字化建模规范;其次,采用三维数字化的建模方法实现零件定义;最后,采用数字化预装配(digital pre-assembly,DPA)占当时整架飞机生产工作量的60%以上。数字化研制方法需要建立300多个IPT协同工作团队,才能在高速网络环境中进行从产品设计到工艺设计的快速研发与迭代,带来了显著的直接效益(图2),使得产品研制周期大量缩短,仅四年半就完成了波音777的研制。数字化技术的应用使得波音777直到目前为止仍然是该公司最盈利的产品。
飞机产品的信息量十分庞大,像20世纪90年代,飞机的设计工艺、制造工装、管理和质量控制相关的技术文件和资料就有几十吨重,所以飞机产品的数据管理和分析一直是个非常困扰的难题。为此,波音公司在1994年采用了产品数据管理(product data management,PDM)系统来进行产品数据管理,为后续机型787研制的GCE平台应用打下了良好的基础。(www.daowen.com)
图2 波音777数字化研制技术的直接效益
波音787则是航空领域全数字化的标志性产品。在研制波音787的时候有三大数字化技术的突破性应用:一是为了减少油耗和提高收益,波音787 50%的结构采用复合材料;二是为了提高效率,让产品研制部门达到高度协同,波音公司采用了全球协同环境系统(GCE),让所有与项目有关的数据宿驻于系统,这当中包含了波音公司DCACMRM项目的10年实践经验,可容纳5万多人在计算机上协同工作;三是为了让产品模型数据能够反映所有所需信息和生产无缝接轨,波音公司联合了全球16家公司推动美国机械工程师协会,耗费7年时间终于在2003年推出了基于MBD的标准(代码号ASMEY14.41),从而取消了二维图纸和传统的工艺卡片,取消了传统的纸质表单和纸制文件。波音787的三大数字化技术突破代表了当代行业革命性的变化。
洛克希德·马丁公司的战斗机F35,其流水线产量几乎是一天一架。这款飞机当时有30个国家60家公司参与研制,在一个原型机上同时发展出三种不同的机型——空军型、海军型、海军陆战队型,一机三型互换性达到80%,洛克希德·马丁公司一条生产线上就可以生产出三种机型。如果没有数字化技术,这是完全不可能实现的。而且,这套信息化应用技术体系为全数字化,由数据量传递代替了模拟量传递,目标是实现“零工装、无型架”。这套体系大幅地缩短了设计时间,降低了50%的设计成本,减少了50%的零件和远程维护、维修备件,仅这个结果来看,就是非常巨大的进步。
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