飞机零部件数字化检测技术研究

发布时间：2018-01-29 作者：高凯孙炜盛小银来源：e-works

关键字：飞机零部件三维模型检测技术

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近年来，随着国内新研项目在飞行速度、隐身、机动性等技术战斗指标上的不断提高，飞机自身的结构呈现出明显的整体化、轻量化、紧凑化和精密化的趋势，具有复杂结构与型面特征的航空结构件开始被大量采用，航空结构件的精度要求也日益提升，装配的要求也逐渐提高。

引言

近年来，随着国内新研项目在飞行速度、隐身、机动性等技术战斗指标上的不断提高，飞机自身的结构呈现出明显的整体化、轻量化、紧凑化和精密化的趋势，具有复杂结构与型面特征的航空结构件开始被大量采用，航空结构件的精度要求也日益提升，装配的要求也逐渐提高。与此相适应，基于MBD的三维模型检测技术已成为飞机结构设计与制造信息表达的主要载体，更具高效、精密性的数控加工技术也日益提升。

十二五期间，国内制造领域在全三维数字化检验技术研究与应用方面的工作已经开始起步，并进入快速发展进程。

近年来，为跟上数字化设计与制造技术快速发展的步伐，包括公司在内的国内制造企业纷纷下大力气加快了数字化检测技术应用的推进：一方面，引进并采用了一批先进的数字化测量技术和测量仪器（如坐标测量机、激光跟踪仪、照相测量系统等），另一方面，则在全三维设计与制造技术的倒逼下，开始启动由传统二维检验模式向三维数字化检验模式的转化。

与此同时，一些大专院校、科研院所和制造企业展开了基于三维模型的检验规划、基于三维模型的测量误差分析等方面的探索与研究工作，初步形成了三维数字化检验的技术应用环境。鉴于以上情况分析，加快全三维数字化检验技术应用的需求已十分急迫，前期的试点、探索也为今后开展全三维数字化检验规划与应用积累了一定的经验。

1、MBD的数字化检测管理

基于统一的信息管理平台，从产品设计阶段的产品设计模型、检验规划、脱机编程、测量信息、测量设备、测量人员、测量数据报告等全部纳入系统进行统一闭环管理，实现了产品从设计、生产加工、装配、改进全过程的产品质量生命周期的控制监测。通过系统的自动分析，对有问题产品及时报警和预防，进行产品改进指导，降低废品率，缩短制造周期。

1.1检测数据的数字化采集

从检验工作的实际操作过程开始，改变目前手工填写检测单据现状、录入实测数据，数据只停留在纸面上的原始作业模式。利用数字化检测终端，通过协议转换和接口技术，读取数字化检测设备的数字通信接口。同时，针对现行的传统的非数字化设备，设计考虑手工输入数据的方法，使检测过程直接生成可存储和可进行统计分析的电子数据，通过网络技术实现数据的集中存储并成为可重复利用的信息资源。在采集过程中，同时采集各环节检测工位、人员和设备的身份信息，以实现检测工作的可追溯性。

1.2MBD三维数模解析

实现系统对CATIA数模快速自动解析，并自动将数模文件中的所有标注信息导出为文本或数据表，包括尺寸信息、几何量参数、形位公差、各种文字备注等。工艺设计人员或检验规划编制人员可在文本状态下对文字备注等进行编辑和增减，然后再自动导回数模文件。该技术将使设计数模文件的后期处理工作效率大幅提高，并衍生出在线的检验规划编制工具。

1.3检验规划编制

操作人员/技术人员根据产品设计和工艺文件要求，在线或离线进行产品检测工艺的编制工作，通过调用设计数据和点选工艺环节、检测人员、工位和检测设备等，自动生成检测工艺文件，在生产和检测过程中，可以根据实际情况的变化随时通过授权对检测流程、岗位、人员和器具等进行调整。

系统根据检测工艺文件，自动将检测任务进行分解，并由各工作站和检测终端设备请求下载相应任务及相关数据。

1.4资源知识库构建

系统将建立检测人员、工位、班组和检测测试设备资源库，以及检测特征、尺寸公差等知识库，检测工艺编制过程可直接调用相关资源，提高检验规划的编制效率和质量，并生成具体到工位和人员的检测流程。人员的岗位变动、出勤情况和设备状态应及时通过终端电脑录入系统，管理人员可根据资源情况变化随时调整检测工作流程。

1.5在线共享和实时监控

基于企业内部局域网、数据中心和Web服务器（或专用客户端），实现产品设计数据、生产工艺数据、产品检测数据以及检测任务进度情况的联网共享。实现相关人员的实时监控、查询和调用相关数据，从而实时监控生产和检测的工作情况、零件合格率的变动等情况。同时还包括客户代表（军代表）查询工具的设计。客户代表可以在其订单涉及的相关产品范围内，对订单产品检测进度以及生产质量状况的随时查询。公司作为长期以军工产品生产为主的企业，为军代表提供一个可以随时在线查询订单信息的系统工具，无疑将使我们的客户服务更趋完善。

1.6统计分析和改进

基于生产数据、资源数据和检测数据的集中管理，引入统计分析工具，建立过程要素标准，定义各种标准控制图，进行过程质量分析和控制。

数据的质量重要性，数据的准确度、可信度直接影响到是否在适当的时候采取合适的行动。影响数据质量的因素主要有两个方面，一方面是检测系统影响的，另一方面是数据记录、采集和计算等因素的影响。

2.基本架构组成

通过工作流分析，拟建立一个四层结构，加分布式末端数据采集层。它们分别是数据访问层、应用支持层、系统管理层、用户操作层和作业采集层。

采用分布式结构的目的在于，任何一个工作站可以在上层网络断开的情况下按既有任务独立运行。

工作站所负责的是一个区域的相对独立的单元网络。

2.1数据访问层

数据层是分布在服务器上和各工作站的在线数据库，它包括（但不限于）：

系统基础数据库：主要存储和查询企业基本信息、系统常用参数、基本规则等数据，也包括系统操作日志和用于过程追溯的相关信息。

产品数据库：主要用于存储和查询产品的设计要求、生产要求、产品编号、参数编号以及工艺流程等信息。

人员数据库：包括设计人员、管理人员、技术人员、检测人员、班组信息以及工位、管理架构等信息。也包括各用户的权限、身份等内容。

设备资源数据库：包括系统作业中可使用的量具、量仪、终端输入设备、系统访问设定的电脑和工作站的信息，以及上述设备的状态、责任人和用途等信息。

检测数据库：用于存储大量的检测数据，并与其它数据库关联记录人员和设备信息、作业记录等。

2.2应用支持层

应用支持层主要包括：设计要求数据导入模块、网络通讯模块、检测数据传输模块。用于提供通讯、传输和数据传递的应用支持。

数据导入模块：主要用于导入产品设计文件中的相关数据，例如产品编号、尺寸编号、尺寸公差、精度要求等各种数据。

网络通讯模块：用于支持局域网内的通讯功能、系统用户访问和数据共享等功能。

检测数据传输模块：用于完成终端检测设备或其它终端输入输出设备与工作站之间的的数据传输。

数据验证计算和信息反馈模块：依据产品设计要求和加工工艺要求数据，对底层传输的实时检测数据进行比对计算并作出即时判断，然后将数据和判断结果反馈到终端操作设备上进行提示。

2.3系统管理层

管理层包括（但不限于）系统设置模块、用户和组织管理模块、设备资源模块、电子签名或身份验证模块

系统设置模块：主要用于进行系统设置的操作，包括设置企业信息、系统规则、常用参数等。

用户和组织管理模块：用户和组织管理模块主要用于进行用户的添加、删除、权限设置、检测机构组织设置等工作。

设备资源管理模块：设备资源管理模块主要用于执行检测测试设备的录入、变动和删除等的管理，也包括系统专用的终端适配器、输入输出设备等的管理。

检测工艺编制和调度模块：该模块用以实在线检测工艺编制功能和作业流程进行中根据人员、组织、质量要求等的变化对检测工艺的即时更改调度的功能。

2.4用户操作层

操作层包括以下几个主要模块：

工作站客户端：各单元网络工作站，相对于中心服务器是客户端，但同时又是本单元网络的服务器，负责为各作业采集中端，提供上传下达的网络数据服务功能，也是形成分布结构的关键层次。其功能包括：与上层服务器的自动数据同步、单元网络与上层局域网的网段路由、为单元网络提供数据交换和数据存储服务以任务调度和编辑查询等功能的实现。

系统监控模块：主要实现系统管理人员、企业管理人员、质量管理人员以及客户代表通过网络在线的形式，按各自授权的范围，对系统运行情况、生产进度情况、单单完成情况、实时质量状况、产品检测进度等进行即时查询和监控的功能。可以通过所定制的在线工具，即时生成不同的统计分析报告，对检工艺程设计、检测任务执行进度和检测任务调度等情况实时了解。

统计分析、预警：在测量完成后，系统自动将测量结果以及相关测量信息存储到服务器端数据库中集中管理。相关管理人员自行定制对测量结果统计分析的样式，实时地获取零件各工序检测结果以及质量控制趋势，实现质量控制和预警，为管理层提供足够的即时决策信息，保证产品质量。

2.5作业采集层

作业采集层是具体检测过程的实际执行层，它是建立在末端单元网络基础之上的，实现质量检测过程中的各项执行操作功能，可向检测人员提供任务下载、检测工艺流程、操作界面和接口转换。该部分在技术上通过网络实现各个检测点的互联，在每个检测点上都存在面向更低层次的若干并行网络所组成。这些底层网络形成相对独立的单元子网，完成质量检测过程中各种数字化量仪、传感器的控制和管理，通过各类I/O控制方式，可以直接连接检测现场的各种数字化量仪等，实现底层控制，它们通常包括：

量具量仪数据接口：主要是针对具有数字接口的量具量仪和配备计算机的数字化设备，通过统一的协议转换，再接入单元网络。

数据采集终端：提供检测人员操作界面和任务引导，计算、判断和提示检测数据的符合性，并将检测数据上传至工作站。

手工输入装置：用于不能直接进行电子数据传输的检测数据的现场录入。

终端身份标识：为使终端检测人员和检测设备符合检测工艺的要求，以及能够实现检测过程的可追溯性，在终端设备上，需有标识人员和设备身份的手段和方法，这种身份标识的方法可以通过绑定数据采集终端或电脑硬件设备来实现。

基本框架见下页图1所示：

3、结束语

基于模型的检验规范，使检验计划的形成、系统流转、检验工作流、检验数据采集管理和分析判断系统化、规范化；对设计数模的完美解析，使图纸处理、数据交换等工作效率数倍提升，加快了从设计到制造过程的转化；一体化多功能检测终端，图形化的检测引导功能，不仅避免因人的因素导致的错检和漏检，更使产品检测环节的作业方式产生重大变革，在产品检测环节基本实现全数字化和无纸化作业；兼顾各类现行量具量仪，实现数字仪器和模拟仪器统一平台，实时在线的监控和统计分析工具，不仅使各个相关方能够及时了解检测环节的作业状况，及时暴露生产中的质量问题，使生产过程的透明度增加，提高产品的合格率。

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