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【摘 要】我国在智能装配领域各单点技术域上紧跟国外研究成果，突破了一系列关键技术并取得重要成果，特别是以MBSE科学开展飞机大部件智能装配体系能力建设的方法，构建相应的数字模型并采用仿真技术进行不断验证、迭代优化，最终实现智能装配能力效用的最大化。
【关键词】飞机制造工艺;信息系统;MBSE
前言
虚拟装配技术主要是实现了两个层次的映射，第一个映射就是通过底层的产品虚拟模型实现对产品物理模型的映射，第二个映射就是利用虚拟的装配仿真实现真实物理装配过程。虚拟装配是虚拟制造研究领域的重要研究分支，其是许多先进学科领域知识的综合集成与应用，它以数字化建模技术，计算机仿真技术，分析优化技术为基础，在产品设计阶段或产品制造之前，实时、并行地模拟出产品的未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品的性能、成本和可制造性，以达到产品的开发周期和成本的最优化，生产效率的最高化之目的。
1虚拟装配技术及研究方向
1.1以产品设计为中心的虚拟装配技术研究
虚拟装配的重要内容就是产品的研发，其主要功能就是在虚拟环境中实现产品的组装，以产品设计为中心的虚拟装配技术就是专注产品各个部件之间的因素制约，并依据设计原理开展各个部件的设计与装配。以产品设计为中心的虚拟装配的目的就是实现各部件之间制约关系的定量分析，在各个约束下实现最优设计，解决部件设计的瑕疵和错误，并开展设计优化与设计更改，最终实现产品的最优设計方案。这种设计可以在经济成本、人机工程、环保等社会因素上实现最优，促进产品的成功。
1.2以工艺规划为中心的虚拟装配技术研究
虚拟装配技术一个重要方面就是针对产品的各个部件设计完成后，利用虚拟现实的概念，借助现代信息技术，采用电子计算机生产的虚拟环境下实现产品各个部件装配工艺设计，并针对产品特点计算和分析装配的最优工艺方案，指导实际的产品生产与装配工作。以工艺规划为中心的虚拟装配可以分为系统级装配规划和作业级装配规划两个层次。系统级装配关注的是产品的总体规划，涉及的方面比较广，主要有产品的市场需求怎样、产品的投资状况、产品的生产规模、产品的生产周期、产品生产的资源分配情况、装配车间的布置情况等等内容，这些均是产品装配的纲领性文件。作业级的装配规划主要就是产品的装配顺序规划、产品的装配路径规划、产品的工艺路线规划、产品装配的操作路线干涉计算分析等等内容。
1.3以虚拟原型为中心的虚拟装配技术研究
以虚拟原型为中心的虚拟装配技术就是充分利用虚拟环境，构建产品的外形、产品的功能、产品的性能，进而模拟产品的用途和功能，对产品进行检验和功能特性评价。这种虚拟装配技术可以对产品的外形精度、制造公差进行优化分析，并提供可视化功能。
2基于MBSE的装配系统设计
数字化装配系统的本质是为实现关键装配工艺环节而构建的复杂数字化集成系统。在MBSE设计框架下，数字化装配系统设计的外部输入来源于飞机大部件智能装配生产线的功能和技术指标分解，特别是关于调姿对合、制孔、锪窝等关键装配工艺环节的功能和技术指标要求。针对特定外部输入，对实现关键装配工艺环节所需的系统结构、行为逻辑、参数定义、输出结果进行描述，从而建立相应的系统模型。基于系统模型进行机械、电子、软件及通信网络设计，在设计过程中基于系统模型的输出结果要求搭建仿真和物理测试平台进行测试验证和需求符合性检查，并将验证结果与需求的偏差反馈到设计端，促使设计优化迭代，最终形成与需求一致的物理系统。
3数字化测量系统设计
数字化测量系统的目的是为装配质量的保障与优化提供精确、可靠、快速的数据反馈与支持。基于MBSE设计框架，数字化测量系统设计的外部输入来源于基于MBSE的飞机大部件智能装配生产线的功能和技术指标分解，主要包括被测特征（空间点、形貌等）、装配环境要求、测量效率及测量精度等。根据这些技术指标，从环境适应性、测量精度、测量可达性、测量效率等方面对数字化测量系统应具备的技术指标进行细化及系统架构设计。在此基础上，对数字化测量系统的组成要素，如测量工艺规划软件、测量设备组网方案、测量自动化系统等进行设计，并基于相关的数据模型和仿真软件对系统设计方案进行验证及优化。最终，通过设计优化迭代减小设计指标与输出参数之间的差异，最终形成与需求一致或接近的物理系统。
4集成工作平台设计
集成工作平台集“气、电、网”于一体，是满足数字化装配需求的集成工作平台，融合稳定性、耐用性、制造工艺、安全美观以及人机工程、智能化装配发展方向需求等多个维度要求，实现工具按工位配置，工具、样板合理分类及形迹化管理。MBSE框架下的集成工作平台设计，首先在系统布局设计阶段，根据后期装配加工的具体场景，梳理分析所需设备设施及操作流程，并将所需设备、工装存放架、工具柜、样板存放架、物流进出路线、操作区域及装配对象和工装等在工作平台上进行全要素布局设计，以减少对操作人员的管理难度和非增值活动浪费。
结束语
飞机大部件智能装配能力建设是一项复杂的系统工程，需要采用科学的方法进行整体的规划建设与全局的持续优化。本文基于系统工程的思想理念，提出应用MBSE科学开展飞机智能装配体系能力建设的方法，并在成飞公司开展应用实践，取得了阶段性成果，初步实现智能制造中“精准执行、动态感知”的局部特征。在下一步工作中，将继续实践应用该方法，持续开展工艺大数据挖掘与决策分析、专家工艺数据库构建、增强现实辅助飞机智能装配、数字孪生等方面的研究，建成具有完整“精准执行、动态感知、实时分析、自主决策”特征的智能装配能力系统。
参考文献：
[1]王焱，王湘念，王晓丽，等.智能生产系统构建方法及其关键技术研究[J].航空制造技术，2018，61（1/2）：16–24
[2]卜泳，邹方，刘华东，等.蓬勃发展的数字化装配—中航工业制造所数字化装配技术发展现状[J].航空制造技术，2014，57（23/24）：54–56
（作者单位：中航飞机股份有限公司）
【关键词】飞机制造工艺;信息系统;MBSE
前言
虚拟装配技术主要是实现了两个层次的映射，第一个映射就是通过底层的产品虚拟模型实现对产品物理模型的映射，第二个映射就是利用虚拟的装配仿真实现真实物理装配过程。虚拟装配是虚拟制造研究领域的重要研究分支，其是许多先进学科领域知识的综合集成与应用，它以数字化建模技术，计算机仿真技术，分析优化技术为基础，在产品设计阶段或产品制造之前，实时、并行地模拟出产品的未来制造全过程及其对产品设计的影响，预测产品的性能、成本和可制造性，以达到产品的开发周期和成本的最优化，生产效率的最高化之目的。
1虚拟装配技术及研究方向
1.1以产品设计为中心的虚拟装配技术研究
虚拟装配的重要内容就是产品的研发，其主要功能就是在虚拟环境中实现产品的组装，以产品设计为中心的虚拟装配技术就是专注产品各个部件之间的因素制约，并依据设计原理开展各个部件的设计与装配。以产品设计为中心的虚拟装配的目的就是实现各部件之间制约关系的定量分析，在各个约束下实现最优设计，解决部件设计的瑕疵和错误，并开展设计优化与设计更改，最终实现产品的最优设計方案。这种设计可以在经济成本、人机工程、环保等社会因素上实现最优，促进产品的成功。
1.2以工艺规划为中心的虚拟装配技术研究
虚拟装配技术一个重要方面就是针对产品的各个部件设计完成后，利用虚拟现实的概念，借助现代信息技术，采用电子计算机生产的虚拟环境下实现产品各个部件装配工艺设计，并针对产品特点计算和分析装配的最优工艺方案，指导实际的产品生产与装配工作。以工艺规划为中心的虚拟装配可以分为系统级装配规划和作业级装配规划两个层次。系统级装配关注的是产品的总体规划，涉及的方面比较广，主要有产品的市场需求怎样、产品的投资状况、产品的生产规模、产品的生产周期、产品生产的资源分配情况、装配车间的布置情况等等内容，这些均是产品装配的纲领性文件。作业级的装配规划主要就是产品的装配顺序规划、产品的装配路径规划、产品的工艺路线规划、产品装配的操作路线干涉计算分析等等内容。
1.3以虚拟原型为中心的虚拟装配技术研究
以虚拟原型为中心的虚拟装配技术就是充分利用虚拟环境，构建产品的外形、产品的功能、产品的性能，进而模拟产品的用途和功能，对产品进行检验和功能特性评价。这种虚拟装配技术可以对产品的外形精度、制造公差进行优化分析，并提供可视化功能。
2基于MBSE的装配系统设计
数字化装配系统的本质是为实现关键装配工艺环节而构建的复杂数字化集成系统。在MBSE设计框架下，数字化装配系统设计的外部输入来源于飞机大部件智能装配生产线的功能和技术指标分解，特别是关于调姿对合、制孔、锪窝等关键装配工艺环节的功能和技术指标要求。针对特定外部输入，对实现关键装配工艺环节所需的系统结构、行为逻辑、参数定义、输出结果进行描述，从而建立相应的系统模型。基于系统模型进行机械、电子、软件及通信网络设计，在设计过程中基于系统模型的输出结果要求搭建仿真和物理测试平台进行测试验证和需求符合性检查，并将验证结果与需求的偏差反馈到设计端，促使设计优化迭代，最终形成与需求一致的物理系统。
3数字化测量系统设计
数字化测量系统的目的是为装配质量的保障与优化提供精确、可靠、快速的数据反馈与支持。基于MBSE设计框架，数字化测量系统设计的外部输入来源于基于MBSE的飞机大部件智能装配生产线的功能和技术指标分解，主要包括被测特征（空间点、形貌等）、装配环境要求、测量效率及测量精度等。根据这些技术指标，从环境适应性、测量精度、测量可达性、测量效率等方面对数字化测量系统应具备的技术指标进行细化及系统架构设计。在此基础上，对数字化测量系统的组成要素，如测量工艺规划软件、测量设备组网方案、测量自动化系统等进行设计，并基于相关的数据模型和仿真软件对系统设计方案进行验证及优化。最终，通过设计优化迭代减小设计指标与输出参数之间的差异，最终形成与需求一致或接近的物理系统。
4集成工作平台设计
集成工作平台集“气、电、网”于一体，是满足数字化装配需求的集成工作平台，融合稳定性、耐用性、制造工艺、安全美观以及人机工程、智能化装配发展方向需求等多个维度要求，实现工具按工位配置，工具、样板合理分类及形迹化管理。MBSE框架下的集成工作平台设计，首先在系统布局设计阶段，根据后期装配加工的具体场景，梳理分析所需设备设施及操作流程，并将所需设备、工装存放架、工具柜、样板存放架、物流进出路线、操作区域及装配对象和工装等在工作平台上进行全要素布局设计，以减少对操作人员的管理难度和非增值活动浪费。
结束语
飞机大部件智能装配能力建设是一项复杂的系统工程，需要采用科学的方法进行整体的规划建设与全局的持续优化。本文基于系统工程的思想理念，提出应用MBSE科学开展飞机智能装配体系能力建设的方法，并在成飞公司开展应用实践，取得了阶段性成果，初步实现智能制造中“精准执行、动态感知”的局部特征。在下一步工作中，将继续实践应用该方法，持续开展工艺大数据挖掘与决策分析、专家工艺数据库构建、增强现实辅助飞机智能装配、数字孪生等方面的研究，建成具有完整“精准执行、动态感知、实时分析、自主决策”特征的智能装配能力系统。
参考文献：
[1]王焱，王湘念，王晓丽，等.智能生产系统构建方法及其关键技术研究[J].航空制造技术，2018，61（1/2）：16–24
[2]卜泳，邹方，刘华东，等.蓬勃发展的数字化装配—中航工业制造所数字化装配技术发展现状[J].航空制造技术，2014，57（23/24）：54–56
（作者单位：中航飞机股份有限公司）