飛機裝配技術是一項技術難度大、 涉及學科領域多的綜合性集成技術，在飛機制造過程中，通過采用數字化裝配技術，改變傳統的飛機設計與制造模式，縮短飛機的生產周期并降低生產成本，提高飛機生產質量。
在國外，波音和空客都已經實現了數字化裝配。在全機的生產過程中采用了MBD（Model Based Definition，基于模型的定義）技術，MBD 在2003 年被ASME 批準為機械產品工程模型的定義標準，是以三維實體模型作為唯一制造依據的標準體，體現了產品面向制造與裝配而設計（DFMA）的思想。如波音787，全機的工程信息都是通過MBD定義的，采用達索軟件，根據產品模型信息進行工藝設計與加工制造，不需要二維圖紙，貫穿了從產品數字化定義到數字化裝配工藝設計的數據流與信息流，實現了單一產品數據源下的數字化裝配過程。
在國內，數字化制造技術發展迅速，數字化產品定義、數字化預裝配、產品數據管理等技術得到了很好的應用，而數字化工藝設計技術應用較少。西飛和成飛在承擔某型飛機項目的研制工作時，都嘗試采用DELMIA 軟件系統進行數字化裝配工藝設計，以某產品為例，采用DPE 模塊進行裝配工藝規劃，DPM模塊進行裝配仿真，最終生成了工藝報表，對飛機數字化裝配工藝設計技術提供了可借鑒依據。然而項目中工藝設計與仿真的驗證對象不是基于產品MBD 數據集，沒有研究MBD 模式下裝配工藝模型建立的過程，沒能實現單一產品數據源下的裝配工藝規劃、裝配仿真和三維工藝文件輸出。
考慮到國內外的差距，借鑒國內外使用飛機數字化裝配工藝設計技術的成功經驗，以貫穿產品從數字化定義到數字化裝配工藝設計與仿真的數據流為目標，研究MBD 模式下裝配工藝模型的設計技術，提出輕量化三維裝配工藝規程的生成方法。
裝配工藝模型建立
文中所論述的裝配工藝模型是在MBD 產品發放以后，經過數據接口導入到數字化協同應用平臺中，工藝人員通過人機交互方式進行裝配工藝設計與仿真，最后匯總為各類裝配工藝數據集，并將其儲存的數字化表達方法。
建立裝配工藝模型的主要工作是在數字化協同應用平臺下進行裝配工藝設計與仿真。工藝人員直接依據產品MBD 模型完成工藝方案的制定及詳細工藝設計，并產生PPR（Product、Process、Resource，產品、工藝、資源）數據集，該過程也可以稱為可視化裝配工藝設計過程。在工藝設計完成以后，通過裝配模擬仿真，確定出合理的裝配工藝，在不同的工藝設計階段，工藝仿真的內容不同。整個裝配工藝模型建立的過程如圖1 所示。
裝配工藝設計過程研究
基于MBD 的裝配工藝設計技術將從根本上改變飛機裝配流程，從并行設計、企業級異地辦公協同等角度對飛機裝配工藝結構模板的定制、工藝設計過程、工藝信息的輸入、工藝仿真等提出全新的要求。
1 裝配工藝結構模板的定制每個企業都有多個項目，每個項目都有自己的數據結構樹，結構樹上數據類型的層次關系、屬性信息由結構模板決定，該模板提供友好的用戶界面、滿足用戶使用習慣、約束用戶在工藝設計過程中遵循一定的規范形式。用于指導裝配工藝設計的模板叫做裝配工藝結構模板。由于飛機產品結構復雜及不同企業在技術標準方面、數據管理方面的差異，有必要在裝配工藝設計之前定制裝配工藝結構模板。
PPR 樹屬于數據結構樹上的不同結點，其結構層次、顯示方式、數據類型的屬性信息都是由裝配工藝結構模板決定的。1 種數據類型對應1個結點，如產品下有數據類型：總裝配件、子裝配件、零件等；工藝下有數據類型：工位、站位、AO（Assemblyoutline，裝配大綱）、工序等；資源下有數據類型：工廠、車間、工位、工裝、工藝規范、工具等。圖2 是定制裝配工藝結構模板中的工藝結構樹的規范形式及結點屬性信息。工藝結構模板的定制需要工藝人員在熟悉產品結構的基礎上掌握企業的技術標準及各裝配單元的裝配任務等。
2 基于工藝模板的工藝設計過程裝配工藝設計是一個繁瑣的過程，在數字化協同應用平臺下，需要對工藝設計的各環節建立起規范性的指南。根據產品MBD 模型，在裝配工藝結構模板的基礎上對產品的結構進行劃分與轉換，生成用于指導生產的層次分明、相互關聯的數據結構樹，過程大致為：（1）在工藝概念設計階段，根據產品模型劃分全機設計分離面與工藝分離面，明確各工位下要完成的裝配任務，與此同時工藝人員完成工裝訂貨等工作；（2）在工藝詳細設計階段，根據工藝分離面的劃分，細劃各工位下的站位、AO、工序等裝配單元并設計同一層次的裝配順序，提出裝配過程中所需工藝規范等，與此同時工藝人員完成“設備匯總”、“工裝匯總”等工作；（3）在全機設計分離面劃分的基礎上，上傳產品數模到對應的產品結構樹下，上傳工裝數模到資源結構樹下，將產品與對應的工裝和工藝結構樹相關聯。
3 裝配工藝信息的并行輸入將產品、工裝與相對應的工藝結點相關聯后，在工藝結構樹中的每個非葉結點都成為一個子裝配工藝模型，與其所有兄弟結點按一定順序構成其父結點的裝配工藝模型。同一層次裝配工藝模型的裝配過程是各自獨立進行的，如圖3 所示。每個子裝配工藝模型含有具體的裝配工藝數據集，將每個工藝結點分派給相應的工藝人員進行詳細的工藝設計，按子結點到父結點的設計順序進行。各個工藝人員在統一的基于C/S（Client/Server，客戶端/ 服務器）模式的裝配工藝設計平臺中根據自己的工程經驗完成相關工藝信息的輸入，保證了工藝設計的并行性與協同性。
4 產品信息的數字量傳遞過程分析產品信息的數字量傳遞是指在產品MBD 數據集到工藝設計平臺再到數字化工藝文檔輸出的傳遞過程。有2 種途徑實現產品MBD 數據集到工藝設計平臺的數字量傳遞：（1）開發程序將產品MBD 數據集中相關信息提取到相應的文檔中，然后在工藝設計平臺中開發程序將文檔中的信息提取到工藝模板對應的屬性頁中；（2）通過VPM 軟件傳遞數據，把產品MBD 數據集及結構層次從VPM 導入到工藝設計平臺中，MBD 數據集的一些屬性也會自動導入到工藝模板對應的屬性頁中，保證數據的實時更新。
5 裝配工藝仿真裝配工藝仿真是用戶以交互式方式在虛擬裝配環境里模擬產品的裝配過程，用于實物裝配前分析裝配工藝模型設計的合理性，通過發現問題不斷地優化裝配工藝模型。在數字化協同應用平臺下裝配工藝仿真是按照由子結點到父結點的仿真順序進行的，與圖3 的工藝模型設計模式類似，即先仿真驗證AO 下工序的操作，再仿真驗證站位下AO 的操作，直到最后各工位之間的部件級仿真驗證。裝配工藝仿真的內容如表1 所示。
利用已編制好的裝配工藝模型傳送到裝配仿真軟件中，定義好每個零件的裝配路徑，實現產品裝配過程的三維動態仿真，以發現工藝設計過程中的錯誤。本系統中獲取裝配順序采用的方法是拆卸法。
數字化裝配工藝規程生成技術
裝配工藝模型包含與某個產品裝配工藝相關的所有信息要素，內容復雜，為滿足方便查閱模型中的相關信息及快速生成工藝規程文件的需求，有必要開發程序提取模型中的某一類信息自動生成相應格式的文檔。在文檔中通過嵌入輕量化裝配動畫，開發按鈕指令可形成三維可視化工藝規程。開發程序自動生成各種工藝文檔，如：MPR（Master Parts Record，主要零件狀態記錄）、AO 等，避免了手工編寫帶來的錯誤，提高了文檔生成效率，保證了數據的一致性。不同工藝結點下開發的程序不一樣，生成的工藝文檔也不一樣，例如在“工位”結點下可自動生成裝配制造計劃書，在 “AO”結點下可自動生成裝配大綱等。裝配仿真過程生成的裝配動畫信息用于生產培訓，在生產現場指導工人對飛機進行裝配，幫助工人直觀了解裝配過程。
實例
1 數字化協同應用平臺的搭建
結合國內外主要航空制造企業在軟件配置方面的經驗及實際情況的具體需求，初步搭建了基于MBD的裝配工藝設計與仿真的平臺，各個軟件是通過PPR Hub 作為數據集來管理的，確保單一產品數據源下實現裝配工藝設計、裝配仿真、三維工藝規程的輸出，如圖4 所示。
2 裝配工藝設計與仿真
根據飛機產品工藝分離面的劃分，確定前梁產品是在351 工位、351A09 站位下完成的裝配，劃分該站位下AO 的份數，設計每份AO 下的工序并規劃操作順序，工藝人員輸入相關信息。開發程序實現產品MBD數據集到DPE 中的數字量傳遞。將前梁工裝與351A09 站位關聯，將前梁產品零件與對應的各個工步相關聯，將夾具、工具、輔助材料等一系列的制造資源與351A09 站位下的相應AO 相關聯。
通過裝配仿真發現錯誤，如圖5所示：腹板安裝應在上下緣條夾緊之前完成，如果先夾緊上下緣條那么安裝腹板過程中腹板會與已夾緊的夾緊器發生碰撞，發現零件裝配順序設計不合理的問題，反饋給工藝設計人員并提出修改意見；前梁上下緣條的夾緊器不能完全打開，打開過程中與卡板發生干涉，發現工裝設計不合理的問題，反饋給工裝設計人員并提出修改意見。
3 數字化工藝規程的生成
在DPE 中開發程序可以把各結點的屬性信息提取出來，生成各種工藝文檔，用3Dvia Composer 做裝配動畫，然后嵌入生成的工藝文檔中，開發相應操作按鈕，從而生成輕量化的三維工藝規程。在裝配動畫播放的過程中可以對其進行放大、縮小、旋轉等操作，更生動直觀地指導現場人員操作。
結論
（1）采用基于MBD 的飛機數字化裝配工藝設計與仿真平臺，研究裝配工藝模型建立的過程。詳細描述工藝設計過程中各階段的任務及產品信息的數字量傳遞過程，實現單一產品數據源下的裝配工藝設計、裝配仿真和三維工藝文件輸出。
（2）提出MBD 模式下，數字化工藝規程的生成方法。
開發程序，提取出裝配工型中的相關信息生成相應的工藝文檔并載入輕量化裝配動畫，使之轉變為三維可視化工藝規程，裝配現場操作人員通過網絡終端下載文件，邊游覽邊操作，實現裝配工藝設計與制造的無紙化。
（3）將所有工藝設計人員集中在同一平臺不同工藝結點上工作，實現裝配工藝的協同設計與并行設計，提高生產效率，縮短產品制造周期。