10…………………………航空科学技术 Mar. 15 2015 Vol. 26 No.03“两化”融合与飞机数字化性能样机 摘 要：结合以信息化、智能化、网络化为代表的新一轮工业革命发展趋势，阐述了国内“两化”战略的内涵，给出了飞机性能样机技术的基本概念和技术框架。在对航空产业“两化”融合战略实施过程分析的基础上，系统阐述了飞机数字化性能样机技术对于深入推进“两化”融合的重要意义。关键词：飞机；性能样机；两化融合
中图分类号：TP399 文献标识码：A 文章编号：1007-5453（2015）03-0010-04
姚雄华*，郑党党，范林
中航工业第一飞机设计研究院，陕西 西安 710089 目前，以网络化智能制造为代表的第四次工业革命浪潮正席卷全球，人类社会即将进入第四次工业革命时代。第四次工业革命，即工业4.0，以智能制造为主导，旨在通过充分利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统—信息物理融合系统CPS （Cyber-Physical System ）相结合的手段，将制造业向智能化转型。航空工业历来是各国争夺技术领先的战略高地。美国、欧盟等都希望借助于正在涌来的新一轮工业革命，使各自的航空产业具有更强的竞争力。国内也正在推进以信息化和工业化深度融合的发展战略，即“两化”融合战略。
1 “两化”
融合随着中国经济的飞速发展，面对资源难以支撑、环境压力加大、国内产能过剩、产业链低端徘徊等突出问题，中国政府高瞻远瞩，提出“两化”融合战略。“两化”融合战略，涵盖产品研制全生命周期过程，具体体现在下列几方面：
(1) 在产品研发设计方面，除了应用信息技术提高设计效率、设计质量的同时，要综合应用计算机技术、网络通信技术、控制技术与传感技术，使产品成为信息物理融合系统的一部分，实现数字化设计；
(2) 在经营管理方面，充分应用信息技术实现企业纵向和横向的集成，实现管理模式和业务流程的创新，提高经营
收稿日期：2014-10-29； 退修日期：2014-12-29； 录用日期：2015-01-12*通讯作者. Tel .: ************ E-mail :***************
引用格式： YAO Xionghua，ZHENG Dangdang，FAN Lin. Industrialization & informationization fusion and aircraft behavior digital mockup [J].Aeronautical Science & Technology,2015,26(03):10-13. 姚雄华，郑党党，范林. “两化”融合与飞机 数字化性能样机[J].航空科学技术，2015,26(03):10-13.
航空科学技术
Aeronautical Science &分享的价值和意义
Technology Mar. 15 2015 Vol. 26 No.03 10-13
决策的科学性；
(3) 在生产制造方面，实现智能制造，绿制造，提高生产的柔性，提高资源的利用率；
(4) 在实体制造与虚拟现实结合方面，充分利用创新的软件和强大的硬件，突出基于数字化模型、虚拟现实的关键特
征，使实体制造与虚拟现实完美结合，以满足生产效率越来越高、产品上市周期越来越短、产品日趋多样性等带来的挑战。
深度推进“两化”融合战略的核心思想是“四个转变、一条主线”，即以实现信息技术与制造技术深度融合的数字化、智能化制造为主线，推进制造业由要素驱动向创新驱动转变；由低成本竞争优势向质量效益竞争优势转变；由资源消耗大、污染排放多的粗放制造向绿制造转变；由生产型制造向服务型制造转变。
熊应堂
2 飞机数字化性能样机技术
数字样机技术是数字化、智能化制造的基础，是全面推进“两化”融合的重要举措。随着计算机软、硬件技术的发展，数字化技术在国内外航空产业得到了十分广泛的应用，先后出现了几何样机、功能样机，目前正在向数字化性能样机发展[1]。
2009年5月，空客公司发起并领导了“通过仿真实现具有协同鲁棒工程能力的下一代优化设计”（Collaborative &
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Robust Engineering using Simulation Capability Enabling Next Design Optimization ,CRESCENDO)项目，联合欧洲13个国家地区的59家科研院所、大学和供应商，对飞机全生命周期的研制体系进行了深入研究与案例分析，提出了行为数字样机（Behavioral Digital Aircraft , BDA ），在分布式数据与流程管理、价值驱动设计、多专业协同建模与仿真、热环境飞机、发动机一体化设计、虚拟试验以及标准方法与策略等方面取得较多的研究成果。空客公司希望在未来飞机研制过程中得到广泛应用，达到节省10%的全生命周期应用成本、减少50%的返工与20%的物理试验经费的目标。
国内开展了借助相关的标准、规范、工具、流程和平台建立的能够实现各专业在飞机研制各阶段进行
全机，系统和分系统的性能定义、分析、评估、优化、交联和展示的飞机性能样机技术研究。飞机性能样机的本质是数字样机，核心是包括性能指标、性能仿真模型、性能仿真结果等在
内的多学科性能仿真数据集，其外延可扩展至支撑飞机性能样机构建、运行和管理的标准规范、工具、流程和平台。通过数字化性能样机项目的研究，建立了如图1所示的数字化性能样机总体架构，到目前为止，该项目的主要工作已基本完成，突破了许多技术关键，达到了研究目标。
图1 飞机性能样机系统总体框架
Fig.1 The frame of the behavior digital mockup
姚雄华 等: “两化”融合与飞机数字化性能样机
液压设计师
总体气动
设计师
强度设计师
结构设计师
飞控设计师
航电设计师
环控救生设计师
燃油动力设计师
供电系统设计师
四性综保设计师
…
管理员
家族利益客户端
流程搭建终端
Web 终端
文件服务器J2EE 应用服务安全协议
Web services 跨域互访机电综合管理设计分析子系统起落架系统设计分析子系统用户技术服务分析系统机构设计优化分析系统疲劳强度设计优化系统飞机飞行性能分析系统全机重量与平衡设计优化系统
飞机外形设计分析系统
飞行载荷设计分析系统静强度设计与优化系统结构设计优化分析系统技术资料设计分析系统飞控电子系统设计分析子系统供电系统设计分析子系统电气系统总体设计分析子系统
飞控系统总体设计分析子系统
综合保障设计分析系统
结构总体与结构技术应用强度载荷设计分析系统
飞机气动设计分析系统气动布局设计分析系统用户层
飞机性能样机系统
应用层
核心层
基础层
流程定制与管理
多学科多目标优化
仿真数据管理
自编程序
接口程序
……
……
文档库知识库软件库
零件库符号库材料库标准件库基础库
硬件库
工程数据库
工程研制规范库
CATIA LMS Hyper mesh RADIOS NASTRAN Hyper size Visual Studio SLM ISIGHT阿拓莫兰
Hyper view
FEMAP
ABAQUS
PATRAN
12…………………………航空科学技术 Mar. 15 2015 Vol. 26 No.03
3 飞机数字化性能样机技术助力航空产业“两化”深度融合
3.1 航空产品“两化”深度融合存在问题
随着数字化技术的广泛应用，国内航空制造业在产品设计、协调依据、工艺规划设计与管理、零件制造、装配、产品检测、物料配送与供应链管理、售后服务等覆盖产品全生命周期的各个环节都发生了明显的变化。例如，国内航空产品的设计经历了从串行设计到面向制造、面向客户的并行协调设计的演变，产品制造协调逐步从“模线—样板—标准样件”的模拟量传递过渡到全三维数字量的协调，工艺设计逐步从手工编制向基于知识的全三维自动工艺设计方向转变，工艺仿真利用三维设计的环境，结合人机工效评估技术，实现对工艺方法、工装结构和生产线布局等进行优化，还可评价产品的可装配性与可维护性。在零件制造方面，机械加工已实现依据产品的三维设计模型快速编程与加工仿真，钣金成型已由手工成型或专用模具成型逐步向柔性多点精确成型发展，导管制造也由机上取实样手工成型发展到采用数控弯管机、测量机进行精确制造与测量，复合材料件制造也从按样板手工下料、铺叠逐步发展到直接按三维模型进行数控下料、激光定位与自动铺叠，飞机装配模式也尝试从大型刚性工装“一对一”手工装配向自动化“一对多”柔性装配发展。总之，数字化技术的创新与应用，使国内航空产业驶入了快速发展的道路，新机研制周期不断缩短，军民用飞机呈现出井喷式发展的喜人态势。
但是，目前国内航空产业数字化应用离“两化”融合的要求还有很大的差距，存在的问题表现在：(1) 飞机研制的数字化技术应用还没有覆盖全过程、全系统，多专业协同设计的流程还未完全建立，设计效率不高，还可能存在不少设计缺陷；(2) 所有航空产品的性能不能在设计初期通过数字化仿真、虚拟试
验的手段充分展现，常常通过实物试验才验证性能、暴露问题，给下级用户带来较大的决策、进度控制风险；(3) 工艺仿真不充分，工装设计与可装配性、可维护性问题不能提前发现，报废、返工案例很多，离智能、绿、柔性制造的要求差距甚大；(4) 因为体制、保密和知识产权等方面的原因，设计单位—主制造商—成品供应商之间还存在数据传递不畅问题，设计、制造一体化程度低，数据共享还不能完全做到。
3.2 数字化性能样机是深入推进航空产业“两化”融合的有
效手段
飞机数字化性能样机技术主要面向分析仿真领域，通过对当前分析仿真领域单点技术工具的整合，提升系统综合仿真和协同仿真能力，提升仿真技术应用过程规范化程度和效率。
(1) 飞机数字化样机技术，将建立飞机研制全过程、全系统的性能样机平台，建立并固化多专业协同设计仿真流程，实现多专业全过程数据共享，消除“信息孤岛”和“流程壁垒”；
(2) 飞机数字化样机将集成商业软件与定制软件，基于三维数字化模型，实现对每一个航空产品，从元件、成品件、系统，甚至到飞机，进行数字化仿真与虚拟试验，或虚实结合的试验，在产品设计初期，就可对产品的性能进行评估；
(3) 通过飞机数字化性能样机平台，基于数字化模型与虚拟现实手段，结合人机工效技术，开展工艺仿真分析，对每一项工装设计的合理性、每一个部组件的可装配性、可维护性进行评估；
261医院压电陶瓷片(4) 开展基于知识产权保护的数字化“代理”模型研究，借用网络技术，使数字化性能样机平台能够延伸到主制造商、成品供应商，在数字化平台上实现数据共享、多专业及多系统的一体化设计。
4 结束语
“两化”深度融合是新一轮工业革命的内在要求。飞机数字化性能样机技术，是“两化”融合技术体系在飞机研发全生命周期中设计阶段的核心关键技术，是实现流程、方案、工具和数据高度融合、高效协同的重要支撑，是实现全机、多系统性能全面综合和权衡优化的核心技术，是打破“流程壁垒”、消除“信息孤岛”、实现飞机一体化集成研发的重要平台。飞机数字化性能样机技术，必将成为助推航空产业“两化”融合的有效手段。
参考文献
吕鹏飞，姚雄华. 从欧盟CRESCENDO项目看飞机研制体系变
革[J]. 国际航空，2013（8）:74-76.
LV Pengfei, YAO Xionghua. CRESCENDO project, aircraft
R&D architecture innovation [J]. International Aviation,
2013(8):74-76.（in Chinese）
［1］
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作者简介
姚雄华（1965- ） 男，副总设计师，研究员。主要研究方向：飞机结构强度设计与研究。
Tel ：029－86832039
E-mail ：***************
Received: 2014-10-29; Revised: 2014-12-29; Accepted: 2015-01-12*Corresponding author. Tel. :************E-mail:***************
Industrialization & Informationization Fusion and Aircraft Behavior Digital Mockup
YAO Xionghua*，ZHENG Dangdang ，FAN Lin
AVIC The First Aircraft Institute, Xi’an 710089,China
Abstract: According to trends of the new industrial revolution which is characterized by information, internet and intelligence, the paper introduced the stratagem of industrialization and informationization fusion. And the endosome and total architecture of behavior digital mockup (BDM) were presented under the background of the development of digital mock-up. Then the meaning of BDM technology in the process of industrialization and informationization fusion was expatiated based on analysis of the hardcore in aviation industrialization.
Key Words: aircraft; behavior digital mockup; industrialization and informationization fusion
姚雄华 等: “两化”融合与飞机数字化性能样机
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