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第1章 大型飞机发展历程及我们的任务1

1.1早期民航飞机1

1.2大型民用航空运输机分类及其发展史6

1.2.1大型民用航空运输机分类6

1.2.2大型干线运输机发展史8

1.3成功的窄体客机——波音737和A32021

1.3.1波音737客机21

1.3.2波音737NG的数字化技术及其装配过程29

1.3.3空客A320客机33

1.3.4空客A320系列飞机在中国38

1.3.5窄体干线客机的后继机41

1.4世界上最大的飞机和超声速客机43

1.4.1最大的飞机43

1.4.2研制超声速运输机46

1.5大型飞机的复杂性及其研制特点52

1.6我国自主研制大型飞机56

1.6.1我国已着手自主研制大型飞机56

1.6.2研制大型飞机的策略56

思考题58

参考文献58

第2章 欧洲空客公司和超大型客机A38060

2.1欧洲空客公司的崛起60

2.1.1空客公司的奋斗史60

2.1.2空客公司的重要发展阶段65

2.1.3空客公司的成功经验69

2.1.4从空客公司成功得到的启示70

2.2欧洲空客公司研制的主要机种70

2.2.1空客A300系列飞机70

2.2.2空客A330和A340系列飞机73

2.2.3大型货机——“大白鲸”A300-600ST运输机77

2.2.4 A400M大型军用运输机79

2.3超大型客机A380的研制87

2.3.1半个世纪来的竞争87

2.3.2空客A380飞机概况89

2.3.3 A380飞机的性能及其特点91

2.3.4 A380的创新性研制过程97

2.3.5座面向世界的巨型工厂103

2.3.6 A380客机的试飞和投入航线113

2.3.7 A380客机研制的惨痛教训117

2.4空客A350飞机119

2.4.1空客A350飞机项目的发起119

2.4.2空客A350飞机的基本性能120

2.4.3研制技术的继承与创新123

2.4.4我国参与空客A350 XWB客机项目情况130

思考题131

参考文献131

第3章 波音747、波音777和波音787大型飞机132

3.1美国波音公司的发展状况132

3.2波音747和波音747-8系列飞机136

3.2.1波音747系列飞机136

3.2.2波音747-8系列飞机153

3.3波音777系列飞机研制情况165

3.3.1波音777飞机的概况165

3.3.2波音777飞机的技术特点169

3.3.3波音777飞机的新研制方法173

3.3.4波音777飞机的先进制造技术175

3.4波音787系列飞机的研制178

3.4.1波音公司的发展战略178

3.4.2波音公司突破技术趋同，扩大产品差异性180

3.4.3波音787飞机概况181

3.4.4波音公司研制波音787的三大技术措施184

3.4.5波音787飞机的性能和特点189

3.4.6波音787全球协同研制环境192

3.4.7先进的数字化装配技术197

3.4.8波音787飞机装配过程201

3.4.9波音787飞机装配中的惨痛教训204

3.4.10波音787飞机的下线和试飞207

思考题212

参考文献212

第4章 并行协同的数字化研制过程214

4.1飞机研制模式214

4.1.1研制模式的演变215

4.1.2传统的研制方式216

4.1.3数字化研制方式217

4.2并行协同的组织形式218

4.2.1波音的研制组织218

4.2.2全生命周期并行协同研制团队219

4.3并行协同的数字化研制环境223

4.3.1协同环境223

4.3.2并行协同环境体系225

4.4并行协同的数字化研制模式231

4.4.1横向协同研制模式231

4.4.2纵向协同研制模式233

4.5并行协同的数字化研制过程244

4.5.1飞机研制过程244

4.5.2数字化研制过程249

4.5.3数字化研制过程控制257

思考题261

参考文献261

第5章 基于模块的飞机构型管理技术263

5.1构型管理技术的发展与趋势263

5.1.1构型管理技术的发展263

5.1.2构型管理技术的研究与应用266

5.2飞机构型管理的基本概念与关键要素269

5.2.1构型管理的基本概念270

5.2.2构型管理的关键要素272

5.3基于模块的飞机构型管理281

5.3.1飞机模块定义281

5.3.2飞机模块划分原则283

5.3.3飞机模块的数字化定义291

5.3.4模块划分实例298

5.3.5飞机产品结构的模块化组织与管理300

5.3.6简化有效性管理305

5.3.7更改与版本管理306

5.4小结310

思考题310

参考文献310

第6章 基于模型定义概念及其内容312

6.1 MBD技术概述312

6.1.1数字化定义技术的发展历史312

6.1.2数字产品定义规范314

6.1.3 MBD数据集的基本内容和要求315

6.2 MBD与传统工程图样的比较318

6.2.1几何信息定义方面的区别318

6.2.2非几何信息定义方面的区别324

6.3基于模型定义的标准351

6.3.1 MBD的概念与一般要求352

6.3.2数据集和模型的识别及更改版本357

6.3.3与CATIA V5相关的规定359

6.3.4机械加工件MBD要求360

6.3.5铸件和锻件 MBD要求360

6.3.6标准类零件的MBD建模要求362

6.3.7管道弯曲数据集368

6.3.8零部件的替代表达MBD要求370

6.3.9装配件MBD建模要求371

6.3.10线束/电缆装配件的MBD建模要求372

6.3.11钣金件MBD要求379

6.4小结381

思考题381

参考文献381

第7章 基于模型定义的数据及其组织382

7.1 MBD技术体系的应用系统框架382

7.2 MBD技术及其要求384

7.2.1 MBD数据集的定义内容384

7.2.2 MBD数据的分类及其关系384

7.2.3 MBD数据集定义完整性要求386

7.2.4 MBD数据集中的基本组成元素386

7.2.5零部件坐标系统389

7.3 MBD的数据组织管理方法390

7.3.1 MBD数据集工程注释的分类组织390

7.3.2 MBD数据集容量限制398

7.3.3替代件和对称件401

7.3.4 MBD数据集的管理信息定义402

7.4 MBD模型中特殊的定义要求404

7.4.1 MBD数据集中的基准数据405

7.4.2辅助类的特殊定义要求411

7.5装配件定义的构成413

7.5.1连接定义的基本要求416

7.5.2连接定义的内容421

7.5.3连接定义的其他要求424

7.5.4装配密封定义427

7.5.5垫片定义429

7.5.6装配数据集定义的其他要求431

思考题433

参考文献434

第8章 复合材料构件数字化定义435

8.1复合材料的基本概念435

8.1.1复合材料的定义及命名435

8.1.2复合材料的分类437

8.1.3复合材料的特性437

8.2复合材料构件数字化定义方法440

8.3方向坐标系的定义和映射442

8.3.1标准坐标系的定义和标准映射442

8.3.2平移坐标系的定义和平移映射443

8.3.3径向坐标系的定义和径向映射444

8.4三维主模型444

8.4.1几何数据444

8.4.2材料铺放数据445

8.5工程文档450

8.5.1二维视图和剖面图450

8.5.2三维铺层标注和铺层表451

8.5.3铺放书452

8.6工艺信息453

8.6.1数字化定义中包含的工艺信息453

8.6.2工艺信息的组织456

8.7数字化定义中的非几何信息456

8.7.1尺寸、公差及工艺处理457

8.7.2工程注释458

8.8数字化定义的组织管理459

8.9典型零件定义的应用461

8.9.1几何特征461

8.9.2材料铺放数据462

8.9.3三维实体463

8.10制造数据464

8.10.1排样下料数据464

8.10.2激光投影数据465

8.10.3纤维铺放数据467

8.10.4自动铺带数据468

8.11小结468

思考题468

参考文献468

第9章 飞机制造关键特性及其应用471

9.1基于关键特性的飞机数字化协调技术的提出471

9.2关键特性的概念及定义472

9.2.1关键特性的概念472

9.2.2关键特性的选择与定义479

9.2.3关键特性的分解传递483

9.3关键特性树及实例485

9.3.1交点协调类关键特性树485

9.3.2外形协调类关键特性树488

9.4并行工程环境下的关键特性定义与管理496

9.4.1并行工程中关键特性的定义496

9.4.2关键特性测量点498

9.5数字化标准工装506

9.5.1传统的标准工装及其特点506

9.5.2主几何和主工装507

9.5.3数字化标准工装定义的概念508

9.5.4基于数字化标准工装定义的互换协调方法509

9.6产品、零件工装、装配工装的数字化协调技术509

9.6.1飞机设计基准线的应用509

9.6.2基于关键特性的带外形的零组件数字化协调技术510

9.6.3基于关键特性和数字化标准工装的交点类产品数字化协调513

9.6.4基于关键特性的交点类产品及装配工装的混合式互换协调515

思考题516

参考文献516

第10章MBD技术在飞机部件中的应用519

10.1 MBD技术的应用框架体系519

10.2 MBD数字化产品定义520

10.2.1 MBD模型非几何信息在CATIA中的表达方法520

10.2.2 MBD模型信息组织管理522

10.2.3机加件MBD模型529

10.2.4钣金件MBD模型530

10.2.5复合材料构件MBD模型531

10.2.6对称结构件MBD模型532

10.2.7 MBD安装模型533

10.2.8其他特殊信息在MBD模型中的表达534

10.3 MBD模式下的飞机协同工艺设计537

10.3.1协同工艺设计流程537

10.3.2工装设计流程539

10.3.3协同工艺设计实例540

10.4数字化装配工艺仿真545

10.4.1 DELMIA简介545

10.4.2 DELMIA DPM装配工艺设计系统548

10.4.3基于DPM Assembly的装配工艺设计过程552

10.5装配工艺仿真数据在生产现场的应用558

10.5.1装配工艺仿真数据导出558

10.5.2数据管理平台支持下的数字化工艺装配现场应用558

10.5.3无数据管理平台支持下的装配工艺现场应用560

10.6工装及产品的数字化测量562

10.6.1工装数字化测量安装562

10.6.2产品数字化测量566

10.7三维模型的轻量化技术及其应用566

10.7.1轻量化技术概述566

10.7.2早期的三维可视化技术方案568

10.7.3轻量化技术的发展思路569

10.7.4轻量化技术的应用解决方案570

思考题574

参考文献574

第11章 飞机典型部件装配协调技术575

11.1波音737飞机48段装配协调技术575

11.1.1波音737飞机48段结构简介577

11.1.2结构协调关系及装配方案587

11.1.3协调方案590

11.2货舱门装配协调技术598

11.2.1货机货舱门装配协调技术598

11.2.2客机货舱门装配协调技术608

11.3飞机垂尾前缘翼尖组件装配协调技术622

11.3.1结构简况622

11.3.2垂尾前缘翼尖组件结构协调关系624

11.3.3装配过程及协调工装628

11.3.4装配协调保障技术633

思考题638

参考文献638

第12章 复合材料应用及制造技术639

12.1复合材料构件数字化制造相关技术及国外应用情况639

12.1.1复合材料构件数字化制造相关技术639

12.1.2国外复合材料构件数字化技术的应用情况648

12.2我国航空企业复合材料构件设计制造技术应用现状650

12.3复合材料在国外大型飞机上的应用650

12.3.1美国的低成本复合材料结构研究项目651

12.3.2国外复合材料在飞机上的应用趋势652

12.3.3复合材料在大型飞机上的应用举例657

12.4复合材料构件的原材料667

12.4.1增强材料667

12.4.2基体材料673

12.4.3预浸料676

12.4.4夹芯材料678

12.4.5复合材料结构选材680

12.5复合材料构件成形681

12.5.1手糊成形681

12.5.2模压成形683

12.5.3热压罐成形686

12.5.4缠绕成形689

12.5.5自动铺放技术692

12.5.6拉挤成形696

12.5.7压注成形697

12.6复合材料构件连接700

12.6.1胶结700

12.6.2机械连接703

12.7复合材料构件质量控制704

思考题706

参考文献706

第13章 大型构件数字化制造与成形技术708

13.1高速切削708

13.1.1高速切削的定义和特点708

13.1.2高速切削机床结构709

13.1.3高速切削对刀具的要求712

13.1.4高速切削对工艺的要求713

13.1.5高速切削在航空航天制造业中的应用714

13.2激光切割技术718

13.2.1激光切割机719

13.2.2激光与材料相互作用引起的物态变化722

13.2.3激光切割的机理723

13.2.4激光切割技术的应用724

13.3激光焊接725

13.3.1激光焊接技术简介725

13.3.2激光深熔焊接的小孔效应726

13.3.3激光焊接技术应用727

13.4摩擦搅拌焊接728

13.4.1摩擦搅拌焊接技术简介728

13.4.2摩擦搅拌焊接原理及工艺特点730

13.4.3摩擦搅拌焊接应用和前景732

13.5喷丸成形734

13.5.1喷丸成形简介734

13.5.2喷丸成形机理735

13.5.3喷丸成形设备737

13.5.4喷丸成形技术应用738

13.6挤压成形739

13.6.1挤压成形技术发展概况739

13.6.2挤压成形的分类740

13.6.3挤压成形设备741

13.6.4铝合金挤压成形工艺741

13.6.5挤压成形在航空航天领域的应用743

13.7滚弯成形744

13.7.1滚弯成形简介744

13.7.2滚弯成形工艺特点746

13.7.3滚弯成形设备747

13.7.4柔性滚弯技术748

13.8蠕变成形751

13.8.1高温蠕变概述751

13.8.2蠕变曲线751

13.8.3蠕变速率方程和蠕变激活能751

13.8.4蠕变机制752

13.8.5蠕变在零件成形中的应用753

13.9化学铣切754

13.9.1化学铣切简介754

13.9.2化学铣切保护涂料755

13.9.3化学铣切的应用756

思考题757

参考文献757

第14章 大型结构件加工变形控制技术759

14.1大型结构件应用及特点759

14.2结构件数控加工变形情况762

14.2.1影响变形的主要因素及相关研究方向763

14.2.2研究手段766

14.2.3典型结构件的加工过程及变形影响因素分析767

14.3面向零件变形分析的切削仿真技术772

14.3.1接触分析方法773

14.3.2静态单元生死方法775

14.3.3连续单元生死方法775

14.3.4综合分析方法776

14.3.5切削仿真方法选择的原则777

14.4加工变形控制措施779

14.4.1加工前处理措施779

14.4.2加工中控制措施781

14.4.3加工后校正措施784

14.5高效切削及其他成形技术减少变形785

14.5.1高速切削786

14.5.2大型壁板的成形技术787

14.5.3大型壁板精确加工技术789

14.6基于加工仿真的结构优化设计790

14.6.1结构优化的发展及应用790

14.6.2考虑加工的拓扑优化792

14.6.3基于加工仿真的拓扑优化方案794

思考题802

参考文献803

第15章 飞机数字化装配技术804

15.1数字化装配技术的发展与趋势804

15.1.1飞机装配的特点804

15.1.2我国飞机装配现状805

15.1.3数字化装配技术在世界航空业中的发展806

15.1.4数字化装配技术相关概念809

15.1.5先进的飞机数字化装配关键技术内容810

15.2三级阶段的飞机装配方法826

15.2.1飞机装配的三个阶段826

15.2.2基于特征的零组件级直接装配方法827

15.2.3部件级数字化装配方法829

15.2.4部段对接数字化装配方法843

15.2.5阵列式精确装配技术854

15.3飞机装配中的数字化测量系统857

15.3.1数字化测量系统的需求与发展857

15.3.2计算机辅助测量样机设计系统环境866

15.3.3测量系统环境873

15.3.4测量使用系统环境879

15.4数字化装配方案实例884

15.4.1概述884

15.4.2总装对接过程及对接工装887

15.4.3部段装配及型架调整891

思考题893

参考文献893

第16章 制造数字化与企业精益化896

16.1制造企业面临的挑战896

16.1.1一次技术革命896

16.1.2并行工程的发展897

16.1.3由PDM到PLM899

16.2企业的战略性措施901

16.2.1充分认识信息化工程实施的艰巨性901

16.2.2数字化与精益化并重903

16.2.3以人为本903

16.2.4过程驱动904

16.2.5企业的变革模型905

16.3精益生产原理908

16.3.1精益生产的发展908

16.3.2精益生产定义909

16.3.3主要精益理念909

16.3.4价值流分析915

16.3.5生产组织和流程再造918

16.3.6精益生产目标920

16.4精益生产系统的实施922

16.4.1精益生产系统922

16.4.2精益生产实施步骤934

16.4.3波音公司实施实例936

16.5基于精益化的动态可重构信息系统945

16.5.1 IT发展与信息组织环境946

16.5.2生产数据中心947

16.5.3网络规划951

16.5.4系统规划与集成951

16.5.5企业信息系统框架952

16.5.6企业信息系统现实需求955

思考题957

参考文献958

缩略语表960