盘点：航空制造业各领域低调却惊艳的软件（上）

2016-08-08 by:CAE仿真在线来源:互联网

航空制造业拥有一百多年的发展历史,随着外部形势和环境条件的变化,其涉及面已十分广泛,按大类可分为数控加工、钣金成形、特种加工、表面工程、焊接、机械连接、飞机装配、数字化制造、热加工和增材制造十个领域。而现代航空制造技术在多学科、多领域的基础上正朝着自动化、智能化、轻小型集成化的方向发展着,除了离不开这些领域加工制造技术的突飞猛进,也离不开其背后软实力的发展。那么今天,小编就带大家了解一下航空制造技术的软实力,看看再航空制造领域都用了哪些低调而功能强大的软件。

图1 先进航空制造技术

在正式介绍软件之前,先回答一个问题:在航空制造业发展之初,没有这些强大的软件,人们又是如何造飞机的?这里我们有必要讲述一下航空制造技术的发展历史,答案就在其中。

航空制造业的百年历史

1初期发展阶段

自莱特兄弟造出世界上第一架飞机到第一次世界大战这段时间,飞机都是布木结构的双翼飞机,用一般内燃机作动力,只需要简单的木工和一般的机械制造技术就可以制造出来。

图2 莱特兄弟的早期飞机(博物馆还原模型)

图3 莱特兄弟手工制造飞机

紧随莱特兄弟创建第一家飞机公司之后,美国和欧洲迅速出现了其他一些飞机制造企业。在这一时期,这些企业的规模一般都比较小,近似于作坊。有些企业发展延续到现在,如洛克希德公司和罗罗公司等;而有些企业是经过整合后发展,如布雷盖公司和英国的几家飞机公司;当然也有很多企业消失。这些企业和个人在世界航空制造业发展进程中发挥了重要作用。

图4 罗罗公司早期生产线

2体系形成及二战阶段

第一次世界大战使得(军事)航空工业实现第一次大发展。全世界的企业数量达到约200家,航空发动机厂80家,战争期间生产的飞机和发动机数量分别为20多万架和23万多台。

而二战的巨大军事需求刺激了世界(军事)航空工业的第二次大发展,航空制造业也实现快速发展和持续扩张。战争期间空军成为重要军种,飞机性能迅速提高,参战飞机数量大、种类多。飞机生产达到高峰,全世界总产量约100万架。二战期间,活塞发动机(军用)飞机发展达到巅峰极限。得益于福特汽车的诞生和汽车行业的发展成果,飞机的生产制造和装配也引进了流水线批量作业的概念,但自动化水平相对较低。

图5 二战时期波音B-29装配线

图6 二战期间的洛克希德公司加州伯班克工厂

3喷气动力时期

二战后,军用航空订货锐减,同时飞机由活塞动力向喷气动力跨越,航空制造业再一次经受严峻考验。随着喷气技术的发展,飞机性能、可靠性、经济性、效费比要求的提高,以及新材料、新结构的大量涌现,飞机生产对制造技术提出更加苛刻的要求。与二战时期相比,航空制造技术的自动化水平日益提高,人的作用逐步被机械和软件所取代。

图7 F-22战斗机装配车间

图8 喷气飞机生产线

4现代航空制造业

现代航空制造技术是集现代科学技术成果之大成的制造技术,远远高于一般机械制造技术。由先进的航空制造技术支撑的航空工业被誉为工业之花,它集中代表了一个国家的最高制造业水平和技术实力。

图9 现代航空制造技术的自动化装配

图10 先进航空制造技术中的自动化加工技术

而这些高精尖的技术的实现,除了过硬的硬件条件保障,同时也离不开应用日益广泛的航空制造软件的背后支撑,这里面用到的软件也是五花八门,多种多样。这些软件有多么神奇?功能有多么强大呢?下面小编就以这十个领域为主,带大家领略一下这些软件的神奇吧。

数控加工

Mastercam是美国CNC Software Inc.公司开发的一款软件,不但拥有强大的数控编程、三维实体造型等功能,还有强大的曲面粗加工和精加工功能,特别是其刀具路径校验功能能够检查出刀具和夹具与工件的干涉、碰撞情况,在各类铣床、车床和线切割等数控加工场合应用广泛,为预加工提供了良好的环境。

图11 Mastercam软件封面

图12 Mastercam设计数控加工路径

PowerMILL是英国Delcam Plc公司出品的一款功能强大、加工策略丰富的数控加工编程软件,从数控加工的工程概念出发,能够对实体模型全自动处理,且编程操作的难易程度与零件的复杂程度无关,易于粗、精加工的全自动化。该软件还能检查和排除运动干涉,计算刀具路径时间,从而为用户提供完善的加工策略,提高加工效率。

图13 PowerMILL软件封面

图14 PowerMILL提供完善的加工策略

钣金成形

Autoform是德国Autoform工程公司开发的一款专门针对金属成形工业中板料成形的软件,特别适合于复杂的深拉延河拉伸成形设计、冲压工艺和模面设计的验证、成形参数优化、耗材最小化设计、拼焊板和复合板的评估优化等。约90%的冲压和飞机零件制造商都用它来进行产品开发、工艺规划和模具研发。

图15 Autoform软件封面

图16 飞机薄壁结构冲压成形设计

Pam-stamp是一套专门用于钣金成形仿真的软件系统,由法国的ESI公司开发,迄今为止是世界上唯一整合了有限元模拟求解方案的成形软件。该软件易于上手,能够实现模具设计可行性分析、快速成型模拟、回弹预测、回弹自动补偿、模具型面输出等功能。

图17 Pam-stamp软件封面

图18 飞机结构成形仿真

出自一个体系,与Pam-stamp堪称姐妹花的另一个模块,Pam-tube能够对各种弯曲比例的复杂管材进行成形仿真,包括弯曲成形和液压成形,在飞机的管路制造上应用广泛。

图19 Pam-tube广泛应用于飞机管路制造仿真

特种加工

FastCAM是一款全自动的共边连割套料软件,主要应用于特种加工中的火焰、等离子、激光和水刀等切割编程。在处理时可自动实现共边,即通过合理排布使得每个矩形零件少切一条或两条边,有效减少切割行程,借助切割边缘预热,缩短预热时间以及提高切割效率,同时减少零件间的切割间距,提高材料利用率。

图20 FastCAM软件封面

图21 FastCAM软件设计界面

Band5 WEDM是一款专为快走丝线切割自动编程的软件,能够兼容目前市面上各种常见的线切割系统。只要用鼠标绘制出要加工的图形,就能立即生成加工代码,代码可直接传送至机床控制台,节约大量时间;同时该软件拥有强大的零件查找功能,几秒钟就能在数以千计的加工零件中找到目标。

图22 Band5 WEDM软件封面

图23 Band5 WEDM设计线切割路径

表面工程

SimCoat软件主要用于对材料表面喷射涂层工艺的建模和仿真,快速而精确地获得涂层信息,如厚度、粗糙度、孔隙率等,帮助用户制定合理的喷射涂层工艺,选择不同种类的液体和熔化金属涂层,确定最佳的参数特征(如液滴喷射速率、尺寸分布、液体温度和基片温度等)。该软件分析速度快,普通电脑上1cm2的喷涂在一小时内可以得到精确结果。

图24 SimCoat对涂层的仿真分析

Chemkin软件最早由美国Sandia实验室开发,经过多年不断发展日趋完善,成为一款用于求解复杂化学反应问题的软件,在表面工程中常用于催化过程、化学气相沉积、等离子体及其他化学反应的模拟。该软件以气相动力学、表面动力学和传递过程三个核心软件包为基础,提供了21中常见化学反应的模型及后处理程序。