重型模锻液压机、热模锻液压机、等静压设备等航空重型装备，承受巨大的载荷，吨位大，零件尺寸巨大，所需材料性能好，设计制造的难度高，且多在高温高压下工作，危险指数高，因此对疲劳寿命、安全可靠性的要求很高。装备生产以多品种、小批量为主，需要缩短企业新产品研制周期，提高生产效率。实现高强度压制、减小设备体积、减轻重量并且控制制造难度和成本，多采用大吨位超高压预应力缸体以及高强度、高可靠性、高疲劳寿命的预应力钢丝缠绕承载机架。该结构技术含量高，需要对关键零部件进行可靠性、热力学、应力应变分析，高温高压下蠕变和疲劳寿命分析，对装备进行虚拟试验和制造，实现装备优化设计。

    为了缩短企业新产品研制周期、提高生产效率，需要引进基于知识的重型装备数字化设计与制造技术，实现信息管理和信息集成，消除“信息孤岛”，提高知识的继承、重用和共享性。把这些信息技术装备到企业，有效开发信息资源，都离不开企业信息化。因此，面向航空重型装备制造企业的信息化建设具有极其重要的意义。

    近几年，不少学者在信息化制造、智能化制造、网络化制造等方面进行了研究和探讨，同时清华大学在信息驱动的数字化制造、企业信息化整体解决方案阻-q等方面有了相应的研究。然而目前信息化建设的技术理论体系尚未形成，信息化总体规划与实施还存在探索阶段。尚未出现面向航空重型装备制造企业的信息化规划与实施方面的研究。

    课题根据航空特种重型装备设计和制造特征以及特种企业的管理、生产、制造模式，对其信息化现状、需求进行系统的研究分析，制定了适合企业的信息化总体解决方案和实施策略，旨在探求面向航空装备企业的信息化规划和实施策略，以解决企业难题、降低成本、提高重型设备设计制造水平，满足航空产品制造业的需求。

1 重型装备制造的信息化建设需求分析

    通过对航空重型装备类企业调研发现，多数企业已具有基本的CAD／CAM／CAPP技术，而CAE和PDM技术空白。即使具有CAE和PDM技术的企业，只是停留在传统的技术层面上，对先进制造技术和信息技术的应用水平低，各系统相互独立，功能不完善，不能满足航空重型装备制造的需求。信息化水平归纳如下：

    (1)产品开发和上市的总周期长；(2)由于缺乏设计的科学分析工具，设计一次成功的把握性降低；(3)难以实现变型设计，市场应变力差；(4)专家的知识获取、表示与继承程度低。(5)缺乏协同开发模式，存在“信息孤岛”；(6)缺乏资料和知识有效的归纳和整理，知识和经验的重用和共享性差。

    因此在生产运营过程中，该类企业的制造理念、数字化设计和制造、产品数据管理、企业信息管理等方面都有待于提高和改进，迫切需要规划实施信息化建设，缩短产品的全生命周期，实现产品设计开发向数字化、并行化、智能化、集成化发展。需要实现以CE／AM／CIMS为杨D制造理埝、以CAD／CAM／CAPP／CAE／PDM／ES(Expert system)为主体数字化设计与制造技术，建设企业信息化。

2 重型装备制造企业的信息化建设规划

    航空重型装备设计制造的高标准要求企业信息化建设系统的多功能。信息化建设系统应对设计制造过程起到指导作用，需要实现基于知识的专家智能辅助设计、数字化设计与制造，产品数据管理、虚拟仿真，优化设计，故障分析等功能。同时还需要在已有技术的基础上，建立与重型装备研制相适应的4CP集成系统，消除信息孤岛，实现协同开发模式，提高知识和数据共享性，建立面向航空重型装备制造企业的信息化体系。

    2.1 航空重型装备设计制造专家系统

    在重型装备设计中，工作压力、高度、温度等环境参数不同，设备零部件结构、性能参数也会随之变化。对装备的重量、价格、综合性能等目标进行结构优化设计。结合优化设计理论、有限元分析验证，构建重型装备的设计与制造专家系统。同时，根据经验与常见故障，建立航空重型装备故障分析专家系统，基于装备的特种成形技术工艺专家系统。

    2.2 重型装备数字化设计与制造开发系统

    数字化设计与制造系统包括：装备零部件三维实体造型，二维工程图，装备整机虚拟装配图，NC代码生成；重型装备关键零部件设计的强度、刚度、稳定性、安全可靠有限元分析；温度场、压力场的仿真，快速冷却仿真；高温高压下典型预应力钢丝缠绕结构的优化设计与动力学仿真、钢丝蠕变和疲劳寿命分析；装备的电子样机设计。

    2.3 重型装备产品数据管理(PDM)系统

    重型装备产品数据管理是实施数字化制造技术的重要环境，是其工程管理得数字化，以缩短产品研制时间、降低企业成本、提高产品质量为总体目标。完成对重型装备企业的项目管理、文档管理、产品结构管理、工作流程管理、用户权限管理等。实现业务重组，审批流程和工程申请，更改流程优化管理，实现图文档的电子签审、工程请求，变更流程的自动化。实现研发过程管理的可视化，加强知识管理。

    2.4 特种装备技术数据库／知识库系统

    在安全整体保密的情况下，建立加工工艺数据库／知识库、装备设计数据库／知识库。

    2.5 与重型装备研制相适应的4CP集成系统

    建立集设计、工艺、生产、试验及管理为一体的IT系统集成(CAD、CAM、CAPP、CAE与PDM系统集成)，协调各系统的工作，并通过PDM系统对4C系统产生的电子数据进行安全有效的全面管理。

    2.6 企业信息化管理

    建立企业MRPⅡ／MIS／ERP／OA的制造信息支持系统。根据企业战略规划、科研生产任务和信息化技术的发展需要对企业的业务流程进行调整，达到信息化建设与业务流程优化的同步与协调，引入并行工程(CE)概念，巩固并深化项目成果。面向航空重型装备制造业的信息化体系流程，如图1所示。

图1 航空重型装备信息化体系流程图

3 重型装备制造企业的信息化平台建设

    结合航空某企业装备制造的信息化建设应用案例，总结面向航空重型装备信息化实施策略和关键技术如下，面向航空特种重型装备制造的企业信息化开发集成体系，如图2所示。

图2 航空重型装备开发体系集成框架图

    3.1 航空装备企业信息化实施软件配置

    航空装备企业建立相应的信息化系统和应用集成平台，需实现CAD／CAM／CAE／CAPP／PDM／ES集成。CAD应采用大型结构三维实体建模软件，如Catia，Ug，Pro／E等，而CAE软件采用受力分析、应力应变场、热力场及热力耦合等工艺方面功能强大，二次开发性能好的软件，如Msc．Marc，MSC．Patran，MSC．Nastran等。CAPP可以选用金叶CAPPFRAMEWORK，PDM可采用SmarTeam、Caxa V5、TeamCenter等软件配置。后台数据库和知识库选用中大规模关系数据库管理软件，如SQL server，Oracle等。

    3.2 4CP集成系统模式及网络环境 

    PDM系统是信息化系统的支撑平台，支持多人、多种软件、多种硬件平台的操作，其运行实施的良好性直接影响到4CP集成系统。这也决定了它的运行环境较复杂，需要以分布式数据库管理系统和网络为支撑，需要配备高性能的数据库服务器、电子仓库服务器、应用服务器和PC客户端；数据库服务器(Oracle Server)、PDM(SmarTeam)服务器分别安装PDM Server，每台用户端PC机上安装和运PDM Client；建立采用客户／服务器模式(C／S结构数据管理系统)等系统模式，实现PDM与应用系统CAX集成的良好运行。

    该集成的运行环境包括：操作系统、网络环境、数据库管理系统、PDM管理系统、应用工具软件等。构建应用平台为：

    (1)建立网络环境。将参与PDM运行的所有计算机通过总线型局域网连成一个整体，需要网卡、集线器和网络线等网络配件以及网络软件。

    (2)建立以操作系统，数据库软件为支撑的底层。

    (3)建立以Web服务，应用服务为核心的服务层。

    (4)建立以PDM产品数据管理平台，CAPP工艺设计平台和CAD／CAM／CAE／ES数字化设计的应用组件层。

4 结 论

    (1)面向航空特种重型装备制造企业，提出了详尽的信息化建设总体规划体系。各功能模块包括：航空重型装备设计制造专家系统、重型装备数字化设计与制造开发系统、重型装备产品数据管理(PDM)系统、特种装备技术数据库，知识库系统、与重型装备研制相适应的4CP集成系统、企业信息化管理等。

    (2)针对特种企业，探讨了信息化实施策略及关键技术，提出了信息化实施集成框架、信息化实施软件解决方案，建立了4CP／ES(CAD／CAM／CAPP／CAD，PDM／ES)集成系统模式及网络环境。

    (3)结合典型企业实施，该信息化解决方案和实施策略立足航空重型装备企业需求，可有效改善了结构部件的强度和抗疲劳性能，提高设备使用寿命、减小设备体积和重量、降低加工制造的难度和成本，提高企业竞争力。对航空特种重型装备制造企业的信息化实施和相关工作具有一定的指导意义。