数字化技术研究例1

二、数字化带来的影响

从设计工具的变革到新的设计形态的产生，数字媒体的作用已日趋显著，它使设计艺术的发展进入了一个全新的领域。数字媒介的应用给艺术设计教育带来的影响具体表现在以下几个层面。

1．高效的数字化技术工具

设计教育从美术教育中衍生而来，在传统教学中，从概念构思到图形设计或实体建模分成多个层次和阶段，学生的设计水平相应逐步提高。设计学习是在一定的绘画基础、绘画技能及在掌握了有关工具和材料的前提下进行的。在数字化时代，电脑的出现则大大改变了传统的学习行为，大量的手工绘画、制图及模型工具转变为计算机图形设计、制图及建模系统。电脑还替代了学生有关重复计算和公式化、格式化、优化选择等大部分的理性工作,从而使设计的速度大大提高,使学生集中精力更多地致力于概念分析、创意构思、选择评价等方面。当一个构思成熟后就可交由计算机去修饰、扩展、强化或试验。专业化的电脑软件具有准确方便的参数化、变量化的功能，在设计中只要随时存储变化的结果，就能随时回到设计创造过程中的任何一点，对以前的步骤进行修改并反复调试。

2．新的造型语言及表达方式的出现

计算机对设计最直接的贡献是带来了新的造型语言及表达方式，计算机构造物体的方式及图像处理上的特点，使计算机创作的作品表现出了新的风格，开辟了设计传达的新领域。传统的手绘技法与电脑设计是两种不同的语言形式，它们有本质的区别。运用虚拟的概念而非物质实体进行设计表现，是设计表现领域的一个极为重大的变革。在平面设计中，由于扫描仪及数码相机的出现，使设计者能直接地输入真实图像，通过二维或三维技术的辅助，就能模拟出逼真的虚幻世界。在立体设计中，计算机三维建模及渲染技术使设计师在观察物体时，它能表现出物体的各个侧面及细部，同时也能在空间的视点中对形体进行构筑和修改。艺术设计语言与网页设计语言结合，融入了互动语言和数字符号。新技术的应用开辟了设计传达的新领域，创造出新的美学形态和设计形态。

3．多学科的交融与新学科的兴起

人类进入数字化时代，自然科学、社会科学、人文科学三大领域的分界越来越模糊，学科交叉性发展、研究已成为高校教学与科研的重要内容。一方面，有些专业出现综合、合并,甚至消失的现象；另一方面，各种交叉、综合学科大量出现。

设计师必须掌握日新月异的电脑硬件和软件，灵活把握视觉新语言的表达。这就促使当今的艺术教育必然要融入新的理念，构筑新的教学体系——数码艺术教学。数码图形基础、Internet资源及传播应用、网页设计、三维动画、多媒体技术、数码影像处理等都被纳入艺术设计教学中。目前，艺术教育先进的国家已经将艺术设计的教育重心转向多媒体设计,设立了新的专业——传媒艺术设计专业、数码电影特技专业、数码游戏设计专业等。

4．信息交流和资源共享

电脑实现了设计数据的储存及再利用。各种设计素材、设计草图、效果图、制图、图形艺术、模型等资料都可以以数据来储存,并且可以方便地检索。集通讯网络、计算机、数据库为一体的电子信息交换系统网络的出现和远程传输技术的发展，使交流的发生不必受到时间和空间的限制。国际互联网络也拓展了艺术设计的存在空间，使艺术设计走向了更广泛的数字化，让受教育者轻易地接触大量艺术设计资讯，有利于学生形成开阔的、前瞻性的视野。5．对传统教学方式的冲击

在传统的艺术设计教学中，学生的思维过程，受限于繁杂重复的技能示范过程，而限制了设计过程中的偶然性、多变性。在现代计算机技术进入课堂后，直观丰富的表现方法以及全方位、跨时空的思维方式，让设计的翅膀摆脱了美术基础的制约，简单的操作过程可产生多样性的结果，这才是现代艺术设计教学的核心。

互动式教学更是改变了以往单向线性的教学模式，它打破了时空的限制，并最大限度地支持个性的发展。另外虚拟现实技术，可以帮助我们开设一直感到有必要却没有能力和条件开设的课程。网上通讯可以排除时空及人为因素的限制，使教师和学生能在全球范围内检索信息，开展教学活动和学术交流。教师的教学也从“主讲者”转变为学生学习活动的设计者和辅导者。学生的地位也转变为有机会参与教学、参与操作、发现知识、掌握知识的主动地位。只有完成这几种转变，才能适应数字时代对设计教育提出的要求。

三、艺术教育创新与数字化教学

在数字化离我们越来越近的今天，高校艺术教育如何培养高素质的综合性美术人才这个问题，不可避免地摆在了我们的面前。在数字化时代，人们凭借网络可更快地更新艺术观念，更快地创作艺术品，更快地把艺术运用到各个领域。在美术人才的培养上，将从传统的、单一的某一画种或艺术风格的临摹、复制式的教育，发展成为传统手法与电脑数字技术综合的艺术人才培养模式，这将对现存的传统艺术教育产生巨大的冲击。在数字化时代，要培养高素质创新人才，必须强调培养方式的创新。

虽然数字化教学手段已经深入到教学工作的每一个方面，但是在艺术设计教育中，围绕数字化的教学与学习会不会使教师和学生的实际动手能力逐步降低的问题，一直存在争议。笔者认为，学生实际动手能力降低问题确实存在，但这一问题不能看作是现代数字技术的发展负面结果。一方面，学生实际动手能力降低是社会问题，是社会分配不合理与传统价值取向等各种深层次矛盾反映在大众教育观念中的结果。因此我们必须在积极发展现代教育技术的同时，重视实际动手能力的培养。另一方面，传统观念中的动手能力并非都是有价值的能力。就像现代绣花工人只需了解绣花的原理、针法，而无需学会手工绣花一样，科技进步总会使一些旧的技能失去意义，进而产生新的技能，使知识与技能达到新的平衡。

此外，数字化技术不仅为艺术类学生提供了更广阔的发挥空间，也给理工科学生插上了艺术创新的翅膀，使设计艺术学科更加显示其艺术学和工学的边缘学科优点。笔者所在院校近几年，已经有部分专业将理工科学生与艺术生同时招收、对照培养，工科生与艺术生的界限变得模糊，美术基础已经不是阻止工科学生从事设计工作的障碍。

结语

我们面对的是崭新的数字化时代，它对我们的冲击可能会改变我们的文化形象，而我们的艺术设计教育也会因此而发生翻天覆地的变化。电脑的应用和网络技术的发展带来了高效的数字技术工具，带来了新的造型语言及表达方式，开辟了新兴的交叉学科，给教学方法的不断创新带来了动力。在数字化时代，我们必须强调创新教育，才能造就一批掌握视觉设计、互联网及多媒体设计，具有创意潜能，能牢牢把握艺术创新和设计未来的专门人才，这是艺术设计教育者的职责。

内容摘要：数字化为设计艺术带来了新的造型语言及新的表达方式，实现了海量信息交流与共享，极大地方便了艺术教育的创新培养，也必将对艺术设计及其教育产生深远的影响。数字化作为一个全新的概念必将在现代艺术设计教育中发挥更大的作用。

关键词：数字化艺术教育创新教育

电脑的普及与互联网的应用将人类社会推进到了信息时代，全球经济一体化的到来和数字化生存方式的出现必将冲击到设计艺术领域。随着计算机、数码相机、数码摄像机等数字化设备在艺术教育领域中被广泛应用，以计算机为核心，运用多种数字化技术手段驾驭艺术表现形式的新型教学模式应运而生。它给我们的设计理念、设计方式带来巨大的革命。海德格尔指出：“倘若我们沉思，我们就要追问现代的世界图像。”数字化技术使人类对世界的把握已经突破语言的抽象概括而更为直观、更为图像化了。体现高科技的数字化艺术手段，将感性的认识理念用严密的数学方法组织起来，并对美术设计要素进行理性化控制的数字化艺术教育必将给人们带来新的观念、新的思维，以及新的设计思想。

参考文献：

[1]德马丁·海德格尔.林中路.上海译文出版社,1997.

[2]王波.数字化时代的美育思考.山东电大学报，2004年第1期.

[3]陈实.数字化时代的艺术设计教育.浙江万里学院学报，2001年9月第14卷第3期.

[4]薛生健.数字化时代对艺术设计教育的影响.河西学院学报，2002年2月第1期.

[5]周发强.数字化时代我国高校综合性美术人才培养的几点思考.内江师范学院学报，2002年第17卷第3期.

数字化技术研究例2

    1、数字化变电站自动化系统的特征

    (1)智能化的一次设备。一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计,简化了常规机电式继电器及控制回路的结构,数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换言之,变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替,常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。

    (2)网络化的二次设备。变电站内常规的二次设备,如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造,设备之间的连接全部采用高速的网络通信,二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口,通过网络真正实现数据共享、资源其享,常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。

    (3)自动化的运行管理系统。变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化;数据信息分层、分流交换自动化;变电站运行发生故障时能即时提供故障分析报告,指出故障原因,提出故障处理意见;系统能自动发出变电站设备检修报告,即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。

    2、数字化变电站自动化系统的结构

    在变电站自动化领域中智能化电气的发展,特别是智能开关、光电式互感器机电一体化设备的出现,变电站综合自动化技术迈进了数字化的新阶段。在高压和超高压变电站中,保护装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的I/O单元,如A/D变换、光隔离器件、控制操作回路等将隔离出来,作为智能一次设备的一部分。反言之,智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路代替了常规继电保护装置,测控等装置的I/O部分;而中低压变电站则将保护、监控装置小型化、紧凑化,完整地安装在开关柜上,实现了变电站机电一体化设计。数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类,即智能化的一次设备和网络化的二次设备。在逻辑结构上可分为3个层次:“过程层”、“间隔层”、“站控层”,各层次内部及层次之间采用高速网络通信。

    2.1 过程层功能

    (1)电力运行的实时电气量检测:主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测,其他电气量如有功、无功、电能量可以通过间隔层的设备运算得出。与常规方式相比所不同的是传统的电磁式电流互感器、电压互感器被光电电流互感器、光电电压互感器取代;采集传统模拟量被直接采集数字量所取代,这样做的突出优点是抗干扰性能强,绝缘和抗饱和特性好,装置实现了小型化、紧凑化。(2)运行设备状态参数在线检测与统计:进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器开关、刀闸、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。(3)操作控制的执行与驱动:包括变压器分接头调节控制,电容、电抗器投切控制、断路器、隔离开关的分合控制,直流电源充放电控制。

    2.2 间隔层功能

    间隔层是进行汇总本间隔过程层实时数据信息、实施对一次设备保护控制功能、实施本间隔操作闭锁功能、实施操作同期及其它控制功能、对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制、承上启下的通信功能等六大功能。

    2.3 站控层功能

    (1)通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息,不断刷新实时数据库,按时登陆历史数据库;(2)按既定规约,将有关数据信息送往调度或控制中心;(3)接受调度或控制中心有关控制命令,转间隔层、过程层执行;(4)具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能;(5)具有站内当地监控、人机联系功能;(6)具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能;(7)具有变电站故障自动分析和操作培训功能。总线通信,问隔层与变电站层之间串行通信方式称为站级总线通信。

    3、数字化变电站应用中存在的问题

    由于光电/电子式互感器本身的结构特点和工作方式,导致互感器的角差、比差现场试验难以进行,甚至极性试验也无法开展,只能等到设备投运带电后,才能检验接线的准确性。另外,光电/电子式互感器的局放试验、伏安特性试验的试验方法和标准也与常规设备有很大的区别,这都需要设备厂家和运行主管单位专门制定。

    数字化变电站保护校验相对复杂,在变电站运行的条件下对部分间隔保护校验的难度很大,目前的常规继电保护校验装置无法提供数字化保护所需的电流量和电压量,因为电流量和电压量必须经过合并器才能进入保护装置,而要完成试验必须自带合并器提供模拟试验中的电流量和电压量,要完成母差保护这类需要大量电流电压量的保护校验便显得尤为困难。

    IEC61850通信协议本身并未对变电站网络系统的安全性做任何规定,同时协议本身的开放性和标准性给变电站的网络安全带来重大隐患。要做到二次系统信息的保密性、完整性、可用性和确定性,符合二次系统安全防护的要求,是自动化厂家仍需考虑和完善的技术环节。虽然目前已投运的变电站采取了防火墙、分层分区隔离等手段进行防护,但防护的效果仍有待时间的考验。

    4、数字化变电站的未来发展

    数字化变电站技术的发展将是个长期的过程,需要考虑与目前常规变电站技术的兼容性。(1)过程层常规设备接入方案。过程层常规设备主要指互感器和断路器设备,具体应用就是采取非常规互感器技术和智能断路器技术,或智能断路器控制器技术,常规设备的接人方式主要有3种基本模式:常规互感器和常规断路器;常规互感器和智能断路器;非常规互感器和常规断路器。(2)过程总线方案。在第二阶段中,前面控制和测量数据的分离通信系统将合并到一起,控制和测量数据的合并减少了间隔接线的复杂性,但间隔层IED设备需要两个以太网口分别与过程总线和变电站总线连接。由于传送了来自合并单元的数字化电气量测系统的瞬时值,此种通信方式比第一阶段中的通信方式更快。出于这个原因将使用100 Mbit/s以太网,通过过程总线保护装置的跳闸命令被发送到断路器。(3)过程总线和站总线合并方案。由于第一,第二阶段中过程总线和变电站总线都使用了基于MMS应用层通信堆栈的以太网,和以太网的不断发展,使得变电总线联接构成一个通信网,并且不会影响变电站内部站的通信。

    结语

    数字化变电站综合自动化系统的实现,推动了电网自动化技术的进一步发展。数字化变电站技术发展过程中可以实现对常规变电站技术的兼容,这意味着数字化变电站应用技术的发展可以建立在现有变电站自动化技术的基础上实现应用上的平稳发展和逐步突破,使新技术的应用能有机地结合电网的发展,未来在数字化变电站应用技术成熟的基础上将标志着新一代数字化电网的实现。

    参考文献

数字化技术研究例3

1、数字化变电站自动化系统的特征

(1)智能化的一次设备。一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计,简化了常规机电式继电器及控制回路的结构,数字程控器及数字公共信号网络取代传统的导线连接。换言之,变电站二次回路中常规的继电器及其逻辑回路被可编程序代替,常规的强电模拟信号和控制电缆被光电数字和光纤代替。

(2)网络化的二次设备。变电站内常规的二次设备,如继电保护装置、防误闭锁装置、测量控制装置、远动装置、故障录波装置、电压无功控制、同期操作装置以及正在发展中的在线状态检测装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造,设备之间的连接全部采用高速的网络通信,二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接口,通过网络真正实现数据共享、资源其享,常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。

(3)自动化的运行管理系统。变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化;数据信息分层、分流交换自动化;变电站运行发生故障时能即时提供故障分析报告,指出故障原因,提出故障处理意见;系统能自动发出变电站设备检修报告,即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。

2、数字化变电站自动化系统的结构

在变电站自动化领域中智能化电气的发展,特别是智能开关、光电式互感器机电一体化设备的出现,变电站综合自动化技术迈进了数字化的新阶段。在高压和超高压变电站中,保护装置、测控装置、故障录波及其他自动装置的I/O单元,如A/D变换、光隔离器件、控制操作回路等将隔离出来,作为智能一次设备的一部分。反言之,智能化一次设备的数字化传感器、数字化控制回路代替了常规继电保护装置,测控等装置的I/O部分;而中低压变电站则将保护、监控装置小型化、紧凑化,完整地安装在开关柜上,实现了变电站机电一体化设计。数字化变电站自动化系统的结构在物理上可分为两类,即智能化的一次设备和网络化的二次设备。在逻辑结构上可分为3个层次:“过程层”、“间隔层”、“站控层”,各层次内部及层次之间采用高速网络通信。

2.1 过程层功能

(1)电力运行的实时电气量检测:主要是电流、电压、相位以及谐波分量的检测,其他电气量如有功、无功、电能量可以通过间隔层的设备运算得出。与常规方式相比所不同的是传统的电磁式电流互感器、电压互感器被光电电流互感器、光电电压互感器取代;采集传统模拟量被直接采集数字量所取代,这样做的突出优点是抗干扰性能强,绝缘和抗饱和特性好,装置实现了小型化、紧凑化。(2)运行设备状态参数在线检测与统计:进行状态参数检测的设备主要有变压器、断路器开关、刀闸、母线、电容器、电抗器以及直流电源系统。在线检测的内容主要有温度、压力、密度、绝缘、机械特性以及工作状态等数据。(3)操作控制的执行与驱动:包括变压器分接头调节控制,电容、电抗器投切控制、断路器、隔离开关的分合控制,直流电源充放电控制。

2.2 间隔层功能

间隔层是进行汇总本间隔过程层实时数据信息、实施对一次设备保护控制功能、实施本间隔操作闭锁功能、实施操作同期及其它控制功能、对数据采集、统计运算及控制命令的发出具有优先级别的控制、承上启下的通信功能等六大功能。

2.3 站控层功能

(1)通过两级高速网络汇总全站的实时数据信息,不断刷新实时数据库,按时登陆历史数据库;(2)按既定规约,将有关数据信息送往调度或控制中心;(3)接受调度或控制中心有关控制命令,转间隔层、过程层执行;(4)具有在线可编程的全站操作闭锁控制功能;(5)具有站内当地监控、人机联系功能;(6)具有对间隔层、过程层诸设备的在线维护、在线组态、在线修改参数的功能;(7)具有变电站故障自动分析和操作培训功能。总线通信,问隔层与变电站层之间串行通信方式称为站级总线通信。

3、数字化变电站应用中存在的问题

由于光电/电子式互感器本身的结构特点和工作方式,导致互感器的角差、比差现场试验难以进行,甚至极性试验也无法开展,只能等到设备投运带电后,才能检验接线的准确性。另外,光电/电子式互感器的局放试验、伏安特性试验的试验方法和标准也与常规设备有很大的区别,这都需要设备厂家和运行主管单位专门制定。

数字化变电站保护校验相对复杂,在变电站运行的条件下对部分间隔保护校验的难度很大,目前的常规继电保护校验装置无法提供数字化保护所需的电流量和电压量,因为电流量和电压量必须经过合并器才能进入保护装置,而要完成试验必须自带合并器提供模拟试验中的电流量和电压量,要完成母差保护这类需要大量电流电压量的保护校验便显得尤为困难。

IEC61850通信协议本身并未对变电站网络系统的安全性做任何规定,同时协议本身的开放性和标准性给变电站的网络安全带来重大隐患。要做到二次系统信息的保密性、完整性、可用性和确定性,符合二次系统安全防护的要求,是自动化厂家仍需考虑和完善的技术环节。虽然目前已投运的变电站采取了防火墙、分层分区隔离等手段进行防护,但防护的效果仍有待时间的考验。

4、数字化变电站的未来发展

数字化变电站技术的发展将是个长期的过程,需要考虑与目前常规变电站技术的兼容性。(1)过程层常规设备接入方案。过程层常规设备主要指互感器和断路器设备,具体应用就是采取非常规互感器技术和智能断路器技术,或智能断路器控制器技术,常规设备的接人方式主要有3种基本模式:常规互感器和常规断路器;常规互感器和智能断路器;非常规互感器和常规断路器。(2)过程总线方案。在第二阶段中,前面控制和测量数据的分离通信系统将合并到一起,控制和测量数据的合并减少了间隔接线的复杂性,但间隔层IED设备需要两个以太网口分别与过程总线和变电站总线连接。由于传送了来自合并单元的数字化电气量测系统的瞬时值,此种通信方式比第一阶段中的通信方式更快。出于这个原因将使用100 Mbit/s以太网,通过过程总线保护装置的跳闸命令被发送到断路器。(3 )过程总线和站总线合并方案。由于第一,第二阶段中过程总线和变电站总线都使用了基于MMS应用层通信堆栈的以太网,和以太网的不断发展,使得变电总线联接构成一个通信网,并且不会影响变电站内部站的通信。

结语

数字化变电站综合自动化系统的实现,推动了电网自动化技术的进一步发展。数字化变电站技术发展过程中可以实现对常规变电站技术的兼容,这意味着数字化变电站应用技术的发展可以建立在现有变电站自动化技术的基础上实现应用上的平稳发展和逐步突破,使新技术的应用能有机地结合电网的发展,未来在数字化变电站应用技术成熟的基础上将标志着新一代数字化电网的实现。

参考文献

数字化技术研究例4

中图分类号：V262.4 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）2-0047-02

通过强化数字化装配技术在飞机制造体系中的发展和应用，从而实现在数字化协同工作环境中进行数字装配工装与数字模型装配件的虚拟装配，从而真正地实现了并行数字化装配工艺设计，实现了飞机的过程虚拟装配，通过将数据传递到组装信息管理系统，使飞机装配的信息自动管理，这样可以很大程度上提高飞机的装配质量，缩短飞机装配的周期，促进飞机制造技术的不断发展，实现自动化管理。

1 国内外飞机装配技术现状

由于中国的科学技术发展时间比较短，导致一些精密的技术运行效果差。在飞机的制造装配过程中，治理方法也存在一些不足。虽然中国一直采用计算机辅助经纬仪和先进的激光跟踪技术等设施，但安装过程中很少使用更先进的安装和设计技术，尽管在一定程度在做到了简化处理，结构比较清减。但是，同发达国家相比，还是存在一定差距，下面列举一些我国飞机装配技术中的不足现象以及产生这种现象的原因：

①由于我国对飞机装配技术的研究时间不长，一些应用还不够成熟。而且我国对飞机装配技术的资金投入也不到位，导致飞机装配技术的配套不够完善，在某些方面缺乏技术支持。一些飞机的装配制造甚至还是手工作业，严重影响了飞机装配的质量和效率，安全性和稳定性。

②飞机的设计制造还没有做到全面改革，部分飞机装配设计还在使用串行模式生产加工，使得部分技术功能存在局限性。

③对整个社会而言，科技水平在不断进步，数字化处理技术已成为飞机制造过程的基本需求。然而，我国在飞机装配过程中对数字技术的应用仍然是小规模的形式，一些设计生产过程采用数字化技术的效果不明显。

④虽然目前我国在各个方面已经做到数字化信息的传递，但在某些领域还处于孤岛现象，对于模拟传输仍然不能得到适当有效的解决方案。飞机装配数字化设计过程中的生产线不能够正常运行，对飞机装配的施工的执行有一定的影响。

⑤装配过程和工艺设计与产品设计脱节，没有充分实现并行工程，导致飞机装配完成后协调困难，造成返工率高的现象；

⑥在装配技术方面，尽管部分使用数字技术，比如在协调方式上部分采用了数字化传递方式，但大多数企业的飞机制造过程还是采用模拟传输的方法。

⑦目前飞机装配的主要手段还是采用专用工装装配并安装光学仪器来测量，没能实现在数字化装配技术的新突破，从而使得飞机制造成本居高不下。

⑧由于数字技术没有被广泛使用，导致在现场工作的装配人员，还是时不时翻阅设计图纸和技术文件，增加了生产制造的周期。而且由于工作模式的繁琐，导致质量不能得到保证，经常出现装配错误的问题，对飞机整体的安全性和稳定性产生不利的影响。

2 飞机数字化装配关键技术

2.1 数控柔性装配定位技术

柔性装配定位设计的基准和目的是柔性定夹持及定位技术，因为一般飞机的组织结构件尺寸和形体都不太小，组成构成也比较繁琐，这致使定位件或夹紧件之间的配合会受到很多制约。而飞机的零部件大部分是薄壁型零件，在组成和装配过程中极容易发生各种形式的装配变形。所以，为了保证飞机零部件装配的准确程度，需要设计和研究一种恰当的定位方法，用来提升定位准确性和反复定位精度。

2.2 自动化精密制孔技术

飞机装配领域中的连接基本上都是机械连接，把螺栓和铆钉固定作为主要方式，连接之前一定要打孔。因为我国目前在飞机装配领域内依旧是用人工打孔的方式，打出孔的好坏程度受到工人水平的影响，致使孔的质量高低不均，不能够确保装配的准确度，而且装配时效率不高，对产品的最终稳定性有一定影响。其装配连接的质量好坏对产品构成抗疲劳性以及可靠性都会产生最直接的影响。与此同时，伴随着复合材料结构在飞机制造领域中的应用更为广泛，促使国内的飞机装配连接质量，研发周期，产品功能效用等都有了明显的提升。

在装配的设计和方式领域中，针对金属结构的打孔我们已经累积了很多的工艺方法，形成了完善和规整的工艺流程，而针对复合材料结构件的打孔并没有形成与之相匹配的装配工艺体系。因此，飞机数字化装配自动化精密制孔技术的要求如下：复合材料、铝合金、复合叠层结构制孔的切削时速、刀具参数、冷却方式、进给量等工艺参数的试验和优化设计技术；小空间内的精密打孔技术；复合叠层结构制孔执行器轻型化研发和精准定位；依据飞机产品装配的特定形式，研发自动精密打孔设备。

2.3 高效长寿命连接技术

随着对飞机可靠性和耐久性要求的不断提高，长寿命连接技术受到越来越多的重视，尤其是在大型飞机的研制过程中。干涉配合已成为延寿技术的主要方法，可以提高结构的疲劳寿命，国内外好多飞机制造过程中都采用大量的干涉配合紧固件。例如伊尔86上使用的各种干涉配合螺栓多达34 400个，空客A320机翼壁板，仅钛合金的干涉螺栓就有11 000个。目前我国涉及紧固件的配合通常使用锤击打入或者是液压压入的方法，这些传统的方式很容易导致紧固件的膨胀或强度，致使安装变得极为困难；对于具有较大干涉量的紧固件，用打入的措施极其容易对孔壁造成伤害，最终导致飞机使用寿命的简短。因此，飞机数字化装配高效率长寿命连接技术的技术要点如下：支持长寿命连接、密封连接的复合材料干涉螺接、干涉铆接技术；装配过程中非小尺寸的装配件和装配结构变形分析的技术；根据飞机产品装配的特点，开发飞机高效长寿命的连接单元；钛合金高锁螺栓、钛合金铆钉连接技术。

2.4 大尺寸精密测量技术

飞机测量系统的可靠性和精准性是其数据保证装配时的数字化，数字量调整和配合的基础数据是测量数据，要实现数字化装配定位、制孔、连接，需要高精度的测量方法。有尺寸大、精度高是飞机产品的显著特点，所以，就对测量技术和测量系统提出了非常高的要求。精密测量包含以下几个方面：开发适合飞机产品特点的大尺寸精密测量单元；激光与iGPS测量的综合测量方法；针对数字化装配过程的跟踪测量方法；对机总体装配的iGPS 测量方法。

2.5 多系统集成控制技术

尽管飞机数字化装配的根本是操作控制系统，但是在飞机数字化装配的实施过程中，也存在着与装配有关的许多系统，例如，设计数据，工艺数据，测量数据，位置数据，钻孔数据等存在着互相作用和互相协调的关系，然而实现交互与协调则需要多系统集成操作控制技术作为基础，主要有以下几点：针对实时测量反馈的在线控制技术和三维数模的离线控制；开发满足飞机数字化装配系统特点的多系统集成控制单元；集成接口技术和处理数据标准；动态补偿设备精度的误差。

3 有效建立飞机数字化装配标准及其规范

作为与飞机数字化装配工艺有关技术总结和数字化装配技术规范和依据，不但能够对飞机制造企业进行数字化装配实施有指导作用，而且是连接理论研究、基础技术研究转化为生产应用的枢纽，所以需要研究相关的飞机数字化装配技术标准与规范，从而保障飞机数字化装配体系的顺利实现，更积极地为我国数字化装配以及数字化装备自主研发能力的提升、实现创新知识产权和技术成果的推广起到关键作用，具体包括三大标准和类别的飞机数字化装配流程。规范装配操作类标准：长寿命连接、规范集成控制技术、数字化测量技术、数字化装配容差分配技术以及数字化柔性定位；规范设计类标准：规范不同类型零组件的建模，针对三维标注方法手册，规范数字化装配的飞机结构设计；规范工艺类标准：针对数字化装配工艺体系的规划和研究的相关技术、飞机数字化装配仿真技术以及数字化柔性定位、自动化精密制孔进行规范。

4 飞机数字化装配技术的应用

为了实现对一些特定零组件的装配，需要数字化装配系统许多种先进数字化装配技术共同工作，从而构成了一个数字化装配系统。作为以数字化装配技术为支撑的数字化装配系统，在光学检测与补偿技术、数字化装配技术及工装技术及数字化集成控制技术的整体应用上都有所体现。

①在飞机设计阶段，装配零件和装配工装的特性，以及相互之间的装配特点被输入到系统服务器里。通过装配集成控制系统可以共享数据，进而源源不断的分析优化这些这些特征信息，从而不断完善工装和零件以及他们装配的特征。

②若干柔性夹具和机械随动定位装置是数字化柔性装配工装所包含的。为了适应不同的车型，但在尺寸上有很多相似之处的零件，需要更改一些专用的夹具和卡板。因此只需更换一些专用夹具组件和卡板就可以在各种工装平台进行组装。

③为了对设计制造过程进行全面的监控和测量结果的及时反馈，需要在飞机装配技术应用中，综合使用光学测量仪器和，机械随动定位装置。为了在一定程度上使定位更加精准，保证飞机装配稳定性，需要利用以上技术定位零件及工装，并对闭环控制实行定位。

④实施飞机数字化装配技术是飞机装配过程的运行和信息技术强有力后盾，使控制更加科学性。装配过程的缺陷也能够得到有效地改善，使飞机装配过程的效率显著提高，保证装配质量，从而为快速发展和残酷的市场竞争提供有力的保障，使飞机结构的稳定性和可靠性得以实现。

总之，飞机的数字化装配技术体系是包含很多领域和学科的整体研究和应用，通过深入研究飞机数字化装配技术体系，实现飞机数字化装配技术的突破，构建飞机数字化装配设备，就可以从根源上改变我国基于二维图纸的工艺规划措施，同时可以有效地提高装配效率；改变我国目前航空产品在装配连接时大体上由工人手工操作的状况，有效地提高了生产效率，减少了协调的环节。

参考文献：

[1] 郭恩明.国外飞机柔性装配技术[J].航空制造技术，2011，（9）：28-32.

[2] 李原.大飞机部件数字化柔性装配若干关键技术[J].航空制造技术，2012，（14）：48-51.

数字化技术研究例5

1 引言

中小城市数字化建设是国家数字化建设的基础，将直接影响国家数字化建设的速度和实现的程度。早在2002年12月，全国中小城市就在北京举办了信息化论坛，来自全国300多个地区和城镇的代表与会交流经验，分享技术方案[1]。目前，数字城市建设在我国方兴未艾，中小城市正在奋起直追，全国已有二十多个中小城市被批准作为试点开展城市数字化建设。但由于技术力量薄弱、经济基础不够雄厚，造成了中小城市信息化水平乃至数字化建设的程度相对于大型城市有较大的差距，直接影响了国家数字化建设的步伐。

数字城市的建设是一项庞大的系统工程，涉及诸多领域，同时也面临许多实际问题。数字城市建设的关键技术体系则是面临的重要问题之一[2]，也是开展城市数字化工作的薄弱环节，主要表现为：（1）缺乏数字城市信息的综合集成。（2）缺乏数字城市综合决策支持系统。因此。加强对数字城市关键技术体系研究，加强信息的综合集成，建立数字城市信息基地和综合决策支持系统，已成为目前数字城市建设的急需。

2 中小城市数字化建设的主要内容

中小城市数字化建设是指综合运用现代信息技术对城市地理、资源、环境、人口、经济、社会与城市设施，城市规划、建设、管理等信息进行采集、更新和集成，实现城市管理、决策、工作、学习、娱乐的数字化[6]。包括城市网络基础设施建设、城市基础数据库及城市信息港建设、政府和企业信息化建设、电子商务平台建设、智能交通网络建设、家庭和生活数字化建设等内容。基本任务就是利用现代高科技手段，充分采集、整合和挖掘城市各种信息资源，特别是空间信息资源，建立面向政府、企业、社区和公众服务的信息平台、信息应用系统、综合决策支持系统以及政策法规保障体系等。可以归纳为以下几个方面：

2.1 城市设施的数字化

在统一的标准与规范的基础上，实现基础地理设施数字化[3]。具体包括以下几个方面：基础测绘数据：空间定位控制数据、地形框架数据，表现形式有数字正射影像图（DOM ），数字高程模型（DEM），数字线划地图（DLG）及数字栅格地图（DRG）。“城市基础设施：建筑设施，管线设施，环境设施，城市试验示范农业设施。”城市规划与管理：背景资料，城市监测，城市规划等[4]。

2.2 城市网络化

三网连接，电话网、有线电视网与Internet三网实现互连互通。通过网络分散的分布式数据库、信息系统连接起来，建立操作平台。

2. 3 城市的智能化

将城市的大部分或部分的基础设施、功能设施进行数字化，建立数据库，并用计算机高速通信网路连接，实现网络化管理和调控，并具有高度自动化，智能化的技术系统[5]。

2.4 城市可视化

采用多维度、多分辨率、多时相的数据在计算机上进行虚拟显示，可供人们游览。可视化主要包括地理环境DEM地形虚拟;灾害模拟;旅游景点模拟等[6]。

3 中小城市数字化建设的技术体系

中小城市数字化建设技术体系的构建是从中小城市的实际应用出发，解决信息共享过程中数据获取与更新技术、数据存储与管理技术、数据传输与交换技术以及数据集成、分析与表达等关键技术问题。在已建成的网络平台上，利用成熟技术，针对空间信息的管理、操作、查询、分析和表达等功能来开发系列的软件系统，完成系统集成与辅助决策。主要包括以下几个方面：

3. 1 多源数据的无缝化集成技术

多源数据的无缝化集成技术研究包括两方面：利用空间分析技术，把各种数据统一到具有一致空间分辨率、统一数据参数的空间数据基准中；采用多分辨率无缝影像数据库技术建立历年航空、卫星遥感影像数据库。实现社会、自然要素数据的融合与尺度转化、异构数据的转换，达到数据挖掘利用、信息互通共享的目的。

3.2 海量数据的存储、处理和传输技术

数据的存储是构建数字城市的基本保证。在中小城市数字化建设中，涉及到空间数据、政务数据和专题数据等多种数据。数据品种多样、分辨率各异。不同数据的地域性、专属性、详细程度各不相同。寻求一种对海量数据的不同类型与不同分辨率的数据进行存储与管理方法是中小城市数字化技术的关键之一。

3.3 空间信息压缩及网络传输技术

在空间信息的共享中，影响共享水平的主要瓶颈是大数据量的空间信息在有限的网络带宽的限制下的传输问题。即使是中小城市，其数字城市建设所需要的数据已不能通过单一的数据库来存贮，而需要由不同的组织及相关部门来维护。这意味着参与中小城市数字化建设的服务器将需要由宽带高速网来连接。

3.4 可视化和虚拟现实技术

在数字城市建设中，可视化与虚拟现实技术可以将静态的、平面的、死板的数据表示转化为多维的、动态的、交互的、逼真的现实模拟。在中小城市数字化建设中，可视化与虚拟现实技术将包括：城市景观的可视化技术、城市地下管网的断面剖示技术、大面积建筑群体的高效三维建模技术、城市、街道、社区的三维动画设计、三维的购物环境、交通管理、城市灾害事故和突发事件的动态模拟、城市时空变化的3S动态模拟技术、虚拟城市规划技术（包括规划方案的景观、日照、周围环境等分析技术）。

4 结论

数字城市是数字化了的一个有机城市，它所涵盖的各种技术是相互联系、相互依赖的。但在实际应用中它们的联系还不够紧密，成了中小城市数字化建设的瓶颈之一。因此，关键技术的集成及技术体系的建设将是研究的热点问题之一，对保障中小城市数字化建设的顺利开展具有重要的意义。

参考文献：

[1] 池天河，王雷，王钦敏等.数字省建设技术体系研究[J]. 计算机科学，2003,30（2）.

[2] 赵俊三，赵耀龙，GIS发展的最新趋势及其应用前景[J] . 测绘工程，2000,9（2）.

[3] 顾朝林，段学军，于涛方等. 论“数字城市”及其三维再现关键技术. 地理研究2002,21（1）.

[4] Toru Ishida. Activities and Technologies in Digital City Kyoto [DB/OL].

数字化技术研究例6

通过有效的运用先进装配技术，更好的提高飞机制作的整体水平，从而实现飞机制造工作中对数字化技术的有效的运用，从而更好的实现数字化技术的完善，对飞机的转配工程也出现了很大的问题，通过对数据对于信息化管理技术来说，对机的信息自动化管理十分的重要，很大程度可以有效的是实现飞机使用的效率，在不断提高飞机制造技术的同时，更好的保证飞机自动化技术的实现。

1 我国飞机装配技术现状

我国科学技术发展的时间较短，出现了很多的问题，一些精密先进技术使用的时候，没有达到想要的效果，在设备安装配置的时候很少利用先进技术，没有高效的技术作为支撑，虽然很多设备在一定的程度上得到很好的处理，采用计算机技术进行相应的测量等手段，然而这些与发达国家相比存在很大的差距，以下对我国飞机装配技术中出现的问题进行分析。

（1）对于我国飞机装配技术在经过长期的研究，还有一些技术没有得到及时的应用，同时在对飞机投入的资金严重不足，没有对飞机设备的装配进行有效的完善，在技术方面没有有力的保障。也就导致很多的飞机在装配中没有很好的保证质量，严重的影响了飞机转配的质量，对使用的安全性和稳定性没有保障。

（2）对于社会来说，科学技术的不断发展，数字化技术也是飞机设置中的重要的部分，在我国飞机制造中很多时候都会使用数字化技术，但是存在一定的局限性，也就导致在飞机制造中对数字化技术的运用的效果不佳。

（3）对于我国数字化在各个方面的使用，也存在一定的问题，对于一些没有进行有效的解决，对机数字化转配设计也就没有有效的运转，对飞机的质量造成了严重的影响。

（4）对机装配过程中，施工工艺也就决定了飞机装配质量的效果，产品的设计和工艺没有有效的结合，导致飞机装配不能有效的保证质量，导致很多工作的返工。

（5）对于很多部门在使用数字化技术时，装配方面没有进行全面的分析，比如，在融合方面也就没有对数字化使用的效果进行分析，大多数飞机制造过程就是通过一定的模仿使用数字化技术。

（6）目前对机装配使用的重要技术就是采用的装配光学仪器进行测量，没有很好的突破数字化装配技术的优化使用，导致飞机的成本相对较高。

（7）由于数字化技术没有得到普及，在对飞机实际的装配过程中，没有较高的认识，不能及时地提高制造效率，同时也导致工作的形式比较复杂，对制造的质量没有保障，经常出现一些装配问题，对飞机的整体安全性也就存在很大的影响。

2 飞机数字化装配技术研究

2.1 数控柔性装配定位技术

对机柔性装配就是定位在飞机设置制造的整体特性，对一般飞机的构造的大小和外形进行分类，提高飞机整体的利用效率，对于很多飞机构造相对复杂的，在对飞机进行装配的时候，很多时候都会导致飞机整体的变形，因此为了保证飞机构建整体的精确度，也就需要对整体的结构进行全面的掌握，必须设计出一种实用的定位方法，提高装配的精确性和定位的准确性。

2.2 自动化精确制孔技术

在飞机装配范围过程中，需要对机器进行衔接连接使用，需要对机器的整体设备进行加固，在连接之前也就需要打孔。由于我国目前飞机装配范围都是利用的人工打孔的方法，对于打孔的准确也受到很大的影响，也就导致很多制造质量的普遍的降低，不能更好的保证飞机设备的准确性，同时也需要较长的装配时间，对产品的稳定性程度也产生较大的影响，导致装配质量的好坏也直接关系飞机的稳定性和可靠性，提高我国飞机装配连接的质量，对于产物产品的功能质量都具有显着的提高。

2.3 提高使用周期的连接技术

随着飞机制造技术的不断提高，可靠性和耐久性不断的提高，飞机使用寿命也得到重视，特别就是对大型飞机制造过程中，不断的提出延长使用周期的重要技术，更好的保证飞机的使用效果，对于国内外很多的飞机制造过程中都是用了干涉连接技术。比如，伊尔86上利用的各类共同螺栓多达34400个，空客A320机翼壁板，仅钛合金的使用螺栓就有11000个。目前我国涉及固件打击方法具有锤击打入和液压压入，对于这些传统的方法很多时候都会影响固件的使用强度，也就严重影响装配过程的正常实施，对于一些具有较大数量的固件，在打入的时候需要慎重使用，由于这些固件很容易对孔壁构成损害，最终导致影响飞机使用寿命的冗长。因此，客采取以下措施提高质量、延长使用周期：机器人自动制孔技术、自动钻铆技术、依据飞机产物装配的特点，开发飞机高效长寿命的连接单元；钛合金高锁螺栓、钛合金铆钉衔接连接技术。

2.4 大尺寸精密测量技术

对机测量系统的可靠性是更好的保证装配过程的顺利进行，提高数字化技术的准确性，要想更好的实现数字化装配技术，也就需要更好的测量方法，对一些较高精确度的零件的生产，对在进行测量的时候需要对相关的技术提出更好的要求，要对测量精密度进行分析，其中测量的主要包括下面几个方面：在对飞C使用特点进行分析的时候，对测量的方法需要综合分析，保证数字化的准确性，对飞机的整体装配进行处理。

2.5 多系统集成控制技术

虽然飞机数字化转配在具体操作中控制系统具有很好的作用，对机数字化装配在实际的运用中，还存在很多与飞机装配没有联系的系统，比如，使用的计划数据、工艺数据、测量数据和地理定位数据等，这些都存在一定的相互作用，并且互相联系，也要对数字化技术进行全面的分析，对数据进行有效的控制，要对数据进行以下几个方面进行，针对测量的实际效果进行数据的研究，保证飞机数字化装配技术的特点，保证接口的数据要求，确定设备精度的误差。

3 结束语

总之，对机的装配技术运用的领域相对比较广泛，通过有效的保证数据的准确性，需要对飞机数字化装配技术进行深入研究，实现飞机转配技术的突破，可以更好的转变我国飞机装配的质量，提高飞机使用的效果。

参考文献

数字化技术研究例7

1 引言

传统的飞机装配采用刚性工装定位、手工制孔连接、基于模拟量传递的互换协调检验方法和分散的手工作坊式生产。自20世纪 80 年代以来，随着计算机辅助设计/制造（CAD/CAM）技术、计算机信息技术、自动化技术和网络技术的发展，数字化技术在现代飞机制造中得到了广泛的应用，飞机制造进入了数字化时代。

在数字化技术的推动下，飞机装配技术快速发展，形成了现代飞机的数字化柔性装配模式。数字化柔性装配模式具体表现为：在飞机装配中，以数字化柔性工装为装配定位与夹紧平台，以先进数控钻铆系统为自动连接设备，以激光跟踪仪等数字化测量装置为在线检测工具，在数字化装配数据及数控程序的协同驱动下，在集成的数字化柔性装配生产线上完成飞机产品的自动化装配。

2 飞机装配生产线特点

一般机械制造中的装配线是指人和机器的有效组合，通过将生产中的输送系统、随行夹具和在线专机、检测设备等进行有机组合，从而满足多品种产品的装配要求，充分体现了设备灵活性。装配生产线的应用，提高了生产效率缩短了制造周期，但自动化生产线的成本较高，主要用于批量生产，如在汽车行业。

但飞机产品型号多、批量少的特点使得飞机装配生产线需要在具有一般机械产品装配生产线的特点基础上，还应具有一定的柔，这样同一生产线既能用于同型号同批次，又能适用于同型号改进改型系列机型的飞机产品装配，从而满足了装配生产线对产品产量的要求，可充分发挥其优势，实现现代飞机产品的精益制造。

与国外发达国家相比，我国现代飞机柔性装配生产线技术无论在研究层面还是应用实践层面都存在较大的差距，主要表现在：

(1)现有的产品设计模式和产品特征没有充分考虑产品柔性装配技术的应用需求，不适应柔性装配生产线的发展要求。

(2)基于MBD的数字化装配工艺规划与管理技术缺乏系统研究和应用。工艺设计手段还停留在二维工艺设计和表述为主的水平，存在与数字化产品设计不衔接、设计周期长、返工量大、需要实物验证和示教性差等诸多问题，大量制造依据信息以工艺文件形式分离存在，管理混乱，不能满足柔性装配生产线可视化装配、无图制造的发展要求。

(3)数字化检测技术严重滞后。

大量采用专用工装、标准量具等模拟量设备进行产品的测量与检验，测量效率低、精度差，不能满足柔性装配生产线快速精确测量、在线质量控制的需求。

3 数字化柔性装配生产线内容及关键技术

通过研究国外数字化装配技术的发展状况，结合飞机装配及其生产线的特点，可得出构建新一代飞机数字化柔性装配生产线必须包括以下内容及关键技术：(1)面向装配的数字化产品并行设计，为实现柔性装配、敏捷制造提供前提和基础；(2)数字化三维装配工艺设计与仿真系统，实现整个装配过程中数字量传递；(3)数字化柔性工装系统，实现工装快速响应、快速重构以及数字化定位；(4)先进的连接设备及技术（包括柔性制孔技术、自动钻铆技术、电磁铆接技术等），保证装配质量和效率，实现装配过程的自动化；(5)数字化测量检验系统，实现装配过程中的精确测量和协调装配，装配完成后的精确检验；(6)数字化装配生产线辅助装备及管理，建立数字化柔性装配生产线集成管理系统，实现从产品设计、工艺、装配、检验和现场管理各装配生产环节信息的高度集成和移动生产线的自动配送物流管理。

上述各项内容在实际应用中互相联系、互相支撑，通过将其整合和集成，可构建现代飞机的数字化柔性装配生产线，实现现代飞机产品的数字化、柔性化、自动化装配。

数字化三维装配工艺设计与仿真系统是实现飞机数字化装配模式、构建飞机数字化装配生产线的软件基础，现代飞机整个装配过程都是建立在数字化工艺设计的基础之上的，只有采用基于单一产品三维数字量模型的数字化工艺设计方式，为整个装配过程从源头上提供数字量数据基础，基于数字化装配的柔性装配生产线才有可能真正实现。

数字化柔性工装系统、先进连接设备及技术、数字化测量检验系统是实现数字化柔性装配生产线的硬件基础。通过数字化装配工艺设计仿真系统得到的数字量数据必须由数字化的工装及设备来执行，才能保证整个装配过程的全数字量传递，从而实现整个装配生产线的数字量协调。

4 结论与展望

当前国内军机产品的数字化设计与零件制造技术发展迅速，但是装配技术作为飞机制造的关键还停留在二、三代机的制造水平，与其他军机制造技术相比严重滞后，已成为军机型号快速研制和生产的瓶颈。数字化产品定义取代二维工程图样已成为必然趋势，零件精准制造技术的快速发展为实现飞机柔性装配提供了必要的前提，新一代飞机长寿命、隐身、高可靠性、低成本快速研制的需求对数字化柔性装配生产线的应用提出了迫切要求。

(1)发展应用柔性装配生产线是现代飞机制造业大势所趋，通过发展应用柔性装配生产线，可大幅度提高产品装配质量和效率，是现代飞机产品制造的显著特点。

(2)通过发展柔性装配生产线，可促进数字化柔性装配技术的发展和应用，从而解决现有装配技术难以满足新一代飞机长寿命、隐身和高可靠性等要求的瓶颈问题。

(3)通过发展柔性装配生产线，可建立飞机柔性装配多系统异构测量平台和集成检测系统，形成数字化装配模式下的新质保体系和产品检测机制，从而解决现有模式下测量手段简单、无法实现空间大尺寸动态测量，测量数据手工记录，与产品设计和工艺规划系统脱节，难以保证装配的高精度与产品及工艺的完整性等关键技术难题。

综上所述，在国内发展应用数字化柔性装配生产线势在必行，但应充分利用前期研究工作基础，围绕数字化装配技术的发展趋势和生产线的迫切需求，根本上改造传统的设计体系、制造体系、技术体系和管理体系，实现流程再造、资源整合和生产组织调整，从而构建现代飞机数字化柔性装配生产线。

数字化技术研究例8

变电站信息的采集、传输、处理全过程实现数字化，每个环节都具备完善的自诊断功能。实现变电站过程层的所有设备都智能化，二次接线大大简化。整个变电站的信息模型，包括数据模型和功能模型，都采用统一模式各类设备的数据通信都采用开放 的统一的通信协议，所有数据无缝交换，所有信息的可靠性、完整性、实时性都能得到保证，数据测量精度高，整个变电站的管理实现全面的自动化和信息化。

一，发展现状

在当今的信息化时代中，数字化也越来越为人们所重视。数字化变电站的基本特征体现在设备智能化，通信网络化模型和通信协议统一化，运行管理自动化等。变电站自动化技术经过十多年的发展已经达到一定的水平，随着智能化开关、光电式电流电压互感器、一次运行设备在 线状态检测、变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，势必对已有的变电站自动化技术产生深刻的影响，全数字化的变电站自动化系统即将出现，变电站的数字化为变电站的运行管理带来了新的机遇和挑战。

二，技术特征

数字化变电站是由电子式互感器、智能化一次设备、网络化二次设备分层构建，建立在IEC61850通信规范基础上，能够实现变电站内智能电气设备间信息共享和互操作的现代化变电站。

1．智能化的一次设备。一次设备被检测的信号回路和被控制的操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计，简化了常规机电式继电器及控制回路的结构，数字程控器及数字公共 信号网络取代传统的导线连接。

2.网络化的二次设备。变电站内常规的二次设备，如继电保护装置、防误闭锁装置等全部基于标准化、模块化的微处理机设计制造，设备之间的连接全部采用高速的网络通信，二次设备不再出现常规功能装置重复的I/O现场接 口，通过网络真正实现数据共享、资源其享，常规的功能装置在这里变成了逻辑的功能模块。

3.自动化的运行管理系统。变电站运行管理自动化系统应包括电力生产运行数据、状态记录统计无纸化；数据信息分层、分流交换自动化；变电站运行发生故障时能即时提供故障分 析报告，指出故障原因，提出故障处理意见；系统能自动发出变电站设备检修报告，即常规的变电站设备“定期检修”改变为“状态检修”。

三，数字化变电站自动化系统中的网络选型

网络系统是数字化变电站自动化系统的命脉，它的可靠性与信息传输的快速性决定了系统的可用性。常规变电站自动化系统中单套保护装置的信息采集与 保护算法的运行一般是在同一个CPU控制下进行的，使得同步采样、A/D转换，运算、输出控制命令整个流程快速，简捷，而全数字化的系统中信息的采样、保 护算法与控制命令的形成是由网络上多个CPU协同完成的，如何控制好采样的同步和保护命令的快速输出是一个复杂问题，其最基本的条件是网络的适应性，关键 技术是网络通信速度的提高和合适的通信协议的制定。

如果采用通常的现场总线技术可能不能胜任数字化变电站自动化的技术要求。目前以太网（ethernet）异军突起，已经进入工业自动化过程控制 领域，固化OSI七层协议，速率达到100MHz的嵌入式以太网控制与接口芯片已大量出现，数字化变电站自动化系统的两级网络全部采用100MHz以太网 技术是可行的。

四，数字化变电站中存在的问题及解决途径

数字化变电站自动化系统的研究目前尚处于起步阶段，大部分精力集中在过程层方面，例如智能化开关设备，光电互感器、状态检测等技术与设备的研究开发。目前存在着许多问题：

（1）研究开发过程中专业协作需要加强， 比如智能化电器的研究至少存在机、电、光三个专业协同攻关。单一专业取得全面突破仍有相当大的困难。

（2）材料器件方面的缺陷及改进。如电子式互感器的材料并且试验设备、测试方法、检验标准，特别是电磁干扰与兼容控制与试验还是薄弱环节。

（3）数字化变电站的管理模式与传统变电站有很大区别，需要根据其自身特点制订相应的管理操作规程，不能完全套用传统结构的变电站。

（4）数字化变电站的系统安全问题尤其突出，由于数字化变电站采用的软硬件平台易于受到黑客等外部攻击，因此从设计到实施系统的安全措施都十分重要。目前可采用 的技术措施分为物理隔离、加密技术与防火墙。关于变电站网络的物理隔离、物理分段和系统分区国家电力调度通信中心已经有明确的规定，一定不能忽略。加密技 术可以对网络中传输的数据进行加密处理，到达目的地址后再解密还原为原始数据，从而防止非法用户对信息的截取和盗用。防火墙技术通过对网络的隔离和限制访 问等方法，来控制网络的访问权限，从而保证数字化变电站系统的网络安全。

本文论述了数字化变电站综合自动化系统的特征、结构及其发展。数字化变电站自动化是一个系统工程，要实现全部数字化变电站自动化的功能，还有许多技术问题需要攻关解决，作者相信在不太运的将来数字化的变电站自动化系统，将有一个蓬勃的发展期。

参考文献

数字化技术研究例9

中图分类号：TH744 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）02-0010-04

从数字化技术应用角度，我国航空企业的复合材料数字化设计制造技术仍处于很低的水平，仅是某些数字化单项技术的应用，不具有组合性和连续性。

而欧美的航空公司（波音和空客）在飞机研制中将数字化技术应用到设计、制造、管理的整个过程当中，从最初的设计建模，到工艺准备、工装设计，再到后期的产品检验，每个环节无一不用到了数字化技术。国外的这些应用成果表明，必须建立集成的数字化设计制造环境，这样才能真正地打通复合材料构件数字化生产线，打造出飞机复材结构件的精品。

1 复合材料数字化设计与制造环境

1.1 设计数字化

1.1.1 目前的软件环境。建立了以万兆以太网为干线的企业园区网，拥有上千台先进计算机、大型服务器和PDM系统等良好的硬件基础。拥有CATIAV4、CATIAV5工作平台，实现了复合材料构件100%的计算机辅助设计。拥有复合材料专用设计软件FiberSIM、Covers、CPD，结构分析软件MSC、Patran、Nastran、Dytran、Fatigure、Beasy、Nasgrow、优化软件COMPASS等。图1和图2为应用设计软件进行数字化设计。

1.1.2 FiberSIM和CPD工程设计软件。FiberSIM和CPD软件是集成于CAD系统中的一个软件工具包，它可以使CAD系统成为高性能的设计和制造复合材料零件的软件工具。FiberSIM和CPD软件可以进行复合材料零件的结构分析、工程设计、曲面展开、铺层定义、自动排料等，并通过相应接口将定义信息传递至自动剪裁机、激光铺层定位仪和检测设备，完全取消了图纸并提供了复合材料零件数字化定义的单一产品数据源，不会由于不正确或不完整的尺寸以及数据转换错误造成返工，极大地减少了检验工作量，产品精度大大提高。

1.1.3 生产制造数字化复合材料的生产规模、生产能力与生产设备关系紧密，生产规模的扩大与产品质量的提高都要有高质量的设备作基础。哈飞的复合材料发展的每一个阶段，都配备了与生产发展相配套的设备。到目前为止，我厂已经具备铺层定位系统、数控下料机等工艺设备。表1为我厂复合材料主要生产设备。

1.2 铣床

1.2.1 自动铺带系统。复合材料制造工时中，手工铺层所需工时约占总工时的60%或更高，而且质量不稳定（一般铺层取向有±2°的误差，铺层间隙不均匀）。纤维缠绕法铺层自动化、效率高，多用于形状规则的筒形、板形构件，为此开发了ATL（Automated Tape Laing）自动铺带技术。

ATL技术中铺放头单轴向运动，只能铺30°范围内的外形，带宽3～12英寸，铺带速度为每分钟40m。美国波音Cinati Machine与Cytec共同努力于70年代中期开始研制自动铺带机，现已发展了三代Tape Laing Machine：

第一代：平面、窄带、带宽3英寸

第二代：大型平面、宽带、带宽12英寸

第三代：铺曲面，称“外形铺带机”CTLM

主要工作过程：预浸料分配稍加热与纸分离铺下、切断、压实，关键是铺带头，具有扇形端，随零件外形走动、均匀施压。该技术可节省86%的铺贴工时，10%的材料，废品率仅3%～5%，手工为25%～30%。取向均匀性都比手工铺贴好，提高了制件的精度和质量，降低了成本。据悉，目前已售出50多台，价格约为每台300万美元。

1.2.2 自动铺丝系统。由于带子太宽，所以ATL技术难于铺出有双曲率的形状复杂的构件，因此，在ATL技术和纤维缠绕技术的基础上发展了AFP（Automated Fiber Placement）自动纤维铺放技术，该技术自20世纪80年代中期研发，1989年Cincinati Machine设计了第一台AFPM，并于1990年交付使用。

AFP技术中，丝束是预浸无捻纤维束，宽度为3mm的窄带，厚度0.14mm，长度以km计，铺放速度为每分钟6m，计算机程序控制，铺放精度可达3‰，铺层时可进行压实或固化。

窄的丝束可以更好地控制纤维取向，只增强那些应该增强的部位，而不会将周围部分随之过分增强。由于铺放头可以单独铺放及切割每一丝束，所以AFP技术易于构成厚截面和变截面以及制造几何形状复杂的大型构件，并且具有速度快、精度高、质量好、材料利用率高的特点，加上大面积整体成形技术可降低成本50%。自动纤维铺放机如图3所示：

1.2.3 自动下料系统。为减少手工下料错误，使下料过程更准确、更快捷，采用专门的数控切割设备来进行预浸料的平面切割。转化后的数据文件被用于控制切割设备的运行，从而避免手工操作不可缺少的切割样板，有助于为铺层排料和特形铣等后续应用提供必要的信息。

1.2.4 激光铺层定位系统。激光铺层定位系统是由一个工作站附带若干台铺层定位仪而构成的。工作时定位仪将激光投射在工装的定位元件上。确定位置后即开始工作，按工作站预先编制的软件将激光投射在工装预定的区域，表明要铺层的位置、形状、材料种类代号及方向。该系统不仅提高了铺层准确性，而且实现了整个过程脱离图纸，从而极大地提高了劳动生产率。

2 研究内容与过程

本课题以转包B787复合材料翼身整流罩494Z2202-3为基础，研究复合材料数字化技术的应用。首先，哈飞的设计、工艺和质量人员对波音公司提供的《纤维增强复合材料件制造规范》（BAC5317）要求统一认识。其次，分析波音公司提供的复合材料板件数模，按规范要求进行铺层扩展补充设计，并生成供制造车间数控切割设备下料的铺层展开图和供激光铺层定位系统投影的激光投影程序。最后，由制造车间对铺层展开图进行排板下料，并按激光铺层定位系统的投影和BAC5317要求进行铺层，铺层结束后，按规定的温度、压力和时间进行固化。固化结束后进行切边钻孔，并按BAC5317要求进行C扫描和无损检测（NDI）。

B787复合材料翼身整流罩板件曲面比较复杂，零件的结构尺寸为2700×1300mm，板件均为蜂窝夹层结构，采用对称设计，铺层主要以0°、±45°和90°三种为主，在每一个件中至少有10%某方向的铺层，以防止树脂直接受力。铺层递减宽度相等，均大于或等于2.54mm，以避免层剪破坏。该件有6块蜂窝，6块蜂窝为变厚度蜂窝，厚度为25.4～46mm不等，加工起来非常困难。蜂窝边缘采用切20°

角形式，采用大圆角过渡，板件铺层为29层。

B787板件所选用的材料为环氧胶膜（BMS5-154）、铝箔（BMS8-336）、玻璃纤维环氧加强布（BMS8-79）、碳纤维环氧加强布（BMS8-168）和泰德拉膜，在上表面蒙皮采用一层厚0.1mm的铝箔来达到防雷击的目的。

以上所有零件的几何形状、结构尺寸、尺寸公差、材料属性、工艺信息都包含在CATIA数模和FiberSIM软件中。图4为用FiberSIM软件显示板件模型各种设计信息。

根据每一层的边界生成投影文件；根据每一层的展开图生成下料文件，将这两个文件分别输入到投影设备和下料设备中，投影设备在工装表面投影出每一层的轮廓，自动下料机按照下料文件上的信息在预浸料上裁减出每一层的平面展开状态的形状，最后将下料机裁减出的每一层按照工装上所投影出的轮廓铺贴上去，当所有层都铺贴完成后到热压罐里固化成形，经过切割最终成型出产品。

3 结语

通过对波音787翼身整流罩的数字化设计与制造研究，应用复合材料数字化设计制造技术与传统设计、制造方法相比：制造周期缩短30%；原材料节省20%。

通过对复合材料数字化技术应用进行全面研究，可以极大地推动我国复合材料设计与制造水平，实现复合材料设计、工艺、制造一体化，数字化技术的应用将成为今后我国航空企业工段技术的主要发展方向。

参考文献

[1] 中国航空研究院．复合材料结构设计手册[M]．北京：航空工业出版社，2001．

[2] 杨乃宾，章怡宁．复合材料飞机结构设计[M]．北京：航空工业出版社，2002．

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[4] 戴棣，谢富原．航空复合材料结构的先进制造技术[A]．航空复合材料预研二十年回顾与展望研讨会论文集[C]．2001．

[5] 沃丁柱．复合材料大全[M]．北京：化学工业出版社，2000．

数字化技术研究例10

1 引言

图像监控技术是目前得到广泛应用的技术，基于图像监控技术研发的图像监控系统已经成为银行、大型商场、保密单位、制造企业、交通部门等企业和政府部门正常运行必备的系统。

就目前的市场而言，图像监控系统的主要用户包括：生产制造企业，主要用于监控无人化的生产线，随着柔性制造线的发展，自动化和无人化是企业现代化的特征，因此，生产制造企业对图像监控系统地需求已经成为监控系统市场中的热门；银行、交通、旅店、小区以及大型商场，对图像监控系统的需求也非常大，小区停车场、银行营业部都需要监控系统进行全天候监控；军事基地等保密单位出于保密的需求，必须安装图像监控系统，以防不法分子窃取情报；由以上案例可知，图像监控系统的市场需求量极其庞大。

目前，图像监控系统市场上占主导地位的是模拟监控系统，这种传统监控系统有很多缺点。传统监控系统利用录像机录制镜头的画面，存在清晰度差、监控有死角、查询麻烦、保存困难等问题，因此无法广泛应用，必须研制新的图像监控系统，对图像监控系统进行升级改造。

网络数字视频图像监控技术是现代高科技的结晶，将图像处理与信息技术进行了完美结合，新技术的应用使得网络数字视频图像监控技术比传统的模拟监控系统有非常明显的优势。因此，本文从网络数字视频图像监控技术的优化角度进行深入的研究。

2 网络数字视频图像监控系统新技术

2.1 网络数字视频图像监控系统新技术研发的必要性

网络数字视频监控系统与传统的模拟监控技术相比有很多的优点，其中最突出的优势就是提升了监控系统的自动化水平。监控自动化水平的提高主要源于视频序列检测技术。传统的图像监控系统中，需要人工观察，当监控人员发现危险情况或者异常情况时，人工进行报警。网络数字视频图像监控技术出现之后，基于数字视频技术的平台 ，图像序列检侧技术也逐渐成熟。运用图像序列监测技术，可以代替监视人员对图像中人或物的活动进行检测，如果活动与系统中的设定的危险情况相符，则发出报警信号，此项技术的应用可以使得网络数字视频监视系统的自动化水平得到质的提升。图像序列检测技术除了自动报警的功能之外，还可以对检测到的各种数据进行统计，例如，交通部门中运用此项技术，可以对城区各主干道车流量进行统计，绘制出每日的城区车流量曲线图。

2.2 图像序列运动检测技术的研发难点

在我们的日常生活中，运动是生活的主要方式，有意以的信息大多包含在运动之中，因此图像序列运动检测技术主要研究物体的运动信息。比如，交通部门的监控系统的重要职责包括车流流量的监测，生产制造企业的监控系统关注生产线自动运行的全过程。图像序列运动检测技术的难点在于难以准确分割物体的运动过程，而且由于此项技术给予数字视频监控技术，运动物体之间的遮挡给分析带来了很大的困难。

2.3 图像序列运动检测流程

图像序列运动检测的算法有很多，根据技术的应用范围不同而选择相应的算法。数字视频监控系统中应用此项技术，首先要检测出监控系统检测的图像内有没有物体发生运动，然后根据需要检测物体运动的位置和方向，这些需要根据特定的需求来编写相应的算法。例如，对于有自动报警需求的系统，在算法中列出自动报警的条件，如果检测到物体的运动位置和方向信息满足算法中的条件，系统就会自动发出报警信号。

以上的算法关注的重点是监控系统中物体是否运动，以及物体运动位置、运动方向等信息。实际上图像序列的亮度分量己经包含了物体运动的绝大部分信息，因此运动检测采用的图像数据是灰度图像序列。采用灰度图像序列有一个最大的缺点，就是当监控多个目标时，由于个别目标的灰度序列无法良好分辨，就给运动分析和检测带来了很大难度。为了提高检测精度，主要讨论监控系统中运动物体数量少的情况。

图像序列运动检测技术在实际应用中，会受到很多方面因素的影响，比如，当光照条件发生变化时，静止物体的灰度值将会与运动物体接近，对物体运动的采集精度将会降低，当摄像机受到干扰，使得图像画面发生抖动，在算法中，会将静止物体当作运动物体，占用检测资源，造成检测错误，而且会给算法带来扰动，使得计算精度降低。

在不同应用范围中，对检测精度的要求也不相同。采用不同算法，图像序列检测技术可以满足不要应用范围的要求。本文以简单运动和复杂运动两种运动的检测方法为例进行分析，并给出各自的处理流程。

简单运动检测系统流程如图1所示。

图1所示的流程用来实现简单的运动报警。首先在算法中列出报警条件，当监控系统中发现运动物体的运动位置和运动方向符合要求时，就自动发出报警信号。简单运动处理流程只关注物体运动信息，不关注物体大小和数量等信息。

复杂运动处理流程图比简单运动处理流程图要复杂的多，采用的算法也复杂的多。因为处理的是一个完整的视频运动。本算法是很多算法的基础，通过改进本算法，根据不同场合提出不同要求，可以应用在不同的场合。该算法流程就是基于边缘提取的逐帧差分运动检测算法。应用本算法，第一要判断检测视频中是否有物体发生运动，其次要判断物体的运动方向、运动位置等信息，还要判断运动物体的大小，如果运动物体较小，可以忽略不计，提高精度的同时，还可以防治误报警。

复杂运动处理流程需要多种技术同时应用，包括计算机图像的预处理技术、图像的边缘提取技术以及图像的匹配技术等等。

在算法中，首先是获得数字视频序列中的图像帧，然后选择一定的算法对图像进行预处理以消除各种噪声、通过简单差分判断是否有运动、提取图像边缘特性、再次差分去掉非运动边缘、图像匹配，获得运动物体的信息。

3 结束语

计算机网络数字视频监控技术优化的目的主要在于开发图像序列检测技术，本文分析了数字图像序列的运动检测和运动报警算法，在算法中，通过对基础算法的改进，首先实现了物体是否运动的判断，其次分析出运动物体的运动方向和运动位置等信息。该算法经过改进，不仅适合于自动报警，而且还能够进行各种数据的统计。

数字视频监控系统还有许多地方需要改进。比如，进一步完善图像序列运动检测技术，区分多运动目标、小运动目标以及摄像头运动时的运动分析，这些都会使得数字视频监控技术得到进一步发展。

参考文献

[1]彭华.远程视频图像监控在变电站设计中的实现[J].中国新技术新产品，2014，25（24）：19-20.