飛機裝配技術現(xiàn)狀研究

劉 毅

中航工業(yè)沈陽飛機工業(yè)(集團)有限公司

飛機裝配技術現(xiàn)狀研究

劉 毅

中航工業(yè)沈陽飛機工業(yè)(集團)有限公司

近年來，隨著激光測量技術、無型架裝配技術、柔性工裝技術、自動化裝配技術飛速發(fā)展，將飛機裝配技術推向了一個新的高度。飛機數(shù)字化裝配技術是基于數(shù)字化標準工裝的協(xié)調技術、數(shù)字化模擬仿真技術、激光跟蹤測量技術、數(shù)字化定位技術、協(xié)同控制技術等多種先進技術的綜合。它糾正了傳統(tǒng)飛機裝配工藝技術的缺點，可以盡量減少各種專用工裝和夾具，增加裝配工裝的通用性，降低工裝制造成本，減小裝配工作應力，實現(xiàn)數(shù)字化自動裝配，縮短工裝準備周期，并且可以一目了然地評估生產狀況進而減少生產過程中的庫存，大幅度提高飛機的裝配質量和效率。

飛機；裝配技術；

1.國內外飛機裝配技術現(xiàn)狀

近年來，以國際上兩大民用飛機制造公司——波音公司和空客公司為代表的航空制造企業(yè)，大力發(fā)展數(shù)字化裝配技術，大量采用數(shù)字化柔性裝配工裝。

由于飛機柔性定位裝配工裝本身就是一套數(shù)字化工藝裝備，如果再通過網絡與自動控制裝置﹑計算機等終端控制設備相連，則可以實現(xiàn)將設計好的三維數(shù)字模型直接輸入計算機來操縱數(shù)字化工裝設備。波音公司和空客公司的飛機裝配中，均大幅度地提高數(shù)字化裝配工裝的應用水平，擴大應用范圍。

目前，國內的飛機裝配中使用的工裝仍主要以傳統(tǒng)的剛性﹑專用形式為主，工裝數(shù)量多﹑占地面積大，生產周期長﹑制造成本高。隨著國內新機型號的逐漸增多，傳統(tǒng)的剛性.專用工裝已經不能實現(xiàn)現(xiàn)代飛機多品種﹑小批量生產的需求，己經成為制約國內飛機裝配技術發(fā)展的主要因素之一。雖然近年來也研制了一些數(shù)字化柔性工裝設備，取得了部分成果，但從整體上看，國內在飛機裝配柔性工裝的研究應用上仍處于起步階段，柔性工裝的研制和應用缺乏規(guī)范和指導，能夠成功應用的柔性工裝數(shù)量較少，不能形成規(guī)模，特別是在飛機組件級﹑段(部)級裝配中，更是缺乏深入的研究應用。機身部件裝配工裝的落后，制約了數(shù)字化柔性裝配技術的深入應用，阻礙了新一代飛機數(shù)字化柔性裝配生產線的構建。

因此，在當前國內航空制造業(yè)大力提倡飛機裝配數(shù)字化﹑柔性化的背景下，需要深入研究飛機數(shù)字化裝配工裝的系統(tǒng)設計，以規(guī)范和指導國內裝配工裝的設計制造及應用，從而提高國內飛機裝配工裝的數(shù)字化﹑柔性化技術水平以及柔性工裝的應用規(guī)模。這對促進國內飛機數(shù)字化裝配技術的發(fā)展，進而提高國內飛機產品的核心競爭力具有重要意義。

2.現(xiàn)代飛機數(shù)字化裝配的若干關鍵技術

飛機數(shù)字化裝配是建立在計算機數(shù)字信息處理平臺上的融合飛機全部數(shù)字量的協(xié)調體系，應用計算機信息技術，數(shù)字控制技術，采用各種數(shù)控裝配工具，實現(xiàn)自動化固持﹑加工﹑對接，完成飛機組件﹑部件和機身的裝配連接等綜合性系統(tǒng)工程﹑數(shù)字化裝配技術能適應飛機部件品種規(guī)格，批量﹑裝配工藝﹑場地和時間的變化要求。而先進的飛機數(shù)字化裝配技術是保證飛機部件和飛機整體性能的關鍵，主要包括以下幾個方面：

2.1 基于數(shù)字化標準工裝的數(shù)字化協(xié)調技術

數(shù)字化標準工裝是一種數(shù)字協(xié)調方法，它利用三維數(shù)字模型和坐標基準系統(tǒng)來制造零件與工裝，這些工裝用于零件生產﹑段部件裝配﹑部件之間裝配及檢驗。數(shù)字化標準工裝的作用即是代替實物標準工裝，起到協(xié)調標準的作用，從而克服了實物工裝成本高，而且維護難度大等缺點。

數(shù)字化標準工裝是計算機中包含產品某些部位的幾何形狀和尺寸的數(shù)字模型，可以是工程數(shù)字模型，它增加了必要的裝配工藝信息的部件裝配數(shù)字模型，是制造﹑裝配﹑檢驗和協(xié)調生產用工藝裝備的數(shù)字量標準，是保證生產用工藝裝配之間﹑產品部件和組件之間的尺寸和形狀協(xié)調互換的重要依據(jù)。

2.2 數(shù)字化柔性裝配工裝

飛機數(shù)字化柔性裝配工裝是指在飛機裝配中為了提高工裝快速響應產品變化能力，縮短工裝準備周期，降低工裝制造成本，而采用的一種基于產品數(shù)字量尺寸協(xié)調體系的模塊化﹑可自動調整重構的裝配工裝。在機身部件裝配以及機身對接裝配等大部件對接過程中，數(shù)字化柔性裝配工裝的執(zhí)行機構主要包括定位器﹑工藝接頭，定位器是一個高精度的數(shù)字化自動控制裝置。定位器能夠根據(jù)控制系統(tǒng)的指令實現(xiàn)機身部件或機身的姿態(tài)調整﹑支撐固持，同時抑制裝配對象的變形。飛機數(shù)字化柔性裝配具有結構簡單，空間開敞等優(yōu)點。由于飛機輪廓外形復雜，且在飛機設計過程中未給定位器預留連接接頭，所以需要設置專用的工藝接頭過渡連接定位器與飛機部件，根據(jù)飛機部件的不同，工藝接頭與飛機部件之間的連接方式可設置成螺栓連接.磁力吸附或真空吸附。在機身段(部)件裝配中，工藝接頭與機身之間通常為螺栓連接。

機身工藝接頭將定位器的集中載荷傳遞至機身，在機身工藝接頭與機身的連接區(qū)域受載情況較為惡劣.因此，合理設計機身工藝接頭的結果及其與機身的連接方式是保障機身數(shù)字化裝配安全性的關鍵

2.3 數(shù)字化測量技術

數(shù)字化測量技術是以計算機控制來完成自動﹑快速﹑精準的測量.數(shù)字化測量技術主要涉及測量分析軟件與數(shù)字化測量設備兩部分內容。測量分析軟件一方面要與測量設備有良好的數(shù)據(jù)輸入輸出通道，精確獲得測量數(shù)據(jù)和理論數(shù)字模型，對原始三維數(shù)據(jù)和實際采集的數(shù)據(jù)進行對比，并兼有模擬分析和現(xiàn)場分析的能力；另一方面要能與硬件控制軟件配合，將分析得到的結果傳遞給控制軟件，以驅動﹑控制數(shù)字化柔性調姿工裝。另外，此類軟件還可以進一步實現(xiàn)異常狀態(tài)的檢測﹑多維狀態(tài)的識別﹑對操作時難以達到狀態(tài)的可視信息化等。

相對于傳統(tǒng)測量設備，數(shù)字化測量設備具有檢測速度快﹑安裝和操作便捷﹑可動態(tài)測量﹑測量精度及效率高等特點。目前，最先進的測量設備是激光跟蹤儀，激光跟蹤儀是近十年來才發(fā)展起來的新型測量儀器，集激光干涉技術﹑光電檢測技術﹑精密機械技術﹑計算機及控制技術﹑現(xiàn)代數(shù)值計算理論于一體，實時掃描測量，具有極高的測量精度及效率，可以對三維數(shù)據(jù)進行直接輸入輸出，并具有廣泛﹑通用的接口，能夠很容易地與其他數(shù)字化設備連接工作。使用激光跟蹤儀進行測量時，跟蹤頭到被測目標點的距離可達幾十米，完全能夠滿足機身部件裝配的需要。

結論

本文通過分析國內外飛機裝配技術現(xiàn)狀，提出了基于數(shù)字化標準工裝的數(shù)字化協(xié)調技術，對提高飛機裝配技術具有積極的意義。

[1]范玉青.現(xiàn)代飛機制造技術[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

[2]牛春勻.實用飛機結構工程設計[M].北京：航空工業(yè)出版社，2008.