飛機(jī)柔性裝配方法在飛機(jī)裝配中的應(yīng)用

鄭鵬宇

（中航飛機(jī)股份有限公司科技與信息化部，西安710089）

1 引言

在科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的背景下，世界各國都在加大科研力度。飛機(jī)制造業(yè)作為代表我國科學(xué)水平的重要組成部分，飛機(jī)裝配技術(shù)也得到了創(chuàng)新。柔性裝配方法作為一種新興技術(shù)，對提高飛機(jī)裝配效率與質(zhì)量有著顯著的意義[1]。

2 飛機(jī)柔性裝配技術(shù)簡介

飛機(jī)柔性裝配技術(shù)是一種新興技術(shù)，它可以實(shí)現(xiàn)模塊化裝配，能夠滿足飛機(jī)快速發(fā)展的需求。飛機(jī)柔性裝配技術(shù)是基于自動(dòng)化技術(shù)和電子技術(shù)而形成的，既融合了自動(dòng)化的優(yōu)點(diǎn)，又降低了裝配成本，提高了裝配的效率。傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配技術(shù)剛性太強(qiáng)，裝配不方便，裝配精確度不高，而柔性裝配技術(shù)恰好可以彌補(bǔ)這些不足，對于飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動(dòng)作用。柔性裝配技術(shù)剛出現(xiàn)時(shí)，主要是在波音777 飛機(jī)裝配中應(yīng)用，借助三維模擬的手段來實(shí)現(xiàn)預(yù)裝配，飛機(jī)的裝配技術(shù)得到了顯著提高。隨著柔性技術(shù)的不斷發(fā)展，如今該技術(shù)已普遍應(yīng)用于各類飛機(jī)裝配中[2]。

3 飛機(jī)柔性裝配的發(fā)展背景

3.1 基于數(shù)字化測量技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)

飛機(jī)柔性裝配技術(shù)是在數(shù)字化測量技術(shù)的基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的，既含有數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，又有自身的優(yōu)勢，提高了項(xiàng)目參數(shù)，提高了裝配質(zhì)量。特別是在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和測試過程中，柔性測試機(jī)制主要是針對激光跟蹤檢測技術(shù)以及室內(nèi)全球定位系統(tǒng)技術(shù)，利用兩者的結(jié)構(gòu)參數(shù)，提升測量的范圍以及精度，確保整體項(xiàng)目運(yùn)行結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性。

3.2 國內(nèi)外飛機(jī)柔性裝配項(xiàng)目的差距

雖然我國在飛機(jī)裝配中已經(jīng)開始采用飛機(jī)柔性裝配技術(shù)，但是由于該技術(shù)在我國發(fā)展還不成熟，因此技術(shù)水平和國外相比還有一定的差距，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：第一，在理論與應(yīng)用方面，我國尚缺乏對相關(guān)運(yùn)行參數(shù)的考量，導(dǎo)致飛機(jī)裝配設(shè)計(jì)與實(shí)際裝配需求不符；第二，我國在應(yīng)用數(shù)字化裝配技術(shù)方面還缺乏系統(tǒng)性的研究，與國外相比具有很大的差距，尤其是在二維與三維之間的結(jié)構(gòu)建設(shè)，還有很多不足；第三，我國對柔性裝配技術(shù)的重視度還不夠，對相關(guān)研究進(jìn)展了解不全；第四，我國的柔性轉(zhuǎn)配設(shè)備還需要進(jìn)一步優(yōu)化，從而順應(yīng)裝配生產(chǎn)線的實(shí)際需求。

4 飛機(jī)數(shù)控柔性多點(diǎn)架型裝配原理

數(shù)控柔性多點(diǎn)型架是在已有剛性型架結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，多加16 個(gè)可重構(gòu)調(diào)形單元，在可重構(gòu)調(diào)形單元上增加卡板定位支點(diǎn)，通過在豎直方向與水平方向的運(yùn)動(dòng)對可重構(gòu)調(diào)形單元進(jìn)行準(zhǔn)確控制，達(dá)到卡板定位支點(diǎn)準(zhǔn)確重構(gòu)調(diào)形，充分利用裝配型構(gòu)架作用，確保完成多個(gè)壁板類組件的裝配?？芍貥?gòu)調(diào)形單元結(jié)構(gòu)在水平方向和豎直方向上的移動(dòng)原理不同，水平方向的移動(dòng)依靠的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪，而豎直方向的移動(dòng)依靠的是電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠。數(shù)控柔性多點(diǎn)型架實(shí)現(xiàn)調(diào)型主要是先建立數(shù)控柔性多點(diǎn)型架的三維數(shù)字樣機(jī)，然后對其進(jìn)行預(yù)裝配，同時(shí)篩選出卡板定位的主要部位，建立一個(gè)CATIA 數(shù)模，并對其進(jìn)行科學(xué)分析，分析完成后生成數(shù)控代碼，獲得相應(yīng)的軟件系統(tǒng)，并借助NCFF 來對軟件進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)卡板的裝配。在飛機(jī)整個(gè)運(yùn)行過程中，數(shù)控柔性多點(diǎn)型架的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了調(diào)形定位數(shù)據(jù)全數(shù)字量傳遞目標(biāo)，提升了系統(tǒng)的定位精確度[3]。

5 飛機(jī)柔性裝配技術(shù)在飛機(jī)裝配中的應(yīng)用

5.1 飛機(jī)大部件的柔性裝配

對于飛機(jī)大部件來說，使用傳統(tǒng)的裝配技術(shù)不僅操作不便，而且也很難保證精確度，而使用柔性裝配技術(shù)則可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化裝配，并且能夠有效提高裝配效率。飛機(jī)大部件的柔性裝配彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工裝配的缺點(diǎn)，減少了勞動(dòng)力，節(jié)省了裝配時(shí)間，在很大程度上推動(dòng)了飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展，為飛機(jī)制造業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

5.2 飛機(jī)柔性裝配中的定位和打孔技術(shù)

首先來看飛機(jī)柔性定位技術(shù)，該技術(shù)在運(yùn)作時(shí)由于依賴的是精密的測量裝置，因此可以保證定位的精確度，但是其裝配的效率相對來說偏低，因此并沒有得到廣泛應(yīng)用，多用于機(jī)型的研發(fā)。再來看柔性打孔技術(shù)，該技術(shù)與柔性定位技術(shù)相比，應(yīng)用更加廣泛，其可以大批量地生產(chǎn)飛機(jī)部件，并且生產(chǎn)的效率很高，即使是一些制孔比較困難的材料，其也能夠輕松完成，因此該技術(shù)非常受歡迎，很多國外飛機(jī)制造企業(yè)都采用此技術(shù)進(jìn)行打孔。

5.3 飛機(jī)總裝柔性對接技術(shù)

在進(jìn)行飛機(jī)總裝時(shí)，柔性對接技術(shù)主要是通過建立柔性裝配對接平臺(tái)來完成高精度的裝配，通常對接平臺(tái)由兩大部分組成，一部分是千斤頂，具有自動(dòng)化特點(diǎn)，另一部分是各種高精密度的測量定位裝置，與傳統(tǒng)的固定裝配相比，飛機(jī)總裝柔性對接技術(shù)更加自動(dòng)化，并且適用于多種尺寸的飛機(jī)裝配，顯著提高了飛機(jī)裝配質(zhì)量。此種裝配對接平臺(tái)已經(jīng)在國外大型飛機(jī)制造廠商中得以應(yīng)用，其定位形式可以分為以下三種：第一，柱式結(jié)構(gòu)，此種定位結(jié)構(gòu)的形式較為類似Pogo 柱的形式，實(shí)現(xiàn)了對于飛機(jī)的定位和支撐，每臺(tái)定位裝置依靠伺服控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)在X、Y、Z 三個(gè)方向的控制，通過在飛機(jī)制造中采用幾臺(tái)就可以實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)大部段的精確定位；第二，塔式結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)相較于柱式結(jié)構(gòu)在承重力方面具有較大的優(yōu)勢，其采用的是伸縮臂側(cè)面調(diào)整的方式，具有較強(qiáng)的可操控性；第三，混合定位方式，這種定位形式和柱式結(jié)構(gòu)、塔式結(jié)構(gòu)有很大的不同，對接主要依靠托架，在對機(jī)體進(jìn)行調(diào)整時(shí)具有自動(dòng)化功能，并且能夠保持每一個(gè)部位均勻受力，一般該形式多用于大型復(fù)合材料機(jī)體的裝配。

6 飛機(jī)柔性裝配技術(shù)的展望

當(dāng)前，國內(nèi)軍機(jī)產(chǎn)品的數(shù)字化設(shè)計(jì)與零件制造技術(shù)發(fā)展迅速，但是裝配技術(shù)作為飛機(jī)制造的關(guān)鍵，還停留在二、三代機(jī)的制造水平，與其他軍機(jī)制造技術(shù)相比嚴(yán)重滯后，已成為軍機(jī)型號(hào)快速研制和生產(chǎn)的瓶頸。現(xiàn)代柔性裝配技術(shù)取代傳統(tǒng)裝配技術(shù)已經(jīng)成為時(shí)代所趨，各種部件的精準(zhǔn)制造為飛機(jī)柔性裝配奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，社會(huì)對飛機(jī)的質(zhì)量、功能等將提出更高的要求，數(shù)字化柔性裝配技術(shù)將成為未來飛機(jī)裝配中的主流技術(shù)，因此，必須對柔性裝配技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，優(yōu)化柔性裝配生產(chǎn)線，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

第一，創(chuàng)新柔性裝配技術(shù)是滿足現(xiàn)代飛機(jī)制造業(yè)需求的必然趨勢，只有不斷優(yōu)化柔性裝配生產(chǎn)線，才能提高飛機(jī)裝配的精確度，提高整體裝配質(zhì)量。

第二，創(chuàng)新柔性裝配技術(shù)能夠有效將數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)擴(kuò)大化，便于盡早解決目前飛機(jī)裝配中遇到的困難和瓶頸。

第三，通過發(fā)展柔性裝配生產(chǎn)線，可建立飛機(jī)柔性裝配多系統(tǒng)異構(gòu)測量平臺(tái)和集成檢測系統(tǒng)，形成數(shù)字化裝配模式下的新質(zhì)保體系和產(chǎn)品檢測機(jī)制，進(jìn)而完成大尺寸的動(dòng)態(tài)測量，同時(shí)保證各個(gè)環(huán)節(jié)都能無縫銜接，避免出現(xiàn)脫節(jié)現(xiàn)象，促進(jìn)飛機(jī)制造業(yè)的快速發(fā)展。

7 結(jié)語

綜上所述，在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的背景下，飛機(jī)制造業(yè)作為體現(xiàn)我國綜合實(shí)力的重要組成部分，面對日益增多的社會(huì)需求，應(yīng)當(dāng)加大創(chuàng)新力度。對于飛機(jī)裝配來說，應(yīng)積極采取柔性裝配技術(shù)，借助數(shù)字化技術(shù)測量，提高飛機(jī)裝配的準(zhǔn)確度和效率，降低裝配成本，增加經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)而促進(jìn)飛機(jī)制造業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。