飛機數(shù)字化裝配技術發(fā)展與應用

宋杰

【摘?要】數(shù)字化裝配技術的出現(xiàn)極大彌補了傳統(tǒng)裝配工藝不足，在裝配精度、效率、經濟性上都得到明顯改善。從目前技術發(fā)展水平上看，主要問題依然集中在安裝調姿上。在數(shù)字化裝配過程中，要求系統(tǒng)能夠實現(xiàn)對飛機6個空間自由度位置及姿態(tài)的精準控制，并對整個作業(yè)過程中發(fā)動機位置及姿態(tài)數(shù)據(jù)進行監(jiān)督和記錄。

【關鍵詞】飛機;數(shù)字化;裝配

前言

對接安裝作業(yè)位于飛機裝配的末端，安裝質量在一定程度上決定了飛機運行的安全性和穩(wěn)定性。相較于飛機研發(fā)，有關裝配的技術水平比較滯后。數(shù)字化技術的發(fā)展和應用給裝配技術創(chuàng)新帶來新的切入點，有必要對相關工藝進行研究。

1飛機數(shù)字化對接安裝工藝優(yōu)勢

首先，數(shù)字化對接安裝工藝采用激光測量系統(tǒng)，定位飛機的位置和形態(tài)，對比分析后再以站位控制系統(tǒng)調整到指定位置。基于數(shù)字化技術的對接安裝平臺及調整定位裝置的精確度極高，有效規(guī)避傳統(tǒng)對接安裝過程中需反復手動調整位置的麻煩，實現(xiàn)快速、精準定位。其次，飛機數(shù)字化對接安裝平臺中設置電動機構，發(fā)動機位置及姿態(tài)的調整依靠專門的數(shù)字化調整裝置及定位裝置完成，大大減輕作業(yè)人員的工作強度，安裝對接工作自動化水平明顯提升，節(jié)約人力資源成本。最后，數(shù)字化對接安裝在精準測量的狀態(tài)下進行，不涉及傳統(tǒng)裝配過程中依靠人眼及工作經驗進行操作的過程，裝配誤差被控制在最小范圍內，飛機裝配質量和效率更高。

2數(shù)字化裝配系統(tǒng)實現(xiàn)分析

2.1現(xiàn)狀分析

1）新品研制設計與工藝設計缺少協(xié)同。目前，在設計完成并審簽下發(fā)后，才開始進行工藝設計，因此對于設計階段出現(xiàn)的裝配干涉問題及裝配工藝性問題不能提前發(fā)現(xiàn)。

2）新品的研制裝配周期不能有效控制。由于設計及工藝設計不在一個平臺上進行，且目前的工藝設計主要為二維裝配工藝設計形式，因此在新品研制時特別是對于復雜產品的裝配是否存在干涉、裝配順序是否合理等，均在實際裝配過程中才能暴露出來，從而影響新品的研制進度。

1.2實現(xiàn)目標

1）引入新的工藝設計模式，基于三維工藝方法提升工藝設計能力，形成三維裝配仿真動畫，實現(xiàn)對裝配工藝的理解更加透徹。

2）實現(xiàn)設計和工藝數(shù)據(jù)的交互和協(xié)同應用，在設計研制階段，實現(xiàn)利用三維工藝設計提前分析發(fā)現(xiàn)產品的工藝問題，避免材料、工時的浪費，同時實現(xiàn)基于工藝BOM進行工藝設計和工藝資料管理。

3）實現(xiàn)工藝信息向生產制造過程的推送，從而實現(xiàn)集設計—工藝—制造為一體的數(shù)字化技術路線，同時實現(xiàn)可視化裝配指導，避免錯裝、漏裝，提高裝配效率和裝配質量。

3裝配單元空間六自由度調姿路徑規(guī)劃技術

裝配單元空間六自由度調姿的目的是為了定位，即確定裝配單元在飛機坐標系內的位子。確定裝配單元在飛機坐標系內的位姿后，需要將該姿態(tài)與設計數(shù)模進行比較，以確定其姿態(tài)的符合性。若裝配單元實際測量的姿態(tài)不符合設計數(shù)模，則需要就其姿態(tài)進行調整，使其符合數(shù)模。從一個姿態(tài)到另一個姿態(tài)的變化，裝配單元需要運動一定的路徑。將裝配單元想象成為一個質點，從一點到另外一點可以通過多個路徑實現(xiàn)，其中一條路徑是最優(yōu)化的，選擇這條最優(yōu)化路徑的過程就是調姿路徑規(guī)劃。

數(shù)字化裝配平臺完成各項裝配操作。數(shù)字化對接安裝工藝流程中的裝配平臺相較于傳統(tǒng)平臺新增以電力驅動的鏈條傳動裝置，在提高飛機裝配精確性的基礎上，減輕作業(yè)人員工作壓力。在實際工作中，數(shù)字化裝配平臺需根據(jù)裝配機型進行量身定做，借助數(shù)字化調整裝置，對飛機位置、姿態(tài)進行自動調整，保證裝配過程安全性和精確性。

數(shù)字化安裝流程為：第一，飛機整機調姿。第二，飛機機調姿安裝。將飛機吊裝至指定調整位置并固定。激光測量系統(tǒng)與集成管理中心協(xié)同作業(yè)，計算當前飛機姿態(tài)調整所需的參數(shù)。管理中心依照得出的數(shù)據(jù)，向數(shù)字化裝配平臺中的調整裝置下達調資指令，改變飛機方位。作業(yè)人員啟動驅動按鈕，傳動系統(tǒng)將飛機向指定位置推進，進入接近發(fā)動機固定支架時，配合手搖方式進行慢速推進直至飛機達到指定位置[2]。固定飛機，集成管理中心向各子系統(tǒng)下達安裝完畢指令，子系統(tǒng)恢復到初始狀態(tài)，完成安裝操作。第三，安裝后檢查。對飛機姿態(tài)的精確度進行檢驗，并進行通電檢查，確保飛機裝配達到相關技術要求。

4總裝脈動生產線發(fā)動機安裝案例

以大型飛機發(fā)動機裝配為例，對一種新型的發(fā)動機裝配系統(tǒng)進行介紹?；跀?shù)字化技術的大型飛機發(fā)動機安裝徹底打破以往以鋼絲繩吊裝發(fā)動機的形勢，消除發(fā)動機吊裝過程中因柔性擺動而導致的發(fā)動機安裝位置難以控制、安裝精度不足的問題，真正實現(xiàn)可控的數(shù)字化發(fā)動機調姿過程。目前被提出的新型數(shù)字化裝配系統(tǒng)結合剛性提升結構、支撐系統(tǒng)、數(shù)字化調控系統(tǒng)、氣懸浮柔性補償?shù)饶K，依照發(fā)動機與吊掛之間的連接形式，將前端主交點設計為鉛錘銷軸與球鉸連接，預留間隙有限;將后端設計為插頭與插耳連接，預留單邊縫隙2mm，以提供更大的運動靈活性。飛機發(fā)動機快速、精準對接可通過對兩交點依次進行精確調姿，以前交點為主，在完成一個交點3準確對接之后，再對其他交點的對接姿態(tài)進行調整，其余自由度通過自動補償即可完成調姿。此外，該發(fā)動機裝配工藝還將發(fā)動機的運輸、調姿、對接、保護等工作相整合，在安裝安全性、便捷性上提升明顯，可用于大中型飛機發(fā)動機快速、精確對接。隨著相關技術的優(yōu)化和發(fā)展，該工藝將在飛機發(fā)動機裝配領域得到進一步的推廣。

結束語

飛機安裝對接數(shù)字化有其必然性和必要性，有利于提高飛機機裝配精度、降低裝配難度并控制裝配成本。數(shù)字化對接安裝工藝的研發(fā)和應用極大填補了我國飛機自動化裝配領域的空白，逐漸提高飛機裝配能力與自主研發(fā)能力間的匹配程度，促進航空事業(yè)進一步發(fā)展。

參考文獻：

[1]趙永濤.飛機數(shù)字化裝配中工業(yè)機器人應用[J].數(shù)字通信世界，（10）：202-203.

[2]郭寶林.淺談基于數(shù)字化技術的航空發(fā)動機裝配[J].內燃機與配件，（18）：36-37.

（作者單位：中航飛機股份有限公司）