飛機數(shù)字化裝配技術(shù)應(yīng)用探討

周華

【摘?要】基于數(shù)字化技術(shù)的大型飛機安裝徹底打破以往以鋼絲繩吊裝發(fā)動機的形勢，消除吊裝過程中因柔性擺動而導(dǎo)致的安裝位置難以控制、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(diào)姿過程。

【關(guān)鍵詞】飛機數(shù)字化裝配技術(shù);測量;定位和連接問題

前言

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

1飛機數(shù)字化對接安裝工藝構(gòu)成

1.1激光測量系統(tǒng)

激光測量系統(tǒng)由T-CAM、T-PROBE激光跟蹤儀、聯(lián)合控制器、定位器等專業(yè)設(shè)備構(gòu)成。系統(tǒng)配備多種測量計算方式，如直線擬合、橢圓擬合、投影測量等，得到全面、多角度的測量數(shù)據(jù)。激光測量系統(tǒng)的運行原理為，測量儀發(fā)出激光照射被測量對象，根據(jù)照射反饋出的光學(xué)信號及標(biāo)準(zhǔn)光軸偏差角度，計算被測量對象與測量點之間的真實距離，以此來對目標(biāo)進行調(diào)整。激光測量是飛機發(fā)動機數(shù)字化安裝對接的第一步，系統(tǒng)與集成管理中心相連接，在接收到系統(tǒng)指令后，激光測量系統(tǒng)依照指令要求自動測量飛機發(fā)動機導(dǎo)軌。在定位到適當(dāng)安全角度后，再將測量結(jié)果傳輸回集成管理中心。若測量過程因外界干擾而產(chǎn)生較大的誤差時，系統(tǒng)自動報警提醒現(xiàn)場人員及時進行處理，以便得到最精確的數(shù)據(jù)反饋信息。

1.2脈動生產(chǎn)線集成管理系統(tǒng)

脈動生產(chǎn)線集成管理系統(tǒng)能夠?qū)⒓す鉁y量系統(tǒng)、站位控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等子系統(tǒng)相整合，以對飛機機身、發(fā)動機及其他大型構(gòu)件的位置和形態(tài)進行調(diào)整。該系統(tǒng)是飛機總裝脈動生產(chǎn)線的中心，對其他子系統(tǒng)的運行狀態(tài)進行監(jiān)督和調(diào)控，以保證飛機裝配過程高效、順利進行。集成管理系統(tǒng)接收來自激光測量系統(tǒng)的真實數(shù)據(jù)，依照系統(tǒng)內(nèi)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)進行分析，向?qū)影惭b平臺下達指令，調(diào)整發(fā)動機位置及方向。若發(fā)動機達到指定位置，系統(tǒng)結(jié)束調(diào)整任務(wù)，若不符合要求，繼續(xù)調(diào)整直到發(fā)動機滿足對接安裝的要求。

2裝配單元姿態(tài)的測量與評價技術(shù)

傳統(tǒng)裝配方式下裝配單元姿態(tài)主要依靠裝配單元與工裝型架的符合性進行評價，如外形的評價依據(jù)是外形卡板，交點的評價依據(jù)是交點定位器等。在數(shù)字化裝配的條件下，裝配單元的姿態(tài)是通過測量確定的。確定裝配單元的姿態(tài)主要通過測量實現(xiàn)，依據(jù)測量數(shù)據(jù)對裝配單元姿態(tài)進行評價，從而判定裝配單元與設(shè)計數(shù)模的符合性。將裝配單元考慮成為一個剛性體，理論上只要確定這個剛性體上空間不共面的三個點即可定位這個剛體。但實際上裝配單元并非是剛體，所以需要采用更多的點來評價裝配單元的姿態(tài)。在數(shù)字化裝配的條件下，一般選用裝配單元上設(shè)定的基準(zhǔn)來評價裝配單元的姿態(tài)。這些基準(zhǔn)通常選用裝配單元的一些確定的點，且這些基準(zhǔn)在裝配過程中是統(tǒng)一的，一致的。在裝配單元本身裝配過程中，這些基準(zhǔn)點是裝配單元裝配的基準(zhǔn)，在裝配單元姿態(tài)的評價過程中，這些點是裝配單元姿態(tài)評價的基準(zhǔn)。以機身壁板為例，基準(zhǔn)一般為機身框上取制的基準(zhǔn)，這些孔是機身壁板裝配時框的定位基準(zhǔn)，在機身總裝配過程中，各壁板的姿態(tài)通過安裝在這些孔上的激光測量靶標(biāo)，評價壁板姿態(tài)。在確定裝配單元評價的基準(zhǔn)后，裝配單元姿態(tài)評價就是確定這些基準(zhǔn)的空間坐標(biāo)。在數(shù)字化裝配的條件下，一般采用激光跟蹤儀或I-GPS來確定這些基準(zhǔn)的坐標(biāo)。

3裝配單元空間六自由度調(diào)姿技術(shù)

將裝配單元考慮為一個剛體，可將其分解為無數(shù)相關(guān)聯(lián)的點，其中任何一點在空間坐標(biāo)系內(nèi)都具有確定的坐標(biāo)X/Y/Z和α/β/γ三方向轉(zhuǎn)動的六自由度的任意組合，通過調(diào)整這一組合任意坐標(biāo)值的變化，這一點的姿態(tài)就會發(fā)生變化，從而帶動相關(guān)聯(lián)點的變化，因此剛體的姿態(tài)就發(fā)生了變化?；谶@種原理，剛體就從一個姿態(tài)到另一個姿態(tài)的變化可以通過X/Y/Z和α/β/γ的任意組合運動實現(xiàn)。按照上述調(diào)姿原理，在對裝配單元調(diào)姿過程中，僅需要對裝配單元施加一定的外力，使其能按照既定的調(diào)姿路徑運動，根據(jù)并聯(lián)機構(gòu)逆運動原理，可將裝配單元的這種運動分解到三坐標(biāo)方向運動的定位支撐上，這種支撐裝置就是數(shù)控定位器，通過工藝接頭與裝配單元連接，形成并聯(lián)機構(gòu)。對于剛體而言，在其上確認不共面的三點即能定位這個剛體，即理論上上一個剛體通過不共面的三點支撐且這三點能夠運動即能使這個剛體的姿態(tài)發(fā)生變化。但實際上，裝配單元并非是一個剛體，所以，在裝配單元進行姿態(tài)調(diào)整的過程中，需要考慮過約束的問題，使其在運動過程中保持相對的剛性狀態(tài)。

4裝配單元空間六自由度調(diào)姿路徑規(guī)劃技術(shù)

裝配單元空間六自由度調(diào)姿的目的是為了定位，即確定裝配單元在飛機坐標(biāo)系內(nèi)的位子。確定裝配單元在飛機坐標(biāo)系內(nèi)的位姿后，需要將該姿態(tài)與設(shè)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(shè)計數(shù)模，則需要就其姿態(tài)進行調(diào)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(zhì)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(diào)姿路徑規(guī)劃。一般說來，調(diào)姿路徑規(guī)劃的約束條件包括裝配單元空間位置幾何關(guān)系的約束，各軸驅(qū)動力最小，且驅(qū)動力平衡，運動速度快且平穩(wěn)。按上述分析，裝配單元的空間六自由度調(diào)姿過程是一個反復(fù)迭代的過程，使裝配單元的實際姿態(tài)無限接近理論數(shù)模，在規(guī)范和誤差許可的范圍內(nèi)，可認為裝配單元調(diào)姿結(jié)果符合要求。在調(diào)姿完畢后，將數(shù)控定位器鎖死，是裝配單元保持調(diào)姿后的姿態(tài)即定位后，就可以連接。

結(jié)束語

數(shù)字化對接安裝工藝的研發(fā)和應(yīng)用極大填補了我國飛機自動化裝配領(lǐng)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]居瑋.數(shù)字化裝配技術(shù)在民機項目中的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場，2018，25：43-45.

[2]趙純穎.數(shù)字化裝配仿真裝配技術(shù)在飛機裝配中的應(yīng)用探究[J].科技風(fēng)，2018（29）：107.

（作者單位：中航飛機股份有限公司）