航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)分析

曹成

（空軍工程大學(xué)航空工程學(xué)院，陜西西安 710000）

0.引言

在現(xiàn)代社會(huì)下，我國(guó)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行提出了嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)水平影響著發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行水平。所以，要從優(yōu)化航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)的角度出發(fā)，構(gòu)建技術(shù)升級(jí)方案。在信息時(shí)代下，應(yīng)用將數(shù)字化技術(shù)融入到航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)之中，以此強(qiáng)化發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行效果，保證航空工作的順利開(kāi)展。

1.國(guó)內(nèi)外在裝配方向的研究現(xiàn)狀及分析

國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家積極地探究了裝配工作，希望提升裝配工作水平。國(guó)外研究現(xiàn)狀：國(guó)外學(xué)者從系統(tǒng)辨識(shí)與控制器設(shè)計(jì)兩部研究了裝配工作。從系統(tǒng)辨識(shí)的角度來(lái)講，Tutunji T等研究了基于脈沖響應(yīng)的遞歸辨識(shí)算法，應(yīng)用該種算法可以保證裝配工作效率。從控制器設(shè)計(jì)的角度來(lái)講，Ahmed Rubaai等發(fā)現(xiàn)了傳優(yōu)化的模糊PID控制器在加快發(fā)動(dòng)機(jī)相應(yīng)速度方面具有積極的意義。Wlison Latombe等研究了裝配圖，優(yōu)化了裝配順序。在這種情況下，可以節(jié)約裝配時(shí)間，降低裝配工作出錯(cuò)率。國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀：我國(guó)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)方面的研究時(shí)晚于國(guó)外。不過(guò)，研究人員針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)發(fā)展提供了有效思路。劉春針認(rèn)為應(yīng)該將激光跟蹤儀的機(jī)器人用于裝配定位工作之中，以此保證裝配工作的精準(zhǔn)度。陳哲涵等在裝配檢測(cè)工作方面進(jìn)行了研究，認(rèn)為要積極地構(gòu)建裝配檢測(cè)數(shù)據(jù)模型。石宏指出數(shù)字化裝配技術(shù)在提高航空事業(yè)發(fā)展水平中具有重要價(jià)值，因此要加大對(duì)字化裝配技術(shù)推廣力度。

2.傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)存在的問(wèn)題

航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配成本占發(fā)動(dòng)機(jī)成本的40%，裝配工作量占整體工作量的50%。由此可見(jiàn)，裝配工作水平極大地影響著航空發(fā)動(dòng)機(jī)成本以及工作效率。在航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)未出現(xiàn)之前，主要采取傳統(tǒng)的人工航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配方式開(kāi)展此項(xiàng)工作。在傳統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作模式下，航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作質(zhì)量，工作效率，工作成本等都不能夠得到充分保障。傳統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作方式的問(wèn)題主要表現(xiàn)在以下方面：裝配失誤。人工是航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作的主體，也就是說(shuō)，很多的航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作是依靠人工完成的。不過(guò)，人工在航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作中容易出現(xiàn)一些問(wèn)題，進(jìn)而影響了裝配工作質(zhì)量[1]。比如，在裝配中，將原本需要裝的零部件裝到了其他的位置，同時(shí)還存在漏裝的問(wèn)題。在裝配完航空發(fā)動(dòng)機(jī)后，就需要開(kāi)展檢查工作，而在發(fā)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行問(wèn)題后，就需要拆卸零件等，這樣既延長(zhǎng)了工作時(shí)間，又增加了裝配成本。精準(zhǔn)性不高。人工在進(jìn)行航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配測(cè)量工作時(shí)容易出現(xiàn)誤差，從而降低了發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行水平，影響發(fā)動(dòng)機(jī)壽命。工作人員能力及專(zhuān)業(yè)水平存在差異。有的工作人員航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作素養(yǎng)高，實(shí)踐能力高，但是有的工作人員能力及專(zhuān)業(yè)水平并不高。因?yàn)楣ぷ魅藛T能力及專(zhuān)業(yè)水平存在差異，他們?cè)谂浜虾娇瞻l(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作方面會(huì)存在問(wèn)題，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)性能發(fā)揮。為提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作水平，我國(guó)需要加大對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)研究力度，促進(jìn)裝配技術(shù)有效發(fā)展。

3.數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，數(shù)字化裝配技術(shù)呈現(xiàn)了數(shù)字化發(fā)展特征。通過(guò)將數(shù)字化裝配技術(shù)應(yīng)用在航空發(fā)動(dòng)裝配中，提高了裝配工作效率，節(jié)約了裝配成本。所以，航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)受到了人們廣泛關(guān)注。航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)包括數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)、數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)、數(shù)字集成控制技術(shù)。數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)。主要通過(guò)形成航空發(fā)動(dòng)機(jī)三維模型的方法，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作提供可靠的依據(jù)。在開(kāi)展數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)工作時(shí)，會(huì)出現(xiàn)三維過(guò)程圖和多媒體動(dòng)畫(huà)，而工作人員需要重點(diǎn)研究三維過(guò)程圖和多媒體動(dòng)畫(huà)，以此提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作效率與質(zhì)量。數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)。在數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)下，可以大幅度地提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作的精準(zhǔn)度。坐標(biāo)測(cè)量機(jī)、激光跟蹤儀、激光雷達(dá)、激光掃描儀等是在航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作中常應(yīng)用的數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)。數(shù)字集成控制技術(shù)。通過(guò)應(yīng)用數(shù)字集成控制技術(shù)，有利于保證設(shè)計(jì)、定位、鉆孔、連接等數(shù)據(jù)交互、協(xié)調(diào)。同時(shí)可以促進(jìn)各種信息共享，進(jìn)而強(qiáng)化航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作效果[2]。數(shù)字集成控制技術(shù)屬于系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，所以要重視此項(xiàng)技術(shù)。

4.數(shù)字化裝配的關(guān)鍵技術(shù)

4.1 虛擬裝配技術(shù)

虛擬裝技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作中起著監(jiān)督、指導(dǎo)作用。在虛擬裝配技術(shù)下，可以模擬裝配工作，進(jìn)而實(shí)施技術(shù)應(yīng)用監(jiān)測(cè)工作。虛擬裝技術(shù)在數(shù)值計(jì)算、裝配工藝規(guī)劃、工作面布局、裝配操作模擬等方面發(fā)揮著重要的價(jià)值[3]。隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，虛擬裝配技術(shù)也得到了有效發(fā)展，以此保證發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作質(zhì)量。

4.1.1 虛擬裝配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立

虛擬裝配系統(tǒng)結(jié)合了硬件、軟件等，屬于集成性的系統(tǒng)。虛擬裝配系統(tǒng)會(huì)呈現(xiàn)CAD系統(tǒng)中零件信息，并利用這些信息，形成虛擬零件模型。相關(guān)人員需要應(yīng)用虛擬裝配系統(tǒng)，推進(jìn)裝配操作工作[4]。在開(kāi)展裝配操作工作時(shí)，要跟蹤視點(diǎn)，識(shí)別各項(xiàng)功能。同時(shí)要科學(xué)地應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)算法，確保技術(shù)應(yīng)用水平。應(yīng)用虛擬裝配系統(tǒng)會(huì)輸出仿真結(jié)果，包括產(chǎn)品裝配模型、零件裝配軌跡、干涉檢查報(bào)告、裝配過(guò)程動(dòng)畫(huà)和零件裝配順序文件等。在這種情況下，可以更好地開(kāi)展裝配研究工作。裝配過(guò)程動(dòng)畫(huà)顯示了裝配過(guò)程，裝配技巧，裝配方法等，有利于指導(dǎo)工人參與裝配工作，提高工人裝配素養(yǎng)以及技能。正因如此，相關(guān)人員會(huì)將裝配過(guò)程動(dòng)畫(huà)納入培訓(xùn)方案中，科學(xué)進(jìn)行裝配培訓(xùn)教育活動(dòng)，增強(qiáng)工人裝配實(shí)踐能力。

4.1.2 裝配模型建模技術(shù)

在裝配模型建模技術(shù)下，會(huì)先對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行三維設(shè)計(jì)處理，再進(jìn)行二次輕量化處理。由于裝配體靜態(tài)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建影響著裝配水平，相關(guān)人員需要應(yīng)用裝配模型建模技術(shù)對(duì)該結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化、處理[5]。與此同時(shí)，要通過(guò)交互技術(shù)的方法，反應(yīng)結(jié)構(gòu)，調(diào)正結(jié)構(gòu)。通過(guò)應(yīng)用裝配模型建模技術(shù)，可以把裝配關(guān)系分離化和時(shí)序化。在這種情況之下，就可以更好地完成交互工作，為裝配工作的順利推進(jìn)奠定可靠基礎(chǔ)。

4.1.3 裝配過(guò)程仿真技術(shù)

仿真技術(shù)即通過(guò)精準(zhǔn)地模仿裝配工作，為實(shí)際工作提供指導(dǎo)。裝配過(guò)程仿真技術(shù)包括兩項(xiàng)內(nèi)容，具體如下所述。一種是可裝配性分析。應(yīng)用裝配過(guò)程仿真技術(shù)，可以清楚地了解裝配工作。同時(shí)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)裝配工作中的問(wèn)題，進(jìn)而改進(jìn)工作，從而解決問(wèn)題。此外，可對(duì)裝配工作進(jìn)行科學(xué)、有效驗(yàn)證，進(jìn)而對(duì)裝配工作開(kāi)展可行性分析活動(dòng)[6]。另一種是裝配精度分析。應(yīng)用裝配過(guò)程仿真技術(shù)，分析零部件制作精度，從而優(yōu)化裝配工作。

4.2 裝配工藝過(guò)程數(shù)字化柔性設(shè)計(jì)

4.2.1 實(shí)體建模技術(shù)

實(shí)體建模技術(shù)即對(duì)裝配產(chǎn)品進(jìn)行三維建模，在建模前，要準(zhǔn)確地測(cè)量裝配產(chǎn)品的尺寸，并記錄產(chǎn)品尺寸。在開(kāi)展實(shí)體建模工作中，要盡快地測(cè)量主模型涉及的產(chǎn)品尺寸[7]。通過(guò)開(kāi)展實(shí)體建模工作，可以減少裝配工作誤差，提高裝配工作的精準(zhǔn)度，保證裝配工作水平。

4.2.2 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)技術(shù)

裝配工藝指導(dǎo)著實(shí)際裝配工作，應(yīng)用良好的裝配工藝，可以提升裝配產(chǎn)品的質(zhì)量。發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)不同所需應(yīng)用的裝配工藝也不同。相關(guān)人員需要研究不同發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)涉及的裝配工藝，以此確保裝配工作有效開(kāi)展。通過(guò)應(yīng)用合適地裝配工藝，可以解決材料，保證裝配工作的精準(zhǔn)性，加快工作速度，保證工作質(zhì)量。相關(guān)人員有必要構(gòu)建工藝件、設(shè)備、工裝、測(cè)具、量具等工藝資源庫(kù)，以此優(yōu)化工藝。同時(shí)要開(kāi)展相關(guān)管理工作，把控裝配工藝。

4.2.3 基于形位公差的裝配容差分析技術(shù)

形位公差的裝配容差分析技術(shù)即通過(guò)應(yīng)用科學(xué)、有效的計(jì)算方法，分析零部件與容器差異。其中，要根據(jù)零部件特點(diǎn)，推進(jìn)容器選擇工作，以此保證裝配工作質(zhì)量[8]。

4.3 裝配工藝可視化技術(shù)

通過(guò)應(yīng)用裝配工藝可視化技術(shù)，可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)裝配工作。這樣可以更及時(shí)、有效地發(fā)現(xiàn)裝配問(wèn)題[9]。雖然裝配工藝可視化技術(shù)有利于指導(dǎo)裝配工作，提高裝配工作，但是因該技術(shù)還不夠成熟，尚不能夠廣泛地應(yīng)用到裝配監(jiān)測(cè)工作中。

5.裝配制造數(shù)字化

裝配制造數(shù)字化是一項(xiàng)復(fù)雜、系統(tǒng)的工作。相關(guān)人員要積極研究裝配制造數(shù)字化工作，掌握裝配制造數(shù)字化應(yīng)用技巧[10]。當(dāng)前，我國(guó)主要通過(guò)工人與技術(shù)相互配合完成裝配工作，我國(guó)裝配制造工作具有半自動(dòng)化特點(diǎn)。對(duì)于工人來(lái)講，其需要增強(qiáng)裝配工作能力，按照裝配工作流程開(kāi)展裝配工作，保證裝配工作精度以及質(zhì)量，剛性裝配的方式以及劃線的方式是傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)定位主要應(yīng)用方式。這種兩種方式具有應(yīng)用局限性，既適合有限型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，又不廣泛適用于其他型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)。相關(guān)人員需要根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)選擇合適地定位技術(shù)，提高定位水平。為提升裝配工作水平，要積極研究裝配工藝，并科學(xué)地應(yīng)用裝配工藝開(kāi)展實(shí)踐工作。隨著新技術(shù)發(fā)展，裝配互數(shù)字化技術(shù)將會(huì)成熟發(fā)展。未來(lái)，裝配制造數(shù)字化技術(shù)也會(huì)得到廣泛應(yīng)用。

6.結(jié)語(yǔ)

數(shù)字化裝配技術(shù)可以保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配生產(chǎn)效率，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配水平。由于數(shù)字化裝配技術(shù)水平尚不能夠滿足裝配需求，我國(guó)需要繼續(xù)優(yōu)化數(shù)字化裝配技術(shù)，促進(jìn)數(shù)字化裝配技術(shù)快速發(fā)展。