鄭瑋

摘 要：飛機的數(shù)字化裝配技術(shù)體系關系到很多領域各種學科的綜合研究和運用，通過加深飛機數(shù)字化裝配技術(shù)體系的建設和研究，實現(xiàn)飛機數(shù)字化裝配技術(shù)的突破，構(gòu)建飛機數(shù)字化裝配設備，就能夠從根源上重新定義我國把二維圖紙工藝規(guī)劃措施作為基礎的現(xiàn)狀，同時能夠切實地提升裝配過程的時效性；從根源上改變我國目前航空設施在裝配連接時大體上由工人手工操作完成的現(xiàn)狀，有效地提高了生產(chǎn)效率，減少了協(xié)調(diào)的環(huán)節(jié)。

關鍵詞：數(shù)字化技術(shù)；飛機裝配

中圖分類號：V262.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）2-0047-02

通過強化數(shù)字化裝配技術(shù)在飛機制造體系中的發(fā)展和應用，從而實現(xiàn)在數(shù)字化協(xié)同工作環(huán)境中進行數(shù)字裝配工裝與數(shù)字模型裝配件的虛擬裝配，從而真正地實現(xiàn)了并行數(shù)字化裝配工藝設計，實現(xiàn)了飛機的過程虛擬裝配，通過將數(shù)據(jù)傳遞到組裝信息管理系統(tǒng)，使飛機裝配的信息自動管理，這樣可以很大程度上提高飛機的裝配質(zhì)量，縮短飛機裝配的周期，促進飛機制造技術(shù)的不斷發(fā)展，實現(xiàn)自動化管理。

1 國內(nèi)外飛機裝配技術(shù)現(xiàn)狀

由于中國的科學技術(shù)發(fā)展時間比較短，導致一些精密的技術(shù)運行效果差。在飛機的制造裝配過程中，治理方法也存在一些不足。雖然中國一直采用計算機輔助經(jīng)緯儀和先進的激光跟蹤技術(shù)等設施，但安裝過程中很少使用更先進的安裝和設計技術(shù)，盡管在一定程度在做到了簡化處理，結(jié)構(gòu)比較清減。但是，同發(fā)達國家相比，還是存在一定差距，下面列舉一些我國飛機裝配技術(shù)中的不足現(xiàn)象以及產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因：

①由于我國對飛機裝配技術(shù)的研究時間不長，一些應用還不夠成熟。而且我國對飛機裝配技術(shù)的資金投入也不到位，導致飛機裝配技術(shù)的配套不夠完善，在某些方面缺乏技術(shù)支持。一些飛機的裝配制造甚至還是手工作業(yè)，嚴重影響了飛機裝配的質(zhì)量和效率，安全性和穩(wěn)定性。

②飛機的設計制造還沒有做到全面改革，部分飛機裝配設計還在使用串行模式生產(chǎn)加工，使得部分技術(shù)功能存在局限性。

③對整個社會而言，科技水平在不斷進步，數(shù)字化處理技術(shù)已成為飛機制造過程的基本需求。然而，我國在飛機裝配過程中對數(shù)字技術(shù)的應用仍然是小規(guī)模的形式，一些設計生產(chǎn)過程采用數(shù)字化技術(shù)的效果不明顯。

④雖然目前我國在各個方面已經(jīng)做到數(shù)字化信息的傳遞，但在某些領域還處于孤島現(xiàn)象，對于模擬傳輸仍然不能得到適當有效的解決方案。飛機裝配數(shù)字化設計過程中的生產(chǎn)線不能夠正常運行，對飛機裝配的施工的執(zhí)行有一定的影響。

⑤裝配過程和工藝設計與產(chǎn)品設計脫節(jié)，沒有充分實現(xiàn)并行工程，導致飛機裝配完成后協(xié)調(diào)困難，造成返工率高的現(xiàn)象；

⑥在裝配技術(shù)方面，盡管部分使用數(shù)字技術(shù)，比如在協(xié)調(diào)方式上部分采用了數(shù)字化傳遞方式，但大多數(shù)企業(yè)的飛機制造過程還是采用模擬傳輸?shù)姆椒ā?/p>

⑦目前飛機裝配的主要手段還是采用專用工裝裝配并安裝光學儀器來測量，沒能實現(xiàn)在數(shù)字化裝配技術(shù)的新突破，從而使得飛機制造成本居高不下。

⑧由于數(shù)字技術(shù)沒有被廣泛使用，導致在現(xiàn)場工作的裝配人員，還是時不時翻閱設計圖紙和技術(shù)文件，增加了生產(chǎn)制造的周期。而且由于工作模式的繁瑣，導致質(zhì)量不能得到保證，經(jīng)常出現(xiàn)裝配錯誤的問題，對飛機整體的安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。

2 飛機數(shù)字化裝配關鍵技術(shù)

2.1 數(shù)控柔性裝配定位技術(shù)

柔性裝配定位設計的基準和目的是柔性定夾持及定位技術(shù)，因為一般飛機的組織結(jié)構(gòu)件尺寸和形體都不太小，組成構(gòu)成也比較繁瑣，這致使定位件或夾緊件之間的配合會受到很多制約。而飛機的零部件大部分是薄壁型零件，在組成和裝配過程中極容易發(fā)生各種形式的裝配變形。所以，為了保證飛機零部件裝配的準確程度，需要設計和研究一種恰當?shù)亩ㄎ环椒ǎ脕硖嵘ㄎ粶蚀_性和反復定位精度。

2.2 自動化精密制孔技術(shù)

飛機裝配領域中的連接基本上都是機械連接，把螺栓和鉚釘固定作為主要方式，連接之前一定要打孔。因為我國目前在飛機裝配領域內(nèi)依舊是用人工打孔的方式，打出孔的好壞程度受到工人水平的影響，致使孔的質(zhì)量高低不均，不能夠確保裝配的準確度，而且裝配時效率不高，對產(chǎn)品的最終穩(wěn)定性有一定影響。其裝配連接的質(zhì)量好壞對產(chǎn)品構(gòu)成抗疲勞性以及可靠性都會產(chǎn)生最直接的影響。與此同時，伴隨著復合材料結(jié)構(gòu)在飛機制造領域中的應用更為廣泛，促使國內(nèi)的飛機裝配連接質(zhì)量，研發(fā)周期，產(chǎn)品功能效用等都有了明顯的提升。

在裝配的設計和方式領域中，針對金屬結(jié)構(gòu)的打孔我們已經(jīng)累積了很多的工藝方法，形成了完善和規(guī)整的工藝流程，而針對復合材料結(jié)構(gòu)件的打孔并沒有形成與之相匹配的裝配工藝體系。因此，飛機數(shù)字化裝配自動化精密制孔技術(shù)的要求如下：復合材料、鋁合金、復合疊層結(jié)構(gòu)制孔的切削時速、刀具參數(shù)、冷卻方式、進給量等工藝參數(shù)的試驗和優(yōu)化設計技術(shù)；小空間內(nèi)的精密打孔技術(shù)；復合疊層結(jié)構(gòu)制孔執(zhí)行器輕型化研發(fā)和精準定位；依據(jù)飛機產(chǎn)品裝配的特定形式，研發(fā)自動精密打孔設備。

2.3 高效長壽命連接技術(shù)

隨著對飛機可靠性和耐久性要求的不斷提高，長壽命連接技術(shù)受到越來越多的重視，尤其是在大型飛機的研制過程中。干涉配合已成為延壽技術(shù)的主要方法，可以提高結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，國內(nèi)外好多飛機制造過程中都采用大量的干涉配合緊固件。例如伊爾86上使用的各種干涉配合螺栓多達34 400個，空客A320機翼壁板，僅鈦合金的干涉螺栓就有11 000個。目前我國涉及緊固件的配合通常使用錘擊打入或者是液壓壓入的方法，這些傳統(tǒng)的方式很容易導致緊固件的膨脹或強度，致使安裝變得極為困難；對于具有較大干涉量的緊固件，用打入的措施極其容易對孔壁造成傷害，最終導致飛機使用壽命的簡短。因此，飛機數(shù)字化裝配高效率長壽命連接技術(shù)的技術(shù)要點如下：支持長壽命連接、密封連接的復合材料干涉螺接、干涉鉚接技術(shù)；裝配過程中非小尺寸的裝配件和裝配結(jié)構(gòu)變形分析的技術(shù)；根據(jù)飛機產(chǎn)品裝配的特點，開發(fā)飛機高效長壽命的連接單元；鈦合金高鎖螺栓、鈦合金鉚釘連接技術(shù)。endprint

2.4 大尺寸精密測量技術(shù)

飛機測量系統(tǒng)的可靠性和精準性是其數(shù)據(jù)保證裝配時的數(shù)字化，數(shù)字量調(diào)整和配合的基礎數(shù)據(jù)是測量數(shù)據(jù)，要實現(xiàn)數(shù)字化裝配定位、制孔、連接，需要高精度的測量方法。有尺寸大、精度高是飛機產(chǎn)品的顯著特點，所以，就對測量技術(shù)和測量系統(tǒng)提出了非常高的要求。精密測量包含以下幾個方面：開發(fā)適合飛機產(chǎn)品特點的大尺寸精密測量單元；激光與iGPS測量的綜合測量方法；針對數(shù)字化裝配過程的跟蹤測量方法；對于飛機總體裝配的iGPS 測量方法。

2.5 多系統(tǒng)集成控制技術(shù)

盡管飛機數(shù)字化裝配的根本是操作控制系統(tǒng)，但是在飛機數(shù)字化裝配的實施過程中，也存在著與裝配有關的許多系統(tǒng)，例如，設計數(shù)據(jù)，工藝數(shù)據(jù)，測量數(shù)據(jù)，位置數(shù)據(jù)，鉆孔數(shù)據(jù)等存在著互相作用和互相協(xié)調(diào)的關系，然而實現(xiàn)交互與協(xié)調(diào)則需要多系統(tǒng)集成操作控制技術(shù)作為基礎，主要有以下幾點：針對實時測量反饋的在線控制技術(shù)和三維數(shù)模的離線控制；開發(fā)滿足飛機數(shù)字化裝配系統(tǒng)特點的多系統(tǒng)集成控制單元；集成接口技術(shù)和處理數(shù)據(jù)標準；動態(tài)補償設備精度的誤差。

3 有效建立飛機數(shù)字化裝配標準及其規(guī)范

作為與飛機數(shù)字化裝配工藝有關技術(shù)總結(jié)和數(shù)字化裝配技術(shù)規(guī)范和依據(jù)，不但能夠?qū)︼w機制造企業(yè)進行數(shù)字化裝配實施有指導作用，而且是連接理論研究、基礎技術(shù)研究轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)應用的樞紐，所以需要研究相關的飛機數(shù)字化裝配技術(shù)標準與規(guī)范，從而保障飛機數(shù)字化裝配體系的順利實現(xiàn)，更積極地為我國數(shù)字化裝配以及數(shù)字化裝備自主研發(fā)能力的提升、實現(xiàn)創(chuàng)新知識產(chǎn)權(quán)和技術(shù)成果的推廣起到關鍵作用，具體包括三大標準和類別的飛機數(shù)字化裝配流程。規(guī)范裝配操作類標準：長壽命連接、規(guī)范集成控制技術(shù)、數(shù)字化測量技術(shù)、數(shù)字化裝配容差分配技術(shù)以及數(shù)字化柔性定位；規(guī)范設計類標準：規(guī)范不同類型零組件的建模，針對三維標注方法手冊，規(guī)范數(shù)字化裝配的飛機結(jié)構(gòu)設計；規(guī)范工藝類標準：針對數(shù)字化裝配工藝體系的規(guī)劃和研究的相關技術(shù)、飛機數(shù)字化裝配仿真技術(shù)以及數(shù)字化柔性定位、自動化精密制孔進行規(guī)范。

4 飛機數(shù)字化裝配技術(shù)的應用

為了實現(xiàn)對一些特定零組件的裝配，需要數(shù)字化裝配系統(tǒng)許多種先進數(shù)字化裝配技術(shù)共同工作，從而構(gòu)成了一個數(shù)字化裝配系統(tǒng)。作為以數(shù)字化裝配技術(shù)為支撐的數(shù)字化裝配系統(tǒng)，在光學檢測與補償技術(shù)、數(shù)字化裝配技術(shù)及工裝技術(shù)及數(shù)字化集成控制技術(shù)的整體應用上都有所體現(xiàn)。

①在飛機設計階段，裝配零件和裝配工裝的特性，以及相互之間的裝配特點被輸入到系統(tǒng)服務器里。通過裝配集成控制系統(tǒng)可以共享數(shù)據(jù)，進而源源不斷的分析優(yōu)化這些這些特征信息，從而不斷完善工裝和零件以及他們裝配的特征。

②若干柔性夾具和機械隨動定位裝置是數(shù)字化柔性裝配工裝所包含的。為了適應不同的車型，但在尺寸上有很多相似之處的零件，需要更改一些專用的夾具和卡板。因此只需更換一些專用夾具組件和卡板就可以在各種工裝平臺進行組裝。

③為了對設計制造過程進行全面的監(jiān)控和測量結(jié)果的及時反饋，需要在飛機裝配技術(shù)應用中，綜合使用光學測量儀器和，機械隨動定位裝置。為了在一定程度上使定位更加精準，保證飛機裝配穩(wěn)定性，需要利用以上技術(shù)定位零件及工裝，并對閉環(huán)控制實行定位。

④實施飛機數(shù)字化裝配技術(shù)是飛機裝配過程的運行和信息技術(shù)強有力后盾，使控制更加科學性。裝配過程的缺陷也能夠得到有效地改善，使飛機裝配過程的效率顯著提高，保證裝配質(zhì)量，從而為快速發(fā)展和殘酷的市場競爭提供有力的保障，使飛機結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性得以實現(xiàn)。

總之，飛機的數(shù)字化裝配技術(shù)體系是包含很多領域和學科的整體研究和應用，通過深入研究飛機數(shù)字化裝配技術(shù)體系，實現(xiàn)飛機數(shù)字化裝配技術(shù)的突破，構(gòu)建飛機數(shù)字化裝配設備，就可以從根源上改變我國基于二維圖紙的工藝規(guī)劃措施，同時可以有效地提高裝配效率；改變我國目前航空產(chǎn)品在裝配連接時大體上由工人手工操作的狀況，有效地提高了生產(chǎn)效率，減少了協(xié)調(diào)的環(huán)節(jié)。

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