劉 毅

中航工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司

飛機(jī)裝配技術(shù)現(xiàn)狀研究

劉 毅

中航工業(yè)沈陽(yáng)飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司

近年來(lái)，隨著激光測(cè)量技術(shù)、無(wú)型架裝配技術(shù)、柔性工裝技術(shù)、自動(dòng)化裝配技術(shù)飛速發(fā)展，將飛機(jī)裝配技術(shù)推向了一個(gè)新的高度。飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)是基于數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝的協(xié)調(diào)技術(shù)、數(shù)字化模擬仿真技術(shù)、激光跟蹤測(cè)量技術(shù)、數(shù)字化定位技術(shù)、協(xié)同控制技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)的綜合。它糾正了傳統(tǒng)飛機(jī)裝配工藝技術(shù)的缺點(diǎn)，可以盡量減少各種專用工裝和夾具，增加裝配工裝的通用性，降低工裝制造成本，減小裝配工作應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化自動(dòng)裝配，縮短工裝準(zhǔn)備周期，并且可以一目了然地評(píng)估生產(chǎn)狀況進(jìn)而減少生產(chǎn)過程中的庫(kù)存，大幅度提高飛機(jī)的裝配質(zhì)量和效率。

飛機(jī)；裝配技術(shù)；

1.國(guó)內(nèi)外飛機(jī)裝配技術(shù)現(xiàn)狀

近年來(lái)，以國(guó)際上兩大民用飛機(jī)制造公司——波音公司和空客公司為代表的航空制造企業(yè)，大力發(fā)展數(shù)字化裝配技術(shù)，大量采用數(shù)字化柔性裝配工裝。

由于飛機(jī)柔性定位裝配工裝本身就是一套數(shù)字化工藝裝備，如果再通過網(wǎng)絡(luò)與自動(dòng)控制裝置﹑計(jì)算機(jī)等終端控制設(shè)備相連，則可以實(shí)現(xiàn)將設(shè)計(jì)好的三維數(shù)字模型直接輸入計(jì)算機(jī)來(lái)操縱數(shù)字化工裝設(shè)備。波音公司和空客公司的飛機(jī)裝配中，均大幅度地提高數(shù)字化裝配工裝的應(yīng)用水平，擴(kuò)大應(yīng)用范圍。

目前，國(guó)內(nèi)的飛機(jī)裝配中使用的工裝仍主要以傳統(tǒng)的剛性﹑專用形式為主，工裝數(shù)量多﹑占地面積大，生產(chǎn)周期長(zhǎng)﹑制造成本高。隨著國(guó)內(nèi)新機(jī)型號(hào)的逐漸增多，傳統(tǒng)的剛性.專用工裝已經(jīng)不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代飛機(jī)多品種﹑小批量生產(chǎn)的需求，己經(jīng)成為制約國(guó)內(nèi)飛機(jī)裝配技術(shù)發(fā)展的主要因素之一。雖然近年來(lái)也研制了一些數(shù)字化柔性工裝設(shè)備，取得了部分成果，但從整體上看，國(guó)內(nèi)在飛機(jī)裝配柔性工裝的研究應(yīng)用上仍處于起步階段，柔性工裝的研制和應(yīng)用缺乏規(guī)范和指導(dǎo)，能夠成功應(yīng)用的柔性工裝數(shù)量較少，不能形成規(guī)模，特別是在飛機(jī)組件級(jí)﹑段(部)級(jí)裝配中，更是缺乏深入的研究應(yīng)用。機(jī)身部件裝配工裝的落后，制約了數(shù)字化柔性裝配技術(shù)的深入應(yīng)用，阻礙了新一代飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線的構(gòu)建。

因此，在當(dāng)前國(guó)內(nèi)航空制造業(yè)大力提倡飛機(jī)裝配數(shù)字化﹑柔性化的背景下，需要深入研究飛機(jī)數(shù)字化裝配工裝的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以規(guī)范和指導(dǎo)國(guó)內(nèi)裝配工裝的設(shè)計(jì)制造及應(yīng)用，從而提高國(guó)內(nèi)飛機(jī)裝配工裝的數(shù)字化﹑柔性化技術(shù)水平以及柔性工裝的應(yīng)用規(guī)模。這對(duì)促進(jìn)國(guó)內(nèi)飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)的發(fā)展，進(jìn)而提高國(guó)內(nèi)飛機(jī)產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力具有重要意義。

2.現(xiàn)代飛機(jī)數(shù)字化裝配的若干關(guān)鍵技術(shù)

飛機(jī)數(shù)字化裝配是建立在計(jì)算機(jī)數(shù)字信息處理平臺(tái)上的融合飛機(jī)全部數(shù)字量的協(xié)調(diào)體系，應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)，數(shù)字控制技術(shù)，采用各種數(shù)控裝配工具，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化固持﹑加工﹑對(duì)接，完成飛機(jī)組件﹑部件和機(jī)身的裝配連接等綜合性系統(tǒng)工程﹑數(shù)字化裝配技術(shù)能適應(yīng)飛機(jī)部件品種規(guī)格，批量﹑裝配工藝﹑場(chǎng)地和時(shí)間的變化要求。而先進(jìn)的飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)是保證飛機(jī)部件和飛機(jī)整體性能的關(guān)鍵，主要包括以下幾個(gè)方面：

2.1 基于數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝的數(shù)字化協(xié)調(diào)技術(shù)

數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝是一種數(shù)字協(xié)調(diào)方法，它利用三維數(shù)字模型和坐標(biāo)基準(zhǔn)系統(tǒng)來(lái)制造零件與工裝，這些工裝用于零件生產(chǎn)﹑段部件裝配﹑部件之間裝配及檢驗(yàn)。數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝的作用即是代替實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)工裝，起到協(xié)調(diào)標(biāo)準(zhǔn)的作用，從而克服了實(shí)物工裝成本高，而且維護(hù)難度大等缺點(diǎn)。

數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝是計(jì)算機(jī)中包含產(chǎn)品某些部位的幾何形狀和尺寸的數(shù)字模型，可以是工程數(shù)字模型，它增加了必要的裝配工藝信息的部件裝配數(shù)字模型，是制造﹑裝配﹑檢驗(yàn)和協(xié)調(diào)生產(chǎn)用工藝裝備的數(shù)字量標(biāo)準(zhǔn)，是保證生產(chǎn)用工藝裝配之間﹑產(chǎn)品部件和組件之間的尺寸和形狀協(xié)調(diào)互換的重要依據(jù)。

2.2 數(shù)字化柔性裝配工裝

飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配工裝是指在飛機(jī)裝配中為了提高工裝快速響應(yīng)產(chǎn)品變化能力，縮短工裝準(zhǔn)備周期，降低工裝制造成本，而采用的一種基于產(chǎn)品數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)體系的模塊化﹑可自動(dòng)調(diào)整重構(gòu)的裝配工裝。在機(jī)身部件裝配以及機(jī)身對(duì)接裝配等大部件對(duì)接過程中，數(shù)字化柔性裝配工裝的執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要包括定位器﹑工藝接頭，定位器是一個(gè)高精度的數(shù)字化自動(dòng)控制裝置。定位器能夠根據(jù)控制系統(tǒng)的指令實(shí)現(xiàn)機(jī)身部件或機(jī)身的姿態(tài)調(diào)整﹑支撐固持，同時(shí)抑制裝配對(duì)象的變形。飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，空間開敞等優(yōu)點(diǎn)。由于飛機(jī)輪廓外形復(fù)雜，且在飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中未給定位器預(yù)留連接接頭，所以需要設(shè)置專用的工藝接頭過渡連接定位器與飛機(jī)部件，根據(jù)飛機(jī)部件的不同，工藝接頭與飛機(jī)部件之間的連接方式可設(shè)置成螺栓連接.磁力吸附或真空吸附。在機(jī)身段(部)件裝配中，工藝接頭與機(jī)身之間通常為螺栓連接。

機(jī)身工藝接頭將定位器的集中載荷傳遞至機(jī)身，在機(jī)身工藝接頭與機(jī)身的連接區(qū)域受載情況較為惡劣.因此，合理設(shè)計(jì)機(jī)身工藝接頭的結(jié)果及其與機(jī)身的連接方式是保障機(jī)身數(shù)字化裝配安全性的關(guān)鍵

2.3 數(shù)字化測(cè)量技術(shù)

數(shù)字化測(cè)量技術(shù)是以計(jì)算機(jī)控制來(lái)完成自動(dòng)﹑快速﹑精準(zhǔn)的測(cè)量.數(shù)字化測(cè)量技術(shù)主要涉及測(cè)量分析軟件與數(shù)字化測(cè)量設(shè)備兩部分內(nèi)容。測(cè)量分析軟件一方面要與測(cè)量設(shè)備有良好的數(shù)據(jù)輸入輸出通道，精確獲得測(cè)量數(shù)據(jù)和理論數(shù)字模型，對(duì)原始三維數(shù)據(jù)和實(shí)際采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并兼有模擬分析和現(xiàn)場(chǎng)分析的能力；另一方面要能與硬件控制軟件配合，將分析得到的結(jié)果傳遞給控制軟件，以驅(qū)動(dòng)﹑控制數(shù)字化柔性調(diào)姿工裝。另外，此類軟件還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)異常狀態(tài)的檢測(cè)﹑多維狀態(tài)的識(shí)別﹑對(duì)操作時(shí)難以達(dá)到狀態(tài)的可視信息化等。

相對(duì)于傳統(tǒng)測(cè)量設(shè)備，數(shù)字化測(cè)量設(shè)備具有檢測(cè)速度快﹑安裝和操作便捷﹑可動(dòng)態(tài)測(cè)量﹑測(cè)量精度及效率高等特點(diǎn)。目前，最先進(jìn)的測(cè)量設(shè)備是激光跟蹤儀，激光跟蹤儀是近十年來(lái)才發(fā)展起來(lái)的新型測(cè)量?jī)x器，集激光干涉技術(shù)﹑光電檢測(cè)技術(shù)﹑精密機(jī)械技術(shù)﹑計(jì)算機(jī)及控制技術(shù)﹑現(xiàn)代數(shù)值計(jì)算理論于一體，實(shí)時(shí)掃描測(cè)量，具有極高的測(cè)量精度及效率，可以對(duì)三維數(shù)據(jù)進(jìn)行直接輸入輸出，并具有廣泛﹑通用的接口，能夠很容易地與其他數(shù)字化設(shè)備連接工作。使用激光跟蹤儀進(jìn)行測(cè)量時(shí)，跟蹤頭到被測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的距離可達(dá)幾十米，完全能夠滿足機(jī)身部件裝配的需要。

結(jié)論

本文通過分析國(guó)內(nèi)外飛機(jī)裝配技術(shù)現(xiàn)狀，提出了基于數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝的數(shù)字化協(xié)調(diào)技術(shù)，對(duì)提高飛機(jī)裝配技術(shù)具有積極的意義。

[1]范玉青.現(xiàn)代飛機(jī)制造技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[2]牛春勻.實(shí)用飛機(jī)結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)[M].北京：航空工業(yè)出版社，2008.