樊虎 楊靖雯 羅群 劉博鋒

摘? ?要：本文對(duì)現(xiàn)有數(shù)字化集成裝備研制應(yīng)用過程中存在的問題進(jìn)行了分析，針對(duì)這些問題提出了數(shù)字化集成裝備研制應(yīng)用過程中的“四控”方法，即“設(shè)計(jì)源頭把控、驗(yàn)證過程監(jiān)控、生產(chǎn)過程管控、管理體系掌控”，并以某型機(jī)翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)的研究應(yīng)用過程為研究對(duì)象開展“四控”法的實(shí)踐應(yīng)用。實(shí)踐結(jié)果表明：“四控”法的應(yīng)用有效規(guī)避了系統(tǒng)研制應(yīng)用過程風(fēng)險(xiǎn)，保證了翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)按期投產(chǎn)應(yīng)用并形成穩(wěn)定可靠的加工能力，另外，“四控”法也可為同行業(yè)或其他行業(yè)的新型數(shù)字化裝備及新技術(shù)的研究應(yīng)用提供參考及借鑒。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化? 源頭把控? 過程管控? 體系掌控

近年來隨著航空制造業(yè)的迅猛發(fā)展，數(shù)字化集成裝備和數(shù)字化裝配制造技術(shù)已開始在各大航空企業(yè)得到廣泛的應(yīng)用[1-4]。目前，國(guó)內(nèi)飛機(jī)在壁板類、活動(dòng)翼面、前后緣等簡(jiǎn)單類型組部件上已基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化裝配。隨著數(shù)字化集成裝備的全面深入應(yīng)用，以大型機(jī)翼翼盒數(shù)字化裝配為代表的裝配系統(tǒng)，向著多功能、高集成、高自動(dòng)化的方向發(fā)展，系統(tǒng)復(fù)雜程度越來越高，這對(duì)企業(yè)的管理和技術(shù)能力提出了更高要求[5-10]。

面對(duì)“大型復(fù)雜產(chǎn)品+復(fù)雜數(shù)字化裝配系統(tǒng)”的新形勢(shì)，企業(yè)在工作中主要面臨以下四大困難：一是缺乏可借鑒的數(shù)字集成裝備質(zhì)量監(jiān)督經(jīng)驗(yàn)，二是缺乏切實(shí)有效的監(jiān)督方法，三是缺乏可參考的標(biāo)準(zhǔn)，四是缺乏可應(yīng)用的管理制度和規(guī)范。正是由于這些缺失，使得企業(yè)在數(shù)字化集成裝備的研制、驗(yàn)證及應(yīng)用過程中出現(xiàn)了諸多問題，給企業(yè)造成巨大經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量安全及生產(chǎn)加工效率造成嚴(yán)重威脅，影響了產(chǎn)品的交付周期及產(chǎn)品安全壽命。

1? 過程方法研究與實(shí)踐

鑒于數(shù)字化集成裝備驗(yàn)證應(yīng)用中出現(xiàn)的種種問題，本文提出了數(shù)字化集成裝備研制應(yīng)用過程中的“四控”方法，即“設(shè)計(jì)源頭把控、驗(yàn)證過程監(jiān)控、生產(chǎn)過程管控、管理體系掌控”，并以某型機(jī)翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)的研究應(yīng)用過程為研究對(duì)象，開展“四控”法的實(shí)踐應(yīng)用，下面對(duì)“四控”方法及其應(yīng)用過程進(jìn)行詳盡說明。

1.1 設(shè)計(jì)源頭把控

數(shù)字化集成裝備的設(shè)計(jì)階段是對(duì)整個(gè)裝備系統(tǒng)宏觀把控最為關(guān)鍵的階段，從以往實(shí)踐過程中暴露的問題看，設(shè)計(jì)階段的質(zhì)量監(jiān)督對(duì)后續(xù)設(shè)備的應(yīng)用和產(chǎn)品的加工有著極大的影響。經(jīng)過前期的實(shí)踐總結(jié)出設(shè)計(jì)源頭質(zhì)量監(jiān)督把控主要集中在兩個(gè)監(jiān)管：一是系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)監(jiān)管，包括工裝及設(shè)備的精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，特別是涉及系統(tǒng)中的自動(dòng)化測(cè)量、調(diào)姿、定位和制孔等部分;二是系統(tǒng)中技術(shù)狀態(tài)監(jiān)管，包括系統(tǒng)中軟硬件的升級(jí)換版過程及版本版次控制。

因此，在某型機(jī)翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，研究團(tuán)隊(duì)提出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)著眼于傳統(tǒng)裝配的局限性，對(duì)系統(tǒng)中涉及的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)狀態(tài)進(jìn)行有針對(duì)的控制。

（1）關(guān)鍵技術(shù)控制。

①柔性定位。

針對(duì)在傳統(tǒng)裝配生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品尺寸大、剛性弱，存在產(chǎn)品入位困難、應(yīng)力裝配等問題，設(shè)計(jì)階段研究團(tuán)隊(duì)提出應(yīng)針對(duì)此問題對(duì)系統(tǒng)工裝進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。最終翼盒數(shù)字化調(diào)姿裝配系統(tǒng)采用多臺(tái)數(shù)控定位器，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的定位調(diào)姿。采用產(chǎn)品連接工藝球頭方式入位，入位后通過測(cè)量交點(diǎn)孔偏差，進(jìn)行整體無應(yīng)力調(diào)姿解決了傳統(tǒng)裝配由于產(chǎn)品吊裝變形造成的入位困難、強(qiáng)迫定位、位置精度差的老大難問題。

②溫度補(bǔ)償。

傳統(tǒng)翼盒工裝存在熱膨脹變形問題，鋁合金產(chǎn)品熱膨脹系數(shù)為0.023mm/m/℃，地面基礎(chǔ)熱膨脹系數(shù)為0.01mm/m/℃，兩者相差0.013mm/m/℃，造成工裝與產(chǎn)品的不協(xié)調(diào)。因此，在整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段就對(duì)傳統(tǒng)的工裝形式進(jìn)行了改進(jìn)，翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)的工裝主體采用了與產(chǎn)品同材質(zhì)的鋁合金，且在地面和鋁合金工裝底座之間設(shè)置滑軌，使工裝與產(chǎn)品整體隨溫度變化而變化。通過該方法提高了產(chǎn)品和工裝的協(xié)調(diào)性，避免了裝配過程中由溫度引起的伸縮變化造成定位精度低的問題。

（2）技術(shù)狀態(tài)控制。

翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)涉及柔性定位、精密制孔、自動(dòng)測(cè)量與檢測(cè)等眾多先進(jìn)技術(shù)，是機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科的交叉融合。在前期翼盒的設(shè)計(jì)方案的制定過程中，研究團(tuán)隊(duì)就對(duì)系統(tǒng)的軟件換版、硬件升級(jí)改造進(jìn)行了嚴(yán)格的把控，同時(shí)企業(yè)內(nèi)部也建立切實(shí)有效的管理制度，實(shí)行多級(jí)審核來保證系統(tǒng)軟硬件在升級(jí)換版過程中的版本得到有效控制并具有可追溯性。

1.2 驗(yàn)證過程監(jiān)控

數(shù)字化集成裝備的驗(yàn)證過程是由設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)化為實(shí)物的關(guān)鍵步驟，是系統(tǒng)裝備功能性、適用性、穩(wěn)定性及可靠性等各項(xiàng)性能指標(biāo)的充分暴露和展現(xiàn)階段，從前期數(shù)字化裝備的應(yīng)用實(shí)踐來看，驗(yàn)證過程中隱藏很小的一個(gè)問題就可能為正式產(chǎn)品加工應(yīng)用埋下重大安全質(zhì)量隱患。為此，要嚴(yán)格監(jiān)控?cái)?shù)字化裝配系統(tǒng)驗(yàn)證過程，對(duì)于過程的監(jiān)控從兩個(gè)監(jiān)測(cè)入手：一是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)裝備的功能性和適用性，二是監(jiān)測(cè)其穩(wěn)定性和可靠性，通過兩個(gè)監(jiān)測(cè)將絕大多數(shù)問題和隱患暴露并消除在驗(yàn)證階段。

（1）功能性、適用性。

翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)驗(yàn)證內(nèi)容包括固定前緣上架輔助工裝協(xié)調(diào)驗(yàn)證、固定后緣工藝接頭協(xié)調(diào)驗(yàn)證、上下壁板保型框協(xié)調(diào)性驗(yàn)證、翼肋保型與上架定位方式、自動(dòng)制孔加工檢測(cè)驗(yàn)證、下翼面接頭定位與制孔等。

（2）可靠性、穩(wěn)定性。

翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)驗(yàn)證了包括固定前后緣上架調(diào)姿定位、固定前后緣裝配誤差分析、自動(dòng)制孔效率驗(yàn)證、自動(dòng)制孔穩(wěn)定性驗(yàn)證、裝配過程前后緣變形監(jiān)測(cè)等。

1.3 生產(chǎn)過程管控

評(píng)價(jià)數(shù)字化集成裝備體系應(yīng)用成功與否的關(guān)鍵在于生產(chǎn)加工階段，而流程規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化又是該階段的靈魂所在。目前多數(shù)企業(yè)還沒有形成一套完整規(guī)范的數(shù)字裝配系統(tǒng)工藝性、操作性指導(dǎo)文件。根據(jù)前期的梳理總結(jié)，本文認(rèn)為數(shù)字集成裝備的生產(chǎn)過程管控應(yīng)從以下四個(gè)方向入手，即工藝流程標(biāo)準(zhǔn)化、操作過程規(guī)范化、過程風(fēng)險(xiǎn)顯性化、檢查設(shè)置差異化。以下為翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)生產(chǎn)過程管控下的四個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化。