石薇 劉鵬厚

摘 要：隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，飛機(jī)的裝配技術(shù)由人工裝配，逐漸發(fā)展成半自動化再到數(shù)字化裝配。飛機(jī)的裝配需要精準(zhǔn)性和互換性，而數(shù)字自動化裝配技術(shù)要依據(jù)飛機(jī)的整體設(shè)計，零部件生產(chǎn)，數(shù)字化協(xié)調(diào)以及數(shù)字化測量和檢測。緣于飛機(jī)機(jī)翼裝配時的復(fù)雜和需要高精準(zhǔn)度，須探究機(jī)翼的數(shù)字化調(diào)整及水平測量方式，避免出現(xiàn)誤差。數(shù)字自動化裝配技術(shù)代表著智能裝配成為我國新的研究方向。

關(guān)鍵詞：飛機(jī);機(jī)翼;自動化裝配技術(shù);探究

引言：飛機(jī)裝配的過程涉及多個知識領(lǐng)域，需大量的工作人員來共同完成，裝配的質(zhì)量絕對著飛機(jī)整體的質(zhì)量。將零件依據(jù)技術(shù)指標(biāo)實行銜接組合形成裝配件是飛機(jī)的裝配過程。其自身產(chǎn)品的零部件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需投入大量的勞動力和物力，要保障飛機(jī)的平穩(wěn)性和安全性，采用數(shù)字自動化裝配，運用數(shù)字傳遞協(xié)調(diào)機(jī)翼裝配。

一、機(jī)翼自動化裝配技術(shù)

歷經(jīng)近二十年的研究和開發(fā)，歐美等發(fā)達(dá)國家在飛機(jī)自動裝配技術(shù)上逐漸成熟。飛機(jī)自動裝配技術(shù)包括數(shù)控柔性定位技術(shù)，數(shù)控孔技術(shù)，數(shù)字測量技術(shù)及計算機(jī)軟件等許多先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，是機(jī)械，電子，控制和計算機(jī)的先進(jìn)集成。飛機(jī)裝配與數(shù)字化和信息技術(shù)相結(jié)合，將傳統(tǒng)的模擬量傳輸方式轉(zhuǎn)換為數(shù)字量傳輸方式，實現(xiàn)了飛機(jī)裝配的數(shù)字化，靈活性，模塊化，自動化和信息化，成為飛機(jī)數(shù)字裝配技術(shù)領(lǐng)域的中堅力量。飛機(jī)組件的主要工作范圍包括對接機(jī)身部分，對接機(jī)翼和機(jī)身，對接水平和垂直尾翼和機(jī)身，安裝起落架，安裝發(fā)動機(jī)和系統(tǒng)。飛機(jī)組裝過程中使用的主要技術(shù)設(shè)備包括柔性定位器，激光跟蹤儀，自動鉆機(jī)，車間地面運輸車輛，空中吊裝和運輸系統(tǒng)以及集成控制系統(tǒng)。

國外應(yīng)用數(shù)字自動化技術(shù)相對于國內(nèi)較早，在國外裝配飛機(jī)機(jī)翼的測量，生產(chǎn)，定位等已經(jīng)完全實現(xiàn)數(shù)字化，受他們的影響，我國也積極研究發(fā)展自動化技術(shù)，數(shù)字化鉚接等。

（1）互換協(xié)調(diào)。

保障生產(chǎn)，工裝和產(chǎn)品之間的協(xié)調(diào)互換尤為重要，協(xié)調(diào)互換的方式是運用數(shù)控加工生產(chǎn)出達(dá)標(biāo)的部件外形和定位元素。在整個機(jī)翼的裝配過程中，測量最為主要，最后檢驗是否合格就是根據(jù)測量數(shù)據(jù)判別，而數(shù)字化測量可以提高測量結(jié)果的精確度，裝配過程中，全方位的實時監(jiān)測，例如GPS，激光雷達(dá)等都為常用的測量技術(shù)。而且，還會減少人為接觸，降抵了人員工作量，大大提高了效率。雖然現(xiàn)在實現(xiàn)了數(shù)字自動化技術(shù)，但還是存有很多技術(shù)方面問題和一些部件的質(zhì)量問題，況且飛機(jī)裝配本身就是難度系數(shù)較大的工作，還需要結(jié)合軟件進(jìn)行研究分析。

（2）工藝裝配與仿真。

飛機(jī)由上千萬的零件構(gòu)成，以及用到了同樣多的工裝，夾具，所以在操作中要做到仔細(xì)，精確。合理規(guī)劃分析裝配工藝可解決過程中失調(diào)，干涉，撞擊等問題。提升裝配速度和質(zhì)量是關(guān)鍵。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，建立工藝裝配的方法和技術(shù)規(guī)范，包括預(yù)裝配標(biāo)準(zhǔn)，模型建立，空間運動干涉規(guī)范，工作管理規(guī)范等。

對于裝配生產(chǎn)，可以應(yīng)用仿真軟件建立動畫模型，;針對需要文字的指令配備詳細(xì)分解說明。工作人員可以根據(jù)軟件的功能來解決裝配零件與工裝間存留的細(xì)節(jié)問題。

（3）機(jī)翼的柔性裝配。

柔性裝配技術(shù)是依據(jù)產(chǎn)品尺寸和數(shù)字控制完成產(chǎn)品的裝配。它去除了傳統(tǒng)制造裝配的高成本，周期長且模式單一的缺陷。與現(xiàn)代化自動設(shè)備和工業(yè)機(jī)器人相結(jié)合，大幅度提高了裝配效率和精準(zhǔn)度。

因為機(jī)翼的形狀，大小各不相同，柔性裝配方式也略有不同，可分為翼盒數(shù)字化裝配，前后緣類裝配以及數(shù)字化對接。第一個裝配類型是以平臺移動為基礎(chǔ)，聯(lián)合激光定位系統(tǒng)來實現(xiàn)翼盒類部件裝配。前后緣類裝配是根據(jù)機(jī)器人的鉆孔和柔性定位子系統(tǒng)來完成的。最后數(shù)字化對接則運用支撐構(gòu)造，調(diào)節(jié)機(jī)翼在不同時段的方位來保障機(jī)翼裝配。

（4）柔性定位。

運用柔性定位技術(shù)，在裝配中可適應(yīng)部件的結(jié)構(gòu)變化，降低了剛性定位時不能躲避的應(yīng)力。傳統(tǒng)的定位是依據(jù)工藝孔的交點或者基準(zhǔn)面實現(xiàn)定位，但這樣導(dǎo)致工作繁瑣，效率極低。而柔性定位結(jié)合了模塊設(shè)計，同時可以調(diào)換不同的定位頭，因此變得更加靈活實用。但是這樣的柔性定位機(jī)構(gòu)需要考慮結(jié)構(gòu)的合理性，是否便于調(diào)整，是否適應(yīng)孔及基準(zhǔn)面的變化。有很多航空公司在設(shè)備上裝配了多自由度伺服定位機(jī)構(gòu)，它可以同時調(diào)整多個產(chǎn)品坐標(biāo)，定位更加準(zhǔn)確，這類的設(shè)備雖然已在市場發(fā)展的較為成熟，但生產(chǎn)成本過高，部分資源得不到有效利用。

二、機(jī)翼的自動化裝配技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀分析

從目前來看，我國新型飛機(jī)的牽引對飛機(jī)總裝配的自動化技術(shù)，例如大部件對接、全機(jī)檢測等技術(shù)進(jìn)行的攻克，運用了柔性定位器、自動鉆孔、激光跟蹤儀、運輸車等設(shè)備。通過查閱和收集國內(nèi)外資料對比和分析了國內(nèi)外自動化裝配技術(shù)，國內(nèi)的自動化裝配技術(shù)的使用范疇已從簡單組件裝配拓展至大型且復(fù)雜的部件對接，并且掌握了自動化總裝配中的關(guān)鍵技術(shù)，但是有待在裝配生產(chǎn)線方面取得進(jìn)展，為以后可以打造完整的自動化裝配線奠定了良好基礎(chǔ)。

新型飛機(jī)機(jī)翼的材料選用已將整體機(jī)加壁板替代了傳統(tǒng)的鉚接壁板，材料的使用上不僅提升了機(jī)翼的氣動性和載重能力，而且還延長了機(jī)翼的使用壽命。伴隨我國科技的創(chuàng)新，傳統(tǒng)的外形和結(jié)構(gòu)已不能滿足新型式飛機(jī)的需求，在壁板的生產(chǎn)和裝配上都提升了難度。現(xiàn)階段國外的大多生產(chǎn)廠家大多采納自動裝配，靠計算機(jī)控制的定位器來調(diào)整銜接機(jī)翼的位姿。例如柔性裝配技術(shù)，在波音機(jī)上應(yīng)用廣泛。

模擬量傳遞作為傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配基礎(chǔ)，工裝設(shè)計不夠新穎，使型架更加復(fù)雜又重，測量儀器也沒有統(tǒng)一規(guī)范，已經(jīng)嚴(yán)重阻礙裝配的質(zhì)量和飛機(jī)設(shè)備研制的進(jìn)程。國內(nèi)經(jīng)過科研人員的不懈努力，在飛機(jī)設(shè)備的生產(chǎn)制造和數(shù)字化技術(shù)的研究上取得了很大成功，也都得到了實踐應(yīng)用。但更多的裝配技術(shù)還處于設(shè)計實驗階段，與國外相比還有差距。所以還需要不斷地研究創(chuàng)新有關(guān)數(shù)字化裝配技術(shù)，為航空部門的全面發(fā)展提供了有效依據(jù)。

三、測量機(jī)翼的方式及飛機(jī)自動化裝配方法

測量飛機(jī)機(jī)翼的方式可分為倆種，水平點測量和交點測量。運用傳感器測量水平點，工業(yè)機(jī)器人直線位移傳感器是將機(jī)器人平移至目標(biāo)下方，隨后傳感器的探頭升起，直至接觸到飛機(jī)機(jī)翼的目標(biāo)測量點，顯示水平數(shù)據(jù)后繼續(xù)移動機(jī)器人到下一測量點，整個過程完成以后，比對測量值判定飛機(jī)機(jī)翼是否達(dá)到水平。

機(jī)翼的的端面作為交點測量點，需要結(jié)合數(shù)字自動化技術(shù)，可選用的工具為激光跟蹤儀。它是一種非接觸式光學(xué)測量儀，主要由激光干涉裝置和角度編碼器構(gòu)成。開始測量前，先設(shè)置跟蹤儀的測試坐標(biāo)為機(jī)翼的裝配坐標(biāo)。激光跟蹤儀會在規(guī)定的范圍內(nèi)做旋轉(zhuǎn)運動，檢測被測量點的坐標(biāo)，得到相關(guān)數(shù)據(jù)。要精準(zhǔn)完成空間的平面和曲面的測量，運用輔助機(jī)器人對機(jī)翼外形進(jìn)行自動測量，將機(jī)器人安裝在移動導(dǎo)軌上，在工具頂端安裝激光儀，伺服系統(tǒng)控制輔助機(jī)器人運動完成掃描任務(wù)。

在有關(guān)飛機(jī)自動化裝配中，波音等公司運用了先進(jìn)的裝配方式，比如決定性裝配，以骨架進(jìn)行自動化裝配。決定性裝配又叫做DA裝配，它零件以預(yù)先選定的形式實行裝配，不需要繁瑣的測量及定位工具，有點是可以減少成本，縮短生產(chǎn)周期。決定性裝配存在以下特征：運用零件或組件間的空間關(guān)系;重點特征在工程設(shè)計時來定義;重點特征依靠數(shù)控機(jī)床在一定時間來制造零件。決定性裝配保證了裝配的質(zhì)量和配件的一致性，除了減少了產(chǎn)品研制和改型的費用，還大大減少了裝配工作量。

以骨架為基準(zhǔn)來實行自動化裝配，其本身大量用于骨架結(jié)構(gòu)和機(jī)翼機(jī)身的壁板，這種裝配方式優(yōu)勢在于用精確的骨架外形來裝配壁板，這樣壁板可被束緊帶緊壓，簡化了工裝，省去了工裝費用，這種方式需要高精度、剛度的骨架，同時要控制壁板厚度的誤差，否則會直接影響外形公差。

四、飛機(jī)裝配自動化技術(shù)發(fā)展方向

就大型飛機(jī)的裝配而言，不論是從技術(shù)角度看還是管理角度看，其都是一個很難被攻克的難題，依照制造飛機(jī)的全局考慮，目前飛機(jī)總裝生產(chǎn)線的發(fā)展方向，無論是移動還是脈動，都是從生產(chǎn)方式或者布局方面的改善，主要運用提高飛機(jī)總裝的生產(chǎn)效率，縮短生產(chǎn)周期。所以，要怎樣提升飛機(jī)總裝生產(chǎn)的協(xié)調(diào)性，提高工作質(zhì)量，使裝配達(dá)到智能化、高精度，使生產(chǎn)過程中愈加穩(wěn)定，成為自動化裝配技術(shù)改進(jìn)和提升的難題。

依據(jù)國內(nèi)先進(jìn)的飛機(jī)自動化裝配技術(shù)應(yīng)用情況來看，未來飛機(jī)自動化生產(chǎn)線應(yīng)從數(shù)字化裝配、測量技術(shù)、自動化技術(shù)等方面重點研究，并慢慢推廣和使用。

（1）裝配自動化對接平臺

飛機(jī)最終組裝對接是飛機(jī)制造中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，并且在此階段積累了初始零件制造和零件組裝。飛機(jī)組裝的主要工作范圍包括對接機(jī)身部分，對接機(jī)翼和機(jī)身，對接水平尾翼和垂直尾翼和機(jī)身，安裝起落架和安裝發(fā)動機(jī)。用于最終組裝的主要過程設(shè)備包括柔性定位器，激光跟蹤器（或iGPS），自動鉆孔設(shè)備，車間地面運輸工具，空中吊運系統(tǒng)和其他設(shè)備，以及整個控制系統(tǒng)。

波音公司使用的自動定位和校正系統(tǒng)主要包括機(jī)械傳動，離散點掃描系統(tǒng)，激光雷達(dá)檢測表面力分配系統(tǒng)，綜合分析控制系統(tǒng)，離散點掃描技術(shù)和飛機(jī)的激光檢測表面力分配技術(shù)。這是已申請專利的最終組裝。

（2）飛機(jī)移動系統(tǒng)

使用飛機(jī)組裝移動生產(chǎn)線技術(shù)可以實現(xiàn)低成本，高質(zhì)量和快速響應(yīng)的飛機(jī)產(chǎn)品制造，這對于中國下一代大中型飛機(jī)的開發(fā)和批量生產(chǎn)非常重要。飛機(jī)的移動系統(tǒng)包括整個飛機(jī)的運動（正常站運動，一般應(yīng)急站位置轉(zhuǎn)換），主要是氣墊運輸技術(shù)，AGV手推車運輸技術(shù)以及組件運動技術(shù)，包括激光跟蹤儀測量和定位技術(shù)。

波音公司采用的移動裝配線技術(shù)將飛機(jī)放置在生產(chǎn)線上，車輪通過傳送鏈移動，從而使飛機(jī)可以沿著生產(chǎn)線移動和組裝。射頻信號的實時傳輸可實現(xiàn)對飛機(jī)移動裝配生產(chǎn)線的遠(yuǎn)程控制，并監(jiān)視飛機(jī)的運動。

大中型飛機(jī)的設(shè)計球重超過40噸，僅機(jī)身重量超過20噸。考慮到安全性，僅靠一般的牽引力很難解決這個龐大的運動問題。由于大型飛機(jī)的生產(chǎn)線是以脈動生產(chǎn)模式執(zhí)行的，因此要考慮飛機(jī)在每個工位（正常和緊急情況）的運動，并且與大型平臺結(jié)合使用時，必須考慮安全性，靈活性和運動便利性。建造和建造激光測量系統(tǒng)，數(shù)字零件運動體的研究非常重要。

因此，需要使用AGV小車和氣墊懸掛移動技術(shù)來運輸整個機(jī)器和大型零件。AGV手推車移動不受限，可以自動放置和旋轉(zhuǎn)，采用氣墊移動技術(shù)，配備靈活的裝配支架（根據(jù)不同的部件形狀進(jìn)行調(diào)整），并使用激光跟蹤儀引導(dǎo)移動定位系統(tǒng)可以測量和放置。整機(jī)運輸和大型零件運輸。

機(jī)身和機(jī)翼各部分的專用支撐工具與標(biāo)準(zhǔn)的模塊化運輸系統(tǒng)結(jié)合在一起，形成部件支架。在飛機(jī)裝配站工作時，部件移動技術(shù)用于實現(xiàn)飛機(jī)或部件和飛機(jī)在裝配站的平穩(wěn)移動。您可以快速安全地放置工具，并在飛機(jī)移動時清空整個工具。在航空航天領(lǐng)域，許多氣墊運輸技術(shù)和先進(jìn)的測量定位技術(shù)（iGPS）與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)了大型零件的運輸和裝配，大大提高了裝配的工作效率和裝配質(zhì)量。

結(jié)語：當(dāng)飛機(jī)機(jī)翼完成裝配之后，在滿足機(jī)翼水平測量的高度時，還需確定機(jī)翼是不是滿足與裝配零件間的裝配準(zhǔn)確度以及二者的位置精度。聯(lián)合現(xiàn)有的數(shù)字自動化技術(shù)與軟件技術(shù)，對機(jī)翼的裝配，調(diào)試進(jìn)行分析，具體優(yōu)化，達(dá)到使用要求。數(shù)字化技術(shù)展現(xiàn)了航空發(fā)展方向，為提高裝配飛機(jī)的效率和質(zhì)量，必定要研制成本低，質(zhì)量高，多種類的設(shè)備，同時會改變我國航空設(shè)備生產(chǎn)的觀念性，克服我國在飛機(jī)研發(fā)裝配技術(shù)中的缺陷，完成航空技術(shù)領(lǐng)域的偉大突破。

參考文獻(xiàn)：

[1]鄭文利.飛機(jī)數(shù)字化裝配定位技術(shù)研究[J].科技視界，2017（36）：111+106.

[2]周娟勤.飛機(jī)機(jī)翼前緣與縫翼數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術(shù)研究[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2017（10）：124-125.

[3]齊鵬斌，薛蘭珠.飛機(jī)機(jī)翼前緣與縫翼數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術(shù)研究[J].中國科技信息，2015（01）：15-16.