李研

（吉林化工學(xué)院，吉林吉林，132022）

1 飛機(jī)數(shù)字量裝配技術(shù)發(fā)展和優(yōu)勢(shì)

數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)是飛機(jī)制造中的先進(jìn)技術(shù)形式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)分散零部件安裝整合，滿足集成化、一體化管理需求。飛機(jī)裝配工作對(duì)規(guī)范性要求較高，相關(guān)人員需要對(duì)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，提升整體制造能力。實(shí)際裝配操作中，飛機(jī)零件具有種類多、裝配復(fù)雜特點(diǎn)，裝配技術(shù)要求較大。經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，飛機(jī)裝配技術(shù)明顯提升，數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)獲得穩(wěn)定應(yīng)用[1]。

計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用背景下，數(shù)字化技術(shù)滲透在各行各業(yè)，對(duì)提升生產(chǎn)效率產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。裝配技術(shù)升級(jí)后，突破了傳統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用局限性，使得飛機(jī)裝配技術(shù)形式更為多樣化，滿足高效控制要求。飛機(jī)制造加工過(guò)程中，相關(guān)人員對(duì)數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)進(jìn)行升級(jí)，確保整體化設(shè)計(jì)原則實(shí)現(xiàn)。相關(guān)技術(shù)被應(yīng)用在設(shè)備裝配模型構(gòu)建、序列規(guī)劃和維護(hù)管理全過(guò)程中，可幫助解決實(shí)際裝配中遇到的問(wèn)題，是目前應(yīng)用在飛機(jī)裝配中的先進(jìn)技術(shù)形式。

2 數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)主要內(nèi)容

2.1 數(shù)字化定義

飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)部門和相關(guān)工作人員應(yīng)構(gòu)建數(shù)據(jù)產(chǎn)品信息庫(kù)，對(duì)飛機(jī)外形、結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)全機(jī)進(jìn)行數(shù)字化定義，并對(duì)產(chǎn)品完整性進(jìn)行定義，確保三維數(shù)據(jù)模型技術(shù)被廣泛應(yīng)用。在結(jié)構(gòu)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注產(chǎn)品外形、結(jié)構(gòu)形狀，相對(duì)位置和連接形式等幾何信息和具體設(shè)計(jì)公差，并對(duì)構(gòu)件之間拼接裝配關(guān)系、應(yīng)用材料、尺寸和裝機(jī)數(shù)量等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行定義，確保技術(shù)應(yīng)用可靠性，提升技術(shù)應(yīng)用水平。飛機(jī)數(shù)字化裝配如圖1 所示。

圖1 飛機(jī)數(shù)字化裝配仿真技術(shù)

數(shù)字化裝配技術(shù)應(yīng)用時(shí)，某集團(tuán)使用PDM 系統(tǒng)，其軟件平臺(tái)為TC，結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助產(chǎn)品管理系統(tǒng)CPMIS，使得數(shù)據(jù)信息完成實(shí)時(shí)傳遞和共享，確保數(shù)據(jù)一致性。通過(guò)對(duì)數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用，飛機(jī)制造質(zhì)量提升，生產(chǎn)周期和成本降低，目前已經(jīng)形成一套完整的飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)體系，通過(guò)對(duì)數(shù)字化互換協(xié)調(diào)技術(shù)、工藝規(guī)劃仿真技術(shù)，真正實(shí)現(xiàn)智能制造，有效提升飛機(jī)裝配水平[2]。

2.2 基于設(shè)備制造的并行工程

飛機(jī)制造實(shí)踐中，推行了并行系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)階段對(duì)工藝技術(shù)進(jìn)行提前介入，并對(duì)產(chǎn)品數(shù)字化進(jìn)行定義，提升裝配設(shè)計(jì)能力。并行工程設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員需要將定位孔、協(xié)調(diào)孔和裝配零件狀態(tài)等工藝要求及時(shí)提供給管理人員。設(shè)計(jì)部門能夠?qū)⑸鲜鲂畔⒓{入到設(shè)計(jì)模型中，以此構(gòu)建完整的數(shù)字化定義系統(tǒng)。相關(guān)技術(shù)應(yīng)用，使得飛機(jī)數(shù)據(jù)源同步，具有協(xié)調(diào)性和一致性。

例如，將數(shù)字量傳遞技術(shù)應(yīng)用在某飛機(jī)復(fù)雜蒙皮組合件中。蒙皮組合工藝分為三段，分別是鼓包蒙皮、側(cè)凹蒙皮和馬鞍蒙皮，屬于某新型飛機(jī)進(jìn)氣道組合構(gòu)件安裝步驟。使用材料為L(zhǎng)F6M，共計(jì)76 根。實(shí)際工況為鼓包形蒙皮縱向翹曲高度為110mnm，側(cè)凹翹曲高度為100mm，馬鞍翹曲高度為115mm。為縮短加工周期，提高精度值，技術(shù)人員使用了數(shù)字化制造技術(shù)，將蒙皮加工過(guò)程中不同工序放入到同一模型體系中，并構(gòu)建了多態(tài)模型基本數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字表達(dá)與實(shí)物相結(jié)合。

2.3 基于技術(shù)實(shí)例的數(shù)字量傳遞技術(shù)

飛機(jī)研究制造過(guò)程中，構(gòu)建了以數(shù)字樣機(jī)為核心的制造方案，相關(guān)設(shè)計(jì)構(gòu)件和內(nèi)容明確如下：

例如，某民用客機(jī)零件制造中，使用數(shù)字量傳遞技術(shù)，優(yōu)化機(jī)加零件、鈑金零件、外形和檢驗(yàn)卡板加工流程。機(jī)加零件包括整體框架、整體梁和壁板。利用數(shù)字量技術(shù)后，相關(guān)人員可利用零部件的數(shù)據(jù)模型，完成數(shù)控編程等工作，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字量控制和檢測(cè)，相關(guān)操作將脫離傳統(tǒng)樣板，省略較多中間環(huán)節(jié)，不僅縮短了加工時(shí)長(zhǎng)，而且提高了飛機(jī)零件加工準(zhǔn)確度。

在鈑金零件的成形膜具中，操作人員可利用數(shù)字量技術(shù)，對(duì)零件數(shù)模進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，對(duì)其進(jìn)行數(shù)控編程、加工和檢測(cè)，使得整個(gè)過(guò)程開(kāi)展不再局限于樣板和標(biāo)準(zhǔn)樣件，只需設(shè)計(jì)相關(guān)加工參數(shù)即可。外形和檢驗(yàn)卡板的設(shè)計(jì)、制造也可使用數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)輸入夾具工裝三維數(shù)據(jù)，完成制造加工。設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)全機(jī)導(dǎo)管進(jìn)行程序文件編制，使用數(shù)模制造技術(shù)，使得總裝周期節(jié)約60d，有利于降低制造費(fèi)用。在部件裝配之前，相關(guān)人員應(yīng)做好協(xié)同工作，關(guān)注產(chǎn)品構(gòu)型和配置等專業(yè)問(wèn)題，通過(guò)協(xié)同工作環(huán)境優(yōu)化，為單機(jī)工程零組件提供清單配置，使得工程信息更加豐富[3]。

數(shù)字量傳遞技術(shù)應(yīng)用后，通過(guò)采取過(guò)程控制方法，能夠提升產(chǎn)品可操作性。產(chǎn)品數(shù)據(jù)化技術(shù)應(yīng)用中，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，防止出現(xiàn)設(shè)備安裝檢驗(yàn)不合理問(wèn)題。相關(guān)技術(shù)應(yīng)用也能夠預(yù)防工藝更改后造成的裝配周期過(guò)長(zhǎng)問(wèn)題，產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量控制能力顯著提升。為規(guī)范工作環(huán)境、優(yōu)化工作流程，相關(guān)人員構(gòu)建了聯(lián)合工作平臺(tái)具體操作中，對(duì)設(shè)計(jì)、工裝、零件制造和飛機(jī)裝配等環(huán)節(jié)進(jìn)行管理。為實(shí)現(xiàn)集中統(tǒng)一控制，相關(guān)人員在同一的坐標(biāo)系下，對(duì)數(shù)字化模型預(yù)裝配技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，并對(duì)產(chǎn)品運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行在線模擬。

3 飛機(jī)制造中應(yīng)用的數(shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)

3.1 數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝技術(shù)

標(biāo)準(zhǔn)工裝技術(shù)是飛機(jī)設(shè)計(jì)與裝配中應(yīng)用的基礎(chǔ)技術(shù)，具體包括零部件形狀、尺寸控制。標(biāo)準(zhǔn)工裝零件與實(shí)際設(shè)計(jì)方案需要保證對(duì)應(yīng)關(guān)系，并通過(guò)直觀立體形式對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行立體化呈現(xiàn)，相關(guān)技術(shù)應(yīng)用為飛機(jī)零件裝配協(xié)調(diào)提供技術(shù)指導(dǎo)，使得裝配工作精確度獲得提升。隨著技術(shù)發(fā)展，目前多使用數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝技術(shù)，對(duì)技術(shù)方法進(jìn)行升級(jí)，滿足制造可靠性要求。

相關(guān)人員利用3D 幾何模型可實(shí)現(xiàn)對(duì)平面設(shè)計(jì)方案的立體化處理，可確保零件尺寸、形狀在多個(gè)角度上互換協(xié)調(diào)，并構(gòu)建了基于標(biāo)準(zhǔn)工裝件的坐標(biāo)系統(tǒng)和幾何模型，實(shí)現(xiàn)零件設(shè)計(jì)到生產(chǎn)加工各環(huán)節(jié)的智能化調(diào)整。數(shù)字化標(biāo)準(zhǔn)工裝技術(shù)應(yīng)用，也可為零件設(shè)計(jì)與協(xié)調(diào)提供最新路徑，防止零部件在加工中出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題，確保裝配協(xié)調(diào)效果最大化。

標(biāo)準(zhǔn)化工裝技術(shù)應(yīng)用不僅能夠調(diào)整零件設(shè)計(jì)尺寸，而且提高制作工作效率，滿足一體化裝配需求，使得飛機(jī)裝配制作成本降低。在數(shù)字化工裝技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，相關(guān)人員應(yīng)構(gòu)建完善數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)數(shù)據(jù)資源整合為后期裝配工作提供指導(dǎo)。實(shí)踐裝配作業(yè)中，由于不同技術(shù)個(gè)體差異較強(qiáng)。如鈑金類零件加工中，可使用傳統(tǒng)模擬量協(xié)調(diào)法；而結(jié)構(gòu)復(fù)雜零件則推薦使用數(shù)字量協(xié)調(diào)法，二者相互配合能夠達(dá)到理想化工裝效果，有效提升了飛機(jī)制作裝配能力。

3.2 公差并行設(shè)計(jì)技術(shù)

在飛機(jī)制作中，相關(guān)人員對(duì)構(gòu)件公差值進(jìn)行明確是技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵，設(shè)計(jì)裝配公差影響飛機(jī)質(zhì)量。實(shí)際中，相關(guān)人員考慮到裝配工作較為復(fù)雜，涉及范圍較廣，對(duì)公差數(shù)值進(jìn)行規(guī)范，確保公差符合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

公差并行設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員將成本作為重要評(píng)價(jià)指標(biāo)，其主要控制目標(biāo)是降低成本，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，應(yīng)用合理的技術(shù)和加工方法，確保設(shè)計(jì)公差合理性。具體操作中，應(yīng)確保設(shè)計(jì)公差與工序公差約束條件真實(shí)可靠，并對(duì)相同約束條件進(jìn)行合并。飛機(jī)制作中，考慮的約束條件主要有公差約束、加工方法、余量和加工精度等等，并對(duì)裝配功能和生產(chǎn)批次等條件進(jìn)行明確，使得設(shè)計(jì)加工作業(yè)合理性。

基于此，構(gòu)建加工成本優(yōu)化設(shè)計(jì)條件，明確目標(biāo)函數(shù)。假設(shè)第ij 零部件加工公差為Cij，則構(gòu)建目標(biāo)函數(shù)，記錄為Cij：Cij=fc（δij），公式中i=1,2，3，...，n；j=1，2,3，...mi。δij 表示第i 個(gè)零件工序j 的公差。mi 為第i 個(gè)零件工序個(gè)數(shù)。此時(shí)經(jīng)過(guò)計(jì)算，加工成本C= ∑ ni= 1∑ mij=1Cij 。對(duì)加工條件進(jìn)行約束，控制變量輸出特征，此時(shí)需要滿足Xi=hx，倘若考慮公差極值的影響，則約束方程變?yōu)閄i= ∑ mij=1δij 。設(shè)計(jì)過(guò)程中，相關(guān)人員也需要考慮余量約束，即上一道工序和現(xiàn)有工序之間的加工尺寸差值，現(xiàn)實(shí)條件中，由于加工尺寸不固定，因此需要對(duì)余量值進(jìn)行控制，降低誤差影響。

3.3 三維偏差建模技術(shù)

三維偏差建模技術(shù)同樣使用公差方式進(jìn)行定義，為確保設(shè)計(jì)加工科學(xué)性，對(duì)建模技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，創(chuàng)新應(yīng)用了三維立體化技術(shù)，確保模型構(gòu)建直觀高效。飛機(jī)零件裝配中，部分構(gòu)建外觀較為復(fù)雜，為不規(guī)則曲面，為增加控制能力，對(duì)曲面進(jìn)行了三維建模，通過(guò)明確約束條件、構(gòu)建泰勒級(jí)數(shù)、定位點(diǎn)位置和零件偏差位置關(guān)系，可準(zhǔn)確了解三維空間狀態(tài)，滿足裝配中靈活調(diào)整需求。

實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，采用三維偏差模型，對(duì)裝配質(zhì)量進(jìn)行強(qiáng)化，可提高裝配工作有效率，裝配效果得到進(jìn)一步鞏固，對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)部件穩(wěn)定性形成積極影響。通過(guò)構(gòu)建偏差模型，零件裝配協(xié)調(diào)質(zhì)量獲得顯著提高[4]。

為提升偏差控制水平，相關(guān)人員將數(shù)控編程系統(tǒng)應(yīng)用在飛機(jī)結(jié)構(gòu)件三維模型構(gòu)建中，通過(guò)升級(jí)控制技術(shù)，使得模型中的缺陷被快速識(shí)別，并提出自動(dòng)化檢測(cè)方法，根據(jù)結(jié)構(gòu)缺陷特點(diǎn)，提出針對(duì)性修復(fù)方法?；诮＜夹g(shù)應(yīng)用，可獲取模型構(gòu)建機(jī)理，并對(duì)模型參數(shù)進(jìn)行提取，由此對(duì)規(guī)則進(jìn)行判定，確保模型設(shè)備合理。以規(guī)則匹配算法的方式對(duì)檢測(cè)數(shù)模中提取出參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，倘若與對(duì)比數(shù)據(jù)具有較高匹配度，則說(shuō)明存在此類缺陷，倘若不匹配則說(shuō)明相關(guān)缺陷不明顯。

為確保工作管理制度的高效落實(shí)，相關(guān)人員應(yīng)注重?cái)?shù)字量傳遞協(xié)調(diào)技術(shù)應(yīng)用價(jià)值。各單位在標(biāo)準(zhǔn)化管理規(guī)范下，形成有效可控制的工作流程機(jī)制，具體包括定義審核、控制標(biāo)準(zhǔn)和流程驅(qū)動(dòng)等內(nèi)容，并對(duì)目前工作機(jī)制進(jìn)行創(chuàng)新，明確飛機(jī)裝配過(guò)程中存在的設(shè)計(jì)問(wèn)題，零件制造單位及相關(guān)業(yè)務(wù)部門應(yīng)嚴(yán)格參考此項(xiàng)工作方案，組織相關(guān)工作，提升整體工作能力。

數(shù)字化裝配協(xié)調(diào)技術(shù)應(yīng)用，主要解決了零組件數(shù)量較多，裝配協(xié)調(diào)環(huán)節(jié)多等問(wèn)題，對(duì)飛機(jī)產(chǎn)品裝配準(zhǔn)確率提升，貢獻(xiàn)了主要力量，滿足裝配協(xié)調(diào)互換條件。為確保裝配技術(shù)應(yīng)用可靠性，相關(guān)人員采用多樣化的裝配協(xié)調(diào)技術(shù)，并對(duì)現(xiàn)有工藝設(shè)備進(jìn)行完善，使得項(xiàng)目本身設(shè)計(jì)能力提升。相關(guān)技術(shù)方法應(yīng)用，也優(yōu)化了傳統(tǒng)制造管理流程，有利于部門之間協(xié)調(diào)分工。