李 旭

（中國(guó)航發(fā)成都發(fā)動(dòng)機(jī)有限公司，四川成都 610500）

0 引言

在科學(xué)技術(shù)水平不斷提高的支持下，用于檢測(cè)航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)發(fā)展愈發(fā)成熟，不僅可以充分滿足高質(zhì)量安裝發(fā)動(dòng)機(jī)零部件需求，也有利于促進(jìn)整體裝配技術(shù)水平進(jìn)一步提高，增強(qiáng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行安全性、穩(wěn)定性。如何切實(shí)發(fā)揮數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用價(jià)值，是目前各相關(guān)人員需要考慮的問(wèn)題。

1 數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件檢測(cè)中的作用

面對(duì)精密度、復(fù)雜度不斷提升的航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件，保證各零部件裝配質(zhì)量非常關(guān)鍵，在此過(guò)程中數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)的有效應(yīng)用，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)零部件整體裝配質(zhì)量的提升有著關(guān)鍵作用。通過(guò)對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配作業(yè)情況的調(diào)研與分析，發(fā)現(xiàn)各零部件裝配需要耗費(fèi)大量時(shí)間，整個(gè)裝配作業(yè)周期極長(zhǎng)，而裝配作業(yè)質(zhì)量對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體裝配效果也有著直接影響，再加上該項(xiàng)作業(yè)流程復(fù)雜程度較高，傳統(tǒng)裝配技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足高精度航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件安裝要求，創(chuàng)新與突破關(guān)鍵技術(shù)瓶頸成為當(dāng)下最為緊要的任務(wù)。

數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)集成了多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性，發(fā)揮數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，借助其功能作用協(xié)助航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件裝配作業(yè)開展，最大限度上提高各零部件裝配質(zhì)量與精確度，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)安全、穩(wěn)定運(yùn)行提供強(qiáng)力技術(shù)支持，同時(shí)對(duì)促進(jìn)我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)向深層次發(fā)展也起到積極推動(dòng)作用。

2 航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)具體應(yīng)用

2.1 技術(shù)應(yīng)用案例

以航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配中一新型噴管部件應(yīng)用數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)為例，相較于發(fā)動(dòng)機(jī)中其他零部件，新型噴管部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜程度較高，由雙環(huán)結(jié)構(gòu)、噴管擴(kuò)散段以及收斂偏轉(zhuǎn)段等其他模塊共同構(gòu)成，各模塊的組成，其功能作用主要實(shí)現(xiàn)同步控制對(duì)位姿動(dòng)。從發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)操作流程來(lái)看，各個(gè)零部件功能作用均能達(dá)到相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，保證整體裝配作業(yè)協(xié)同性、科學(xué)性，是此過(guò)程中需要給予高度重視的問(wèn)題。新型噴管部件結(jié)構(gòu)中的擴(kuò)散段和偏轉(zhuǎn)段，需要將其各個(gè)角度的實(shí)際轉(zhuǎn)角參數(shù)精準(zhǔn)標(biāo)定，并以發(fā)動(dòng)機(jī)作為基礎(chǔ)軸線，與噴管軸線之間形成0°～20°的任意角度，并要保證與模型控制系統(tǒng)顯示的給定值范圍保持一致，防止給定公差超過(guò)規(guī)定要求界限。

2.2 技術(shù)檢測(cè)思路確定

根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配作業(yè)要求，在此基礎(chǔ)上提出與制定數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用實(shí)施方案，并明確檢測(cè)過(guò)程中所涉及到數(shù)字化檢測(cè)工藝與操作流程，以PDM（Product Data Management，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理）為載體，建立數(shù)字化工藝結(jié)構(gòu)模式，直觀呈現(xiàn)噴管虛擬裝配與協(xié)同生產(chǎn)全過(guò)程。由于新型噴管整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高，足夠的運(yùn)動(dòng)空間是新型噴管部件運(yùn)行的關(guān)鍵要素，返工浪費(fèi)的情況在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件裝配與檢測(cè)過(guò)程中較為常見，因此在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，需要確定導(dǎo)致返工浪費(fèi)問(wèn)題情況出現(xiàn)的干涉因素，在檢測(cè)方案制定過(guò)程中，以系統(tǒng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，利用虛擬裝配技術(shù)對(duì)新型噴管部件檢測(cè)流程與具體檢測(cè)實(shí)施路徑進(jìn)行模擬，以模擬仿真方式發(fā)現(xiàn)干涉新型噴管部件裝配與檢測(cè)的因素，明確檢測(cè)效果最佳的數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用實(shí)施方案[1]。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，以噴管軸線為基礎(chǔ)，通過(guò)選用激光跟蹤模式實(shí)現(xiàn)對(duì)靶點(diǎn)坐標(biāo)更加自由地轉(zhuǎn)動(dòng)，將靶點(diǎn)相應(yīng)運(yùn)行軌跡充分掌握和明確，并在此基礎(chǔ)上建立軌跡方程，借助計(jì)算機(jī)設(shè)備完成相應(yīng)計(jì)算。對(duì)比噴管360°全方位實(shí)際空間轉(zhuǎn)角值和控制系統(tǒng)所顯示的給定值二者間的偏差，將其控制在公差規(guī)定范圍內(nèi)、實(shí)際偏差不超過(guò)1°，從根本上保證新型噴管空間轉(zhuǎn)角標(biāo)定工作順利開展。

數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用前提需要以數(shù)字化裝配技術(shù)為支撐，數(shù)字化裝備技術(shù)具備發(fā)動(dòng)機(jī)零部件裝配質(zhì)量在線檢測(cè)功能，能夠幫助裝配人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)干涉零部件裝配質(zhì)量的因素，提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)整體裝配效率與質(zhì)量，降低高精密度設(shè)備損壞率。作為數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用中最為關(guān)鍵的一環(huán)，VA（Virtual Assembly，虛擬裝配）技術(shù)是支持虛擬制造操作實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，此項(xiàng)技術(shù)的可視化特性能夠幫助裝配人員對(duì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行有效調(diào)整與改進(jìn)。由于傳統(tǒng)裝配技術(shù)無(wú)法滿足高精鑄度發(fā)動(dòng)機(jī)零部件裝配要求，利用虛擬裝配技術(shù)對(duì)各零部件裝配流程進(jìn)行仿真模擬，并結(jié)合檢測(cè)結(jié)果快速發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題，以此來(lái)提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件裝配工藝規(guī)劃科學(xué)性，最大限度降低裝配作業(yè)中操作失誤概率。

2.3 檢測(cè)過(guò)程中難點(diǎn)及解決方案制定

2.3.1 檢測(cè)難點(diǎn)

加力筒體的安裝邊緣屬于新型噴管原有部件結(jié)構(gòu)外的機(jī)加件，剩余其他零部件均是具有高精鑄度的部件，以及鈑金焊接件，但這一類零部件有著明顯的制造公差問(wèn)題，直接影響著整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性。例如，處于運(yùn)行狀態(tài)下的噴管，由多種運(yùn)動(dòng)部件共同支撐著，避免各運(yùn)動(dòng)部件產(chǎn)生相互干涉影響是保證噴管正常穩(wěn)定運(yùn)行的必要條件。增強(qiáng)數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用科學(xué)性、實(shí)效性，有利于進(jìn)一步提高噴管裝配質(zhì)量，強(qiáng)化裝配操作規(guī)范性，為后期噴管運(yùn)行提供基礎(chǔ)保障。此方面問(wèn)題成為優(yōu)化數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用方案的難點(diǎn)。

另外，數(shù)字化標(biāo)定360°全方位范圍內(nèi)任意方向空間轉(zhuǎn)角值也是檢測(cè)過(guò)程中需要解決的難點(diǎn)問(wèn)題。新型噴管部件結(jié)構(gòu)中擴(kuò)散段在進(jìn)行偏轉(zhuǎn)操作時(shí)，必須要保證控制系統(tǒng)給定值與360°全方位范圍內(nèi)任意方向空間轉(zhuǎn)角值二者始終保持一致。由于噴管結(jié)構(gòu)特殊性，促使整個(gè)標(biāo)定測(cè)距工作開展存在諸多障礙，再加上難以保證基準(zhǔn)，導(dǎo)致整個(gè)裝配檢測(cè)流程受到較大影響，雖然可以通過(guò)一定輔助工具完成此項(xiàng)工作，但需要在噴管空間內(nèi)部進(jìn)行操作，極易因軸心丟失情況而造成更大的標(biāo)定誤差，進(jìn)一步加大360°全方位范圍內(nèi)的噴管空間轉(zhuǎn)動(dòng)角數(shù)字化標(biāo)定難度。

2.3.2 解決方案制定

基于現(xiàn)有的協(xié)同平臺(tái)系統(tǒng)，主要支撐新型噴管虛擬裝配檢測(cè)工作順利進(jìn)行，借助協(xié)同平臺(tái)自身功能作用，在此基礎(chǔ)上建立服務(wù)于制造生產(chǎn)的工藝管理系統(tǒng)，并為該系統(tǒng)運(yùn)行提供用于協(xié)調(diào)操作的軟件工具，以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為依托，與裝配仿真軟件相結(jié)合，在TC 平臺(tái)的管理系統(tǒng)中通過(guò)創(chuàng)建仿真工具、搭建三維噴管CAD（Computer Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）模型以及明確制造生產(chǎn)中所涉及到物料清單[2]。針對(duì)新型噴管裝配作業(yè)，將與噴管結(jié)構(gòu)部件相關(guān)的數(shù)據(jù)信息、裝配資源以及操作流程緊密連接尤為關(guān)鍵，對(duì)整合資源信息、簡(jiǎn)化裝配流程以及構(gòu)建完善且系統(tǒng)的數(shù)字化檢測(cè)工藝規(guī)劃體系有著重要作用，該工藝是實(shí)現(xiàn)平臺(tái)全面共享的核心要素。其中可視化是規(guī)劃體系中檢測(cè)工藝所具備的最大特點(diǎn)，可以直觀地展現(xiàn)新型噴管裝配檢測(cè)過(guò)程，同時(shí)將該過(guò)程進(jìn)行仿真模擬并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)格式在TC 平臺(tái)內(nèi)部進(jìn)程存儲(chǔ)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步明確新型噴管結(jié)構(gòu)部件裝配順序，并借助相關(guān)輔助軟件對(duì)其余各零部件合理分配，最終完成對(duì)新型噴管整體裝配的仿真設(shè)計(jì)，達(dá)到優(yōu)化數(shù)字化檢測(cè)工藝方案目的。

針對(duì)數(shù)字化標(biāo)定360°全方位范圍內(nèi)的噴管空間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)角環(huán)節(jié)，由于新型噴管轉(zhuǎn)動(dòng)需要在一定空間下進(jìn)行，且處于動(dòng)態(tài)條件下可任意角度轉(zhuǎn)動(dòng)，為了確保數(shù)字化標(biāo)定精準(zhǔn)度，可以通過(guò)利用激光跟蹤測(cè)量方式輔助完成數(shù)字化標(biāo)定任務(wù)，對(duì)其點(diǎn)的測(cè)量與坐標(biāo)系創(chuàng)建是激光跟蹤測(cè)量任務(wù)的重點(diǎn)，有利于直接選定相應(yīng)的靶標(biāo)測(cè)量點(diǎn)。其中在噴管角度偏轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，可利用三維激光跟蹤設(shè)備對(duì)相應(yīng)靶點(diǎn)坐標(biāo)的空間運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行跟蹤，當(dāng)靶標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡顯示為球面體運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，檢測(cè)人員需要對(duì)其偏轉(zhuǎn)軌跡加以證明，保證與球面函數(shù)方程計(jì)算結(jié)果相一致；通過(guò)精準(zhǔn)計(jì)算，獲得與理論模型相近的最佳參數(shù)值，高效、高質(zhì)完成對(duì)噴管空間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)角的數(shù)字化標(biāo)定操作。

另外，在實(shí)際數(shù)字化標(biāo)定噴管空間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)角作業(yè)開展過(guò)程中，可結(jié)合數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)輔助操作，計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)、照相測(cè)量系統(tǒng)及三維激光定位跟蹤設(shè)備等均是數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)的功能模塊，在測(cè)量方面，能夠充分保證測(cè)量結(jié)果較高的精確度，最大程度上滿足高準(zhǔn)確度、高效化跟蹤測(cè)量航空發(fā)動(dòng)機(jī)各零部件的要求，實(shí)現(xiàn)掉航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件精準(zhǔn)性裝配?；谟?jì)算機(jī)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)處理中心可在相關(guān)配套軟件支持下對(duì)主要裝配對(duì)象的特征進(jìn)行識(shí)別，避免裝配對(duì)象與裝配順序不符情況出現(xiàn)。在設(shè)計(jì)裝配方案與公差計(jì)算環(huán)節(jié)，妥善處理檢測(cè)過(guò)程中各種反饋數(shù)據(jù)有利于為深化裝配設(shè)計(jì)方案提供參考依據(jù)[3]。對(duì)新型噴管的空間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)角進(jìn)行標(biāo)定，可以通過(guò)數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)對(duì)噴管具體運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與整合，再由數(shù)據(jù)處理中心將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收和處理，待數(shù)據(jù)分析處理完成后再準(zhǔn)確發(fā)出各種控制指令，配合數(shù)字化跟蹤設(shè)備，對(duì)被檢測(cè)的部件實(shí)際部位加以確定及調(diào)整，切實(shí)發(fā)揮數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)控制零部件檢測(cè)誤差功能的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)噴管空間動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)角精準(zhǔn)的標(biāo)定。

2.4 數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)建立

裝配質(zhì)量檢測(cè)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件裝配數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用最后一環(huán)，同時(shí)是驗(yàn)證數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為了進(jìn)一步提高數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用水平，基于各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)集成，建立數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)自身功能實(shí)現(xiàn)對(duì)零部件裝配質(zhì)量檢測(cè)規(guī)劃、檢測(cè)行為的統(tǒng)一管理，明確標(biāo)注各個(gè)零部件的特征、數(shù)量以及規(guī)格，并制定統(tǒng)一的檢測(cè)操作標(biāo)準(zhǔn)，要求所有參與檢測(cè)工作的人員均要嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，避免因檢測(cè)人員在實(shí)際工作中習(xí)慣性依靠自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)而導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果不一致問(wèn)題出現(xiàn)，最大限度保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性，保障航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件裝配質(zhì)量。

在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，開展檢測(cè)作業(yè)之前檢測(cè)技術(shù)人員必須完全熟悉前期所規(guī)劃的配裝檢測(cè)流程與相關(guān)檢測(cè)方案實(shí)施路徑，并與其他專業(yè)技術(shù)人員就檢測(cè)方式選擇進(jìn)行溝通，確保每一步檢測(cè)操作均符合相關(guān)規(guī)定要求，盡可能降低裝配部件損壞率。同時(shí)，將收集的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)格式并導(dǎo)入數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)中，傳統(tǒng)裝配技術(shù)應(yīng)用時(shí)需要人工抄錄檢測(cè)數(shù)據(jù)，極易導(dǎo)致數(shù)據(jù)填寫錯(cuò)誤問(wèn)題，在數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)中錄入檢測(cè)數(shù)據(jù)，可以有效規(guī)避上述問(wèn)題，彌補(bǔ)傳統(tǒng)裝配技術(shù)的不足。

另外，數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)也可以根據(jù)裝配工藝提供質(zhì)量檢驗(yàn)評(píng)價(jià)功能服務(wù)，系統(tǒng)將自動(dòng)分析被導(dǎo)入的各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)，待檢測(cè)數(shù)據(jù)分析完成后，系統(tǒng)將為相關(guān)人員提供評(píng)價(jià)報(bào)告，報(bào)告中會(huì)顯示公差超過(guò)規(guī)定范圍信息，提醒相關(guān)人員對(duì)其問(wèn)題及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，避免造成更大的損失影響，導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性降低。其中漏檢情況也是原有航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件檢測(cè)工作開展當(dāng)中出現(xiàn)頻率較高的問(wèn)題。為切實(shí)解決此方面問(wèn)題，可以通過(guò)數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)校核導(dǎo)入的各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)信息，確認(rèn)是否存在航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件漏檢情況，消除潛在風(fēng)險(xiǎn)隱患，從根本上保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件裝配作業(yè)質(zhì)量[4]。

裝配作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造過(guò)程中最后一道環(huán)節(jié)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行可靠性、安全性有著重要影響，數(shù)字化檢測(cè)系統(tǒng)的建立和應(yīng)用，可以根據(jù)裝配工藝要求完成多樣化數(shù)字化檢測(cè)應(yīng)用場(chǎng)景搭建，并為檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)高效便捷傳輸提供操作平臺(tái)，提高一線操作人員工作效率與質(zhì)量。這也說(shuō)明，數(shù)字化是現(xiàn)階段航空發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)主流發(fā)展趨勢(shì)，有利于更好地推進(jìn)業(yè)務(wù)與數(shù)字化深度融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造生產(chǎn)全過(guò)程數(shù)字化，促進(jìn)我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)事業(yè)向更高層次的發(fā)展。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用，為航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件裝配作業(yè)高質(zhì)量開展提供了強(qiáng)力的技術(shù)支持，不僅充分滿足高精度零部件裝配需求，同時(shí)隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用水平將得到進(jìn)一步提高，切實(shí)解決制約航空發(fā)動(dòng)機(jī)零部件裝配技術(shù)操作困難的問(wèn)題，最大限度發(fā)揮數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。