鄭瑋

摘 要：飛機(jī)的數(shù)字化裝配技術(shù)體系關(guān)系到很多領(lǐng)域各種學(xué)科的綜合研究和運(yùn)用，通過(guò)加深飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)體系的建設(shè)和研究，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)的突破，構(gòu)建飛機(jī)數(shù)字化裝配設(shè)備，就能夠從根源上重新定義我國(guó)把二維圖紙工藝規(guī)劃措施作為基礎(chǔ)的現(xiàn)狀，同時(shí)能夠切實(shí)地提升裝配過(guò)程的時(shí)效性；從根源上改變我國(guó)目前航空設(shè)施在裝配連接時(shí)大體上由工人手工操作完成的現(xiàn)狀，有效地提高了生產(chǎn)效率，減少了協(xié)調(diào)的環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化技術(shù)；飛機(jī)裝配

中圖分類號(hào)：V262.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2014）2-0047-02

通過(guò)強(qiáng)化數(shù)字化裝配技術(shù)在飛機(jī)制造體系中的發(fā)展和應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)在數(shù)字化協(xié)同工作環(huán)境中進(jìn)行數(shù)字裝配工裝與數(shù)字模型裝配件的虛擬裝配，從而真正地實(shí)現(xiàn)了并行數(shù)字化裝配工藝設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)的過(guò)程虛擬裝配，通過(guò)將數(shù)據(jù)傳遞到組裝信息管理系統(tǒng)，使飛機(jī)裝配的信息自動(dòng)管理，這樣可以很大程度上提高飛機(jī)的裝配質(zhì)量，縮短飛機(jī)裝配的周期，促進(jìn)飛機(jī)制造技術(shù)的不斷發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理。

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

由于中國(guó)的科學(xué)技術(shù)發(fā)展時(shí)間比較短，導(dǎo)致一些精密的技術(shù)運(yùn)行效果差。在飛機(jī)的制造裝配過(guò)程中，治理方法也存在一些不足。雖然中國(guó)一直采用計(jì)算機(jī)輔助經(jīng)緯儀和先進(jìn)的激光跟蹤技術(shù)等設(shè)施，但安裝過(guò)程中很少使用更先進(jìn)的安裝和設(shè)計(jì)技術(shù)，盡管在一定程度在做到了簡(jiǎn)化處理，結(jié)構(gòu)比較清減。但是，同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，還是存在一定差距，下面列舉一些我國(guó)飛機(jī)裝配技術(shù)中的不足現(xiàn)象以及產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因：

①由于我國(guó)對(duì)飛機(jī)裝配技術(shù)的研究時(shí)間不長(zhǎng)，一些應(yīng)用還不夠成熟。而且我國(guó)對(duì)飛機(jī)裝配技術(shù)的資金投入也不到位，導(dǎo)致飛機(jī)裝配技術(shù)的配套不夠完善，在某些方面缺乏技術(shù)支持。一些飛機(jī)的裝配制造甚至還是手工作業(yè)，嚴(yán)重影響了飛機(jī)裝配的質(zhì)量和效率，安全性和穩(wěn)定性。

②飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造還沒(méi)有做到全面改革，部分飛機(jī)裝配設(shè)計(jì)還在使用串行模式生產(chǎn)加工，使得部分技術(shù)功能存在局限性。

③對(duì)整個(gè)社會(huì)而言，科技水平在不斷進(jìn)步，數(shù)字化處理技術(shù)已成為飛機(jī)制造過(guò)程的基本需求。然而，我國(guó)在飛機(jī)裝配過(guò)程中對(duì)數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用仍然是小規(guī)模的形式，一些設(shè)計(jì)生產(chǎn)過(guò)程采用數(shù)字化技術(shù)的效果不明顯。

④雖然目前我國(guó)在各個(gè)方面已經(jīng)做到數(shù)字化信息的傳遞，但在某些領(lǐng)域還處于孤島現(xiàn)象，對(duì)于模擬傳輸仍然不能得到適當(dāng)有效的解決方案。飛機(jī)裝配數(shù)字化設(shè)計(jì)過(guò)程中的生產(chǎn)線不能夠正常運(yùn)行，對(duì)飛機(jī)裝配的施工的執(zhí)行有一定的影響。

⑤裝配過(guò)程和工藝設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)脫節(jié)，沒(méi)有充分實(shí)現(xiàn)并行工程，導(dǎo)致飛機(jī)裝配完成后協(xié)調(diào)困難，造成返工率高的現(xiàn)象；

⑥在裝配技術(shù)方面，盡管部分使用數(shù)字技術(shù)，比如在協(xié)調(diào)方式上部分采用了數(shù)字化傳遞方式，但大多數(shù)企業(yè)的飛機(jī)制造過(guò)程還是采用模擬傳輸?shù)姆椒ā?/p>

⑦目前飛機(jī)裝配的主要手段還是采用專用工裝裝配并安裝光學(xué)儀器來(lái)測(cè)量，沒(méi)能實(shí)現(xiàn)在數(shù)字化裝配技術(shù)的新突破，從而使得飛機(jī)制造成本居高不下。

⑧由于數(shù)字技術(shù)沒(méi)有被廣泛使用，導(dǎo)致在現(xiàn)場(chǎng)工作的裝配人員，還是時(shí)不時(shí)翻閱設(shè)計(jì)圖紙和技術(shù)文件，增加了生產(chǎn)制造的周期。而且由于工作模式的繁瑣，導(dǎo)致質(zhì)量不能得到保證，經(jīng)常出現(xiàn)裝配錯(cuò)誤的問(wèn)題，對(duì)飛機(jī)整體的安全性和穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。

2 飛機(jī)數(shù)字化裝配關(guān)鍵技術(shù)

2.1 數(shù)控柔性裝配定位技術(shù)

柔性裝配定位設(shè)計(jì)的基準(zhǔn)和目的是柔性定夾持及定位技術(shù)，因?yàn)橐话泔w機(jī)的組織結(jié)構(gòu)件尺寸和形體都不太小，組成構(gòu)成也比較繁瑣，這致使定位件或夾緊件之間的配合會(huì)受到很多制約。而飛機(jī)的零部件大部分是薄壁型零件，在組成和裝配過(guò)程中極容易發(fā)生各種形式的裝配變形。所以，為了保證飛機(jī)零部件裝配的準(zhǔn)確程度，需要設(shè)計(jì)和研究一種恰當(dāng)?shù)亩ㄎ环椒ǎ脕?lái)提升定位準(zhǔn)確性和反復(fù)定位精度。

2.2 自動(dòng)化精密制孔技術(shù)

飛機(jī)裝配領(lǐng)域中的連接基本上都是機(jī)械連接，把螺栓和鉚釘固定作為主要方式，連接之前一定要打孔。因?yàn)槲覈?guó)目前在飛機(jī)裝配領(lǐng)域內(nèi)依舊是用人工打孔的方式，打出孔的好壞程度受到工人水平的影響，致使孔的質(zhì)量高低不均，不能夠確保裝配的準(zhǔn)確度，而且裝配時(shí)效率不高，對(duì)產(chǎn)品的最終穩(wěn)定性有一定影響。其裝配連接的質(zhì)量好壞對(duì)產(chǎn)品構(gòu)成抗疲勞性以及可靠性都會(huì)產(chǎn)生最直接的影響。與此同時(shí)，伴隨著復(fù)合材料結(jié)構(gòu)在飛機(jī)制造領(lǐng)域中的應(yīng)用更為廣泛，促使國(guó)內(nèi)的飛機(jī)裝配連接質(zhì)量，研發(fā)周期，產(chǎn)品功能效用等都有了明顯的提升。

在裝配的設(shè)計(jì)和方式領(lǐng)域中，針對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的打孔我們已經(jīng)累積了很多的工藝方法，形成了完善和規(guī)整的工藝流程，而針對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件的打孔并沒(méi)有形成與之相匹配的裝配工藝體系。因此，飛機(jī)數(shù)字化裝配自動(dòng)化精密制孔技術(shù)的要求如下：復(fù)合材料、鋁合金、復(fù)合疊層結(jié)構(gòu)制孔的切削時(shí)速、刀具參數(shù)、冷卻方式、進(jìn)給量等工藝參數(shù)的試驗(yàn)和優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)；小空間內(nèi)的精密打孔技術(shù)；復(fù)合疊層結(jié)構(gòu)制孔執(zhí)行器輕型化研發(fā)和精準(zhǔn)定位；依據(jù)飛機(jī)產(chǎn)品裝配的特定形式，研發(fā)自動(dòng)精密打孔設(shè)備。

2.3 高效長(zhǎng)壽命連接技術(shù)

隨著對(duì)飛機(jī)可靠性和耐久性要求的不斷提高，長(zhǎng)壽命連接技術(shù)受到越來(lái)越多的重視，尤其是在大型飛機(jī)的研制過(guò)程中。干涉配合已成為延壽技術(shù)的主要方法，可以提高結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，國(guó)內(nèi)外好多飛機(jī)制造過(guò)程中都采用大量的干涉配合緊固件。例如伊爾86上使用的各種干涉配合螺栓多達(dá)34 400個(gè)，空客A320機(jī)翼壁板，僅鈦合金的干涉螺栓就有11 000個(gè)。目前我國(guó)涉及緊固件的配合通常使用錘擊打入或者是液壓壓入的方法，這些傳統(tǒng)的方式很容易導(dǎo)致緊固件的膨脹或強(qiáng)度，致使安裝變得極為困難；對(duì)于具有較大干涉量的緊固件，用打入的措施極其容易對(duì)孔壁造成傷害，最終導(dǎo)致飛機(jī)使用壽命的簡(jiǎn)短。因此，飛機(jī)數(shù)字化裝配高效率長(zhǎng)壽命連接技術(shù)的技術(shù)要點(diǎn)如下：支持長(zhǎng)壽命連接、密封連接的復(fù)合材料干涉螺接、干涉鉚接技術(shù)；裝配過(guò)程中非小尺寸的裝配件和裝配結(jié)構(gòu)變形分析的技術(shù)；根據(jù)飛機(jī)產(chǎn)品裝配的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)飛機(jī)高效長(zhǎng)壽命的連接單元；鈦合金高鎖螺栓、鈦合金鉚釘連接技術(shù)。endprint

2.4 大尺寸精密測(cè)量技術(shù)

飛機(jī)測(cè)量系統(tǒng)的可靠性和精準(zhǔn)性是其數(shù)據(jù)保證裝配時(shí)的數(shù)字化，數(shù)字量調(diào)整和配合的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是測(cè)量數(shù)據(jù)，要實(shí)現(xiàn)數(shù)字化裝配定位、制孔、連接，需要高精度的測(cè)量方法。有尺寸大、精度高是飛機(jī)產(chǎn)品的顯著特點(diǎn)，所以，就對(duì)測(cè)量技術(shù)和測(cè)量系統(tǒng)提出了非常高的要求。精密測(cè)量包含以下幾個(gè)方面：開(kāi)發(fā)適合飛機(jī)產(chǎn)品特點(diǎn)的大尺寸精密測(cè)量單元；激光與iGPS測(cè)量的綜合測(cè)量方法；針對(duì)數(shù)字化裝配過(guò)程的跟蹤測(cè)量方法；對(duì)于飛機(jī)總體裝配的iGPS 測(cè)量方法。

2.5 多系統(tǒng)集成控制技術(shù)

盡管飛機(jī)數(shù)字化裝配的根本是操作控制系統(tǒng)，但是在飛機(jī)數(shù)字化裝配的實(shí)施過(guò)程中，也存在著與裝配有關(guān)的許多系統(tǒng)，例如，設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，工藝數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)，位置數(shù)據(jù)，鉆孔數(shù)據(jù)等存在著互相作用和互相協(xié)調(diào)的關(guān)系，然而實(shí)現(xiàn)交互與協(xié)調(diào)則需要多系統(tǒng)集成操作控制技術(shù)作為基礎(chǔ)，主要有以下幾點(diǎn)：針對(duì)實(shí)時(shí)測(cè)量反饋的在線控制技術(shù)和三維數(shù)模的離線控制；開(kāi)發(fā)滿足飛機(jī)數(shù)字化裝配系統(tǒng)特點(diǎn)的多系統(tǒng)集成控制單元；集成接口技術(shù)和處理數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)；動(dòng)態(tài)補(bǔ)償設(shè)備精度的誤差。

3 有效建立飛機(jī)數(shù)字化裝配標(biāo)準(zhǔn)及其規(guī)范

作為與飛機(jī)數(shù)字化裝配工藝有關(guān)技術(shù)總結(jié)和數(shù)字化裝配技術(shù)規(guī)范和依據(jù)，不但能夠?qū)︼w機(jī)制造企業(yè)進(jìn)行數(shù)字化裝配實(shí)施有指導(dǎo)作用，而且是連接理論研究、基礎(chǔ)技術(shù)研究轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)應(yīng)用的樞紐，所以需要研究相關(guān)的飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范，從而保障飛機(jī)數(shù)字化裝配體系的順利實(shí)現(xiàn)，更積極地為我國(guó)數(shù)字化裝配以及數(shù)字化裝備自主研發(fā)能力的提升、實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新知識(shí)產(chǎn)權(quán)和技術(shù)成果的推廣起到關(guān)鍵作用，具體包括三大標(biāo)準(zhǔn)和類別的飛機(jī)數(shù)字化裝配流程。規(guī)范裝配操作類標(biāo)準(zhǔn)：長(zhǎng)壽命連接、規(guī)范集成控制技術(shù)、數(shù)字化測(cè)量技術(shù)、數(shù)字化裝配容差分配技術(shù)以及數(shù)字化柔性定位；規(guī)范設(shè)計(jì)類標(biāo)準(zhǔn)：規(guī)范不同類型零組件的建模，針對(duì)三維標(biāo)注方法手冊(cè)，規(guī)范數(shù)字化裝配的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；規(guī)范工藝類標(biāo)準(zhǔn)：針對(duì)數(shù)字化裝配工藝體系的規(guī)劃和研究的相關(guān)技術(shù)、飛機(jī)數(shù)字化裝配仿真技術(shù)以及數(shù)字化柔性定位、自動(dòng)化精密制孔進(jìn)行規(guī)范。

4 飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)的應(yīng)用

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)一些特定零組件的裝配，需要數(shù)字化裝配系統(tǒng)許多種先進(jìn)數(shù)字化裝配技術(shù)共同工作，從而構(gòu)成了一個(gè)數(shù)字化裝配系統(tǒng)。作為以數(shù)字化裝配技術(shù)為支撐的數(shù)字化裝配系統(tǒng)，在光學(xué)檢測(cè)與補(bǔ)償技術(shù)、數(shù)字化裝配技術(shù)及工裝技術(shù)及數(shù)字化集成控制技術(shù)的整體應(yīng)用上都有所體現(xiàn)。

①在飛機(jī)設(shè)計(jì)階段，裝配零件和裝配工裝的特性，以及相互之間的裝配特點(diǎn)被輸入到系統(tǒng)服務(wù)器里。通過(guò)裝配集成控制系統(tǒng)可以共享數(shù)據(jù)，進(jìn)而源源不斷的分析優(yōu)化這些這些特征信息，從而不斷完善工裝和零件以及他們裝配的特征。

②若干柔性?shī)A具和機(jī)械隨動(dòng)定位裝置是數(shù)字化柔性裝配工裝所包含的。為了適應(yīng)不同的車型，但在尺寸上有很多相似之處的零件，需要更改一些專用的夾具和卡板。因此只需更換一些專用夾具組件和卡板就可以在各種工裝平臺(tái)進(jìn)行組裝。

③為了對(duì)設(shè)計(jì)制造過(guò)程進(jìn)行全面的監(jiān)控和測(cè)量結(jié)果的及時(shí)反饋，需要在飛機(jī)裝配技術(shù)應(yīng)用中，綜合使用光學(xué)測(cè)量?jī)x器和，機(jī)械隨動(dòng)定位裝置。為了在一定程度上使定位更加精準(zhǔn)，保證飛機(jī)裝配穩(wěn)定性，需要利用以上技術(shù)定位零件及工裝，并對(duì)閉環(huán)控制實(shí)行定位。

④實(shí)施飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)是飛機(jī)裝配過(guò)程的運(yùn)行和信息技術(shù)強(qiáng)有力后盾，使控制更加科學(xué)性。裝配過(guò)程的缺陷也能夠得到有效地改善，使飛機(jī)裝配過(guò)程的效率顯著提高，保證裝配質(zhì)量，從而為快速發(fā)展和殘酷的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)提供有力的保障，使飛機(jī)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性得以實(shí)現(xiàn)。

總之，飛機(jī)的數(shù)字化裝配技術(shù)體系是包含很多領(lǐng)域和學(xué)科的整體研究和應(yīng)用，通過(guò)深入研究飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)的突破，構(gòu)建飛機(jī)數(shù)字化裝配設(shè)備，就可以從根源上改變我國(guó)基于二維圖紙的工藝規(guī)劃措施，同時(shí)可以有效地提高裝配效率；改變我國(guó)目前航空產(chǎn)品在裝配連接時(shí)大體上由工人手工操作的狀況，有效地提高了生產(chǎn)效率，減少了協(xié)調(diào)的環(huán)節(jié)。

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