初桂蘭

(中航飛機(jī)股份有限公司西安飛機(jī)分公司 培訓(xùn)中心，陜西 西安 710089)

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國(guó)內(nèi)飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)現(xiàn)狀研究

初桂蘭

(中航飛機(jī)股份有限公司西安飛機(jī)分公司 培訓(xùn)中心，陜西 西安 710089)

摘要：通過對(duì)國(guó)內(nèi)外飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀和發(fā)展的趨勢(shì)進(jìn)行分析與總結(jié)，對(duì)比了國(guó)內(nèi)外飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展的差距，介紹了飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)，提出了國(guó)內(nèi)航空制造企業(yè)掌握和突破飛機(jī)數(shù)字化裝配關(guān)鍵技術(shù)的思路。

關(guān)鍵詞：航空制造;裝配技術(shù);數(shù)字化

當(dāng)今社會(huì)計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)飛速發(fā)展，以此為基礎(chǔ)的現(xiàn)代制造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)是向精密化、數(shù)字化、柔性化、集成化、虛擬化、智能化的方向發(fā)展。飛機(jī)制造作為制造業(yè)中的最先進(jìn)技術(shù)的代表，也正向數(shù)字化、信息化和設(shè)計(jì)制造試驗(yàn)一體化的方向發(fā)展[1]。

現(xiàn)代飛機(jī)的加工制造能力是衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)基礎(chǔ)、科技水平、綜合國(guó)力以及國(guó)防現(xiàn)代化程度的重要手段。飛機(jī)裝配作為飛機(jī)制造的核心環(huán)節(jié)，其勞動(dòng)量約占整個(gè)飛機(jī)制造勞動(dòng)量的40%~50%，飛機(jī)裝配技術(shù)是一項(xiàng)難度大、涉及很多學(xué)科領(lǐng)域的復(fù)合性集成技術(shù)。飛機(jī)裝配過程中涉及了千萬個(gè)零部件、工裝夾具、工量具、裝配操作等，具有整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜、工藝難度大、裝配誤差難控制的特點(diǎn)，是整個(gè)飛機(jī)制造過程的關(guān)鍵和核心環(huán)節(jié)[2]。提高飛機(jī)裝配技術(shù)水平在飛機(jī)制造中具有決定性意義。目前國(guó)內(nèi)航空企業(yè)的制造能力已經(jīng)具備了一定水平和規(guī)模，但是，我們必須清醒地認(rèn)識(shí)到，與國(guó)外頂尖飛機(jī)制造廠商相比，國(guó)內(nèi)飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)仍有較大差距。

1國(guó)內(nèi)外飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)是隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，在美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家興起的的一項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)。該項(xiàng)技術(shù)由數(shù)字化數(shù)據(jù)管理、柔性工裝技術(shù)、數(shù)字化鉆鉚裝配技術(shù)、激光測(cè)量技術(shù)、補(bǔ)償技術(shù)和集成應(yīng)用技術(shù)等構(gòu)成，改變了傳統(tǒng)的飛機(jī)設(shè)計(jì)、制造和裝配方式，極大提高了飛機(jī)制造水平。

我國(guó)數(shù)字化技術(shù)還處于起步階段，雖然有部分企業(yè)不斷借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，但與美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)比還有很大差距，具體表現(xiàn)在：

(1)工藝、工裝設(shè)計(jì)的時(shí)間與空間相較于產(chǎn)品設(shè)計(jì)滯后嚴(yán)重，給飛機(jī)裝配協(xié)調(diào)帶來很大困難；

(2)裝配工人在現(xiàn)場(chǎng)工作嚴(yán)重依賴圖紙及工藝文件，工作失誤幾率高，裝配質(zhì)量問題頻發(fā)，影響裝配周期；

(3)雖然部分環(huán)節(jié)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化傳遞，但飛機(jī)大部件和總裝基本處于傳統(tǒng)裝配階段；

(4)對(duì)接裝配質(zhì)量不高，手工操作易造成對(duì)接面上孔銷配合精度不高，對(duì)飛機(jī)疲勞強(qiáng)度影響大；

(5)系統(tǒng)檢測(cè)仍然采用單系統(tǒng)、分離式、一線檢測(cè)設(shè)備，尚未完全形成基于以產(chǎn)品為對(duì)象的數(shù)字化裝配及檢測(cè)體系和數(shù)字化檢測(cè)生產(chǎn)線，很難做到過程管控或過程再現(xiàn)。全機(jī)測(cè)量安排在裝配完成后，發(fā)現(xiàn)問題易造成返工復(fù)雜的情況[3]。如何提高飛機(jī)裝配質(zhì)量和工作效率是當(dāng)前亟需解決的問題。

2飛機(jī)裝配面臨的各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)

現(xiàn)代飛機(jī)裝配技術(shù)的特點(diǎn)是工藝分離面較多、裝配準(zhǔn)確度高、長(zhǎng)壽命連接以及大批量生產(chǎn)等，按照傳統(tǒng)裝配技術(shù)顯然不能滿足現(xiàn)代飛機(jī)研制和批生產(chǎn)的要求，迫切需要研發(fā)新的裝配技術(shù)，以達(dá)到提高現(xiàn)代飛機(jī)裝配質(zhì)量和效率、保障飛機(jī)研制能力的目的。國(guó)外飛機(jī)制造領(lǐng)域已經(jīng)全面運(yùn)用了精益制造思想及先進(jìn)工藝流程設(shè)計(jì)理念、大部件數(shù)字化對(duì)接系統(tǒng)裝備、整機(jī)線纜集成檢測(cè)、系統(tǒng)在線檢測(cè)等技術(shù)手段，裝配質(zhì)量和工作效率提高很快。主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1數(shù)字量裝配協(xié)調(diào)及容差分配技術(shù)

數(shù)字量裝配協(xié)調(diào)及容差分配技術(shù)是確保飛機(jī)裝配準(zhǔn)確度、提升航空產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。以往飛機(jī)產(chǎn)品裝配生產(chǎn)中，生產(chǎn)組織者僅憑經(jīng)驗(yàn)將容差分配給零件、部件及工裝型架。而產(chǎn)品裝配完成后公差能否達(dá)到產(chǎn)品設(shè)計(jì)的最佳技術(shù)狀態(tài)則難以確定。應(yīng)用數(shù)字化裝配技術(shù)后，通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)和計(jì)算機(jī)手段，技術(shù)人員在零件數(shù)模的基礎(chǔ)上，對(duì)于關(guān)鍵的質(zhì)量特征設(shè)定公差和裝配順序，按照裝配容差分配技術(shù)要求，建立容差分配數(shù)據(jù)庫，多次調(diào)整容差分配，進(jìn)行裝配模擬與仿真，從而優(yōu)化容差分配，找出最佳的公差分配方案，使得零件加工、工裝設(shè)計(jì)與部件裝配公差得到合理分配，以提高裝配質(zhì)量、降低裝配成本[4]。

2.2基于三維的可視化工藝設(shè)計(jì)

在工藝準(zhǔn)備、組織協(xié)調(diào)、生產(chǎn)制造、產(chǎn)品檢測(cè)等環(huán)節(jié)利用三維模型，實(shí)現(xiàn)工藝設(shè)計(jì)、工裝設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造以及產(chǎn)品調(diào)試檢測(cè)等數(shù)字量的傳遞和過程監(jiān)控，將可視化的工藝設(shè)計(jì)貫通整個(gè)飛機(jī)裝配過程。

由于裝配工藝設(shè)計(jì)及流程設(shè)置的合理性、正確性直接影響產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率、制造成本及周期，而基于二維圖形的裝配工藝設(shè)計(jì)，不能做到事前發(fā)現(xiàn)裝配干涉缺陷，已經(jīng)成為制約產(chǎn)品生產(chǎn)的一個(gè)因素，不能滿足新產(chǎn)品研制周期短、生產(chǎn)任務(wù)急的要求。在裝配工藝設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，應(yīng)用產(chǎn)品數(shù)模和工藝裝備數(shù)模，合理進(jìn)行裝配工藝流程的設(shè)計(jì)與有效裝配路徑規(guī)劃，并進(jìn)行裝配仿真，可以最大限度地發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)問題及裝配問題的早期暴露和解決，避免在生產(chǎn)過程中的返工與生產(chǎn)報(bào)廢，可以大幅度提高勞動(dòng)效率、縮短研制周期和降低研制成本。

2.3數(shù)字化裝配工藝仿真技術(shù)

飛機(jī)裝配工藝仿真技術(shù)是飛機(jī)裝配工藝設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)。利用仿真技術(shù)在計(jì)算機(jī)上模擬實(shí)際裝配過程，直觀地評(píng)判裝配方案的好壞，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品裝配工藝方法設(shè)計(jì)缺陷和裝配平臺(tái)構(gòu)建的不合理之處，形成反饋。其主要過程為：裝配環(huán)境三維布局設(shè)計(jì)，通過真實(shí)物理三維坐標(biāo)系與相應(yīng)三維模型坐標(biāo)系的匹配，獲得包括裝配對(duì)象外形、構(gòu)建平臺(tái)結(jié)構(gòu)、測(cè)量及定位設(shè)備布局等信息的完整仿真模型；仿真參數(shù)設(shè)置和流程控制，對(duì)接定位及測(cè)量裝置的布局與測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)反饋的可視化展示；仿真運(yùn)行驗(yàn)證與結(jié)果分析，精度檢測(cè)及反饋重設(shè)計(jì)等整個(gè)飛機(jī)裝配環(huán)境[5]。

通過裝配過程仿真分析，將可行的裝配工藝方案及其對(duì)應(yīng)的對(duì)接平臺(tái)引入裝配現(xiàn)場(chǎng)，以飛機(jī)部件外形樣件為對(duì)象，以實(shí)物裝配資源為平臺(tái)，以裝配仿真過程為依據(jù)，實(shí)施裝配，消除潛在的裝配缺陷，優(yōu)化工藝流程和系統(tǒng)布局，以達(dá)到高效、精確的裝配。

2.4數(shù)字化柔性裝配技術(shù)

柔性裝配技術(shù)是飛機(jī)生產(chǎn)制造的發(fā)展趨勢(shì)，它是集激光跟蹤測(cè)量技術(shù)、全閉環(huán)控制技術(shù)、多軸協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)、系統(tǒng)集成控制系統(tǒng)、測(cè)量系統(tǒng)和軟件等部分組成的對(duì)接系統(tǒng)[6]。飛機(jī)大部件對(duì)接工作的特點(diǎn)是尺寸大、數(shù)量多、外形精度要求高。要保證裝配質(zhì)量，提高裝配精度和效率，針對(duì)大部件裝配結(jié)構(gòu)相似的特點(diǎn)，在大部件裝配時(shí)采用數(shù)字化柔性裝配技術(shù)，可以有效解決品種多、小批量的生產(chǎn)現(xiàn)狀，同時(shí)減少產(chǎn)品改型帶來的資金投入。它主要包含數(shù)字化對(duì)接技術(shù)、精加工技術(shù)、精確檢測(cè)技術(shù)、集成控制技術(shù)、柔性裝配型架設(shè)計(jì)與制造等。

2.5系統(tǒng)數(shù)字化在線檢測(cè)技術(shù)

系統(tǒng)數(shù)字化在線檢測(cè)技術(shù)是飛機(jī)裝配完成后，完成單元系統(tǒng)測(cè)試；模擬部分傳感器信號(hào)，使相應(yīng)系統(tǒng)運(yùn)作，檢查其工作特性；激勵(lì)系統(tǒng)在一定的環(huán)境下，檢查特定環(huán)境下系統(tǒng)的工作特性；完成系統(tǒng)的地面激勵(lì)模擬檢測(cè)；完成系統(tǒng)故障隔離、故障定位，為飛機(jī)故障排除提供資料。以往系統(tǒng)通電檢測(cè)時(shí)，系統(tǒng)工作在地面空載狀態(tài)下，系統(tǒng)很多的指標(biāo)無法測(cè)試，只有飛機(jī)飛行試驗(yàn)時(shí)才能驗(yàn)證。在線測(cè)試系統(tǒng)可代替?zhèn)鞲衅髂M系統(tǒng)工作環(huán)境，向機(jī)載系統(tǒng)提供各種激勵(lì)信號(hào)，從而檢查各系統(tǒng)在任何條件下的技術(shù)戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)與功能等是否滿足要求，能夠做到實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)監(jiān)控各系統(tǒng)信息等。數(shù)字化檢測(cè)技術(shù)是飛機(jī)設(shè)計(jì)與制造的橋梁，是保證飛機(jī)質(zhì)量的重要技術(shù)[7]。

3應(yīng)對(duì)策略

從我國(guó)航空工業(yè)的實(shí)際情況出發(fā)，如何才能按照“總體規(guī)劃，分步實(shí)施”的要求提高飛機(jī)裝配技術(shù)要求，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化的飛機(jī)裝配，滿足現(xiàn)代飛機(jī)設(shè)計(jì)、質(zhì)量指標(biāo)和批生產(chǎn)的要求？為達(dá)到飛機(jī)數(shù)字化總裝配水平，應(yīng)采取以下對(duì)策：

3.1注重國(guó)際合作

通過國(guó)際化合作的模式，根據(jù)對(duì)外合作具體內(nèi)容，可開展聯(lián)合工作、專題評(píng)審、咨詢、工程技術(shù)人員培訓(xùn)等多種形式的合作模式。利用國(guó)際上現(xiàn)有的優(yōu)勢(shì)技術(shù)資源，引進(jìn)國(guó)外典型機(jī)身等大部件的數(shù)字化裝配生產(chǎn)線，汲取、學(xué)習(xí)國(guó)外在飛機(jī)裝配方面的經(jīng)驗(yàn)，統(tǒng)一協(xié)調(diào)和部署數(shù)字化技術(shù)的計(jì)劃和實(shí)施，用較短的時(shí)間突破飛機(jī)在裝配方面的技術(shù)瓶頸，縮短關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)時(shí)間。

3.2產(chǎn)、學(xué)、研結(jié)合跟蹤世界先進(jìn)裝配技術(shù)

飛機(jī)裝配技術(shù)的發(fā)展是涉及到計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、自動(dòng)化控制、機(jī)械制造、傳感與側(cè)量、仿真、系統(tǒng)工程等多學(xué)科的系統(tǒng)知識(shí)，僅靠一個(gè)部門、一個(gè)系統(tǒng)很難在短時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目的開發(fā)與應(yīng)用。

加大數(shù)字化裝配技術(shù)研究的投資力度，建立裝配技術(shù)研發(fā)中心，采取企業(yè)、研究院所、高校聯(lián)合攻關(guān)模式，綜合各方的長(zhǎng)處，跟蹤飛機(jī)裝配技術(shù)的發(fā)展，學(xué)習(xí)和借鑒國(guó)外先進(jìn)的數(shù)字化裝配技術(shù)，研究飛機(jī)生產(chǎn)流程，開展基于數(shù)字化工裝的協(xié)調(diào)技術(shù)、數(shù)字化模擬仿真技術(shù)、激光跟蹤測(cè)量技術(shù)、數(shù)字化定位技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用，逐一突破關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成應(yīng)用，為后續(xù)飛機(jī)裝配技術(shù)的關(guān)鍵提供技術(shù)支撐，確保飛機(jī)裝配系統(tǒng)在技術(shù)上的先進(jìn)性和實(shí)用性以及在生產(chǎn)上的可行性。

3.3夯實(shí)工藝技術(shù)隊(duì)伍

飛機(jī)工藝技術(shù)系統(tǒng)在飛機(jī)制造企業(yè)里的地位相當(dāng)重要，關(guān)系著如何將設(shè)計(jì)信息準(zhǔn)確無誤、經(jīng)濟(jì)高效、可持續(xù)發(fā)展地轉(zhuǎn)化成工人可操作的操作指令，從而生產(chǎn)出符合設(shè)計(jì)要求的高性能的產(chǎn)品。如果工藝技術(shù)落伍，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期由于沒有制造技術(shù)的支撐，設(shè)計(jì)師不得不降低產(chǎn)品的技術(shù)性能，即使產(chǎn)品性能要求再高，但由于制造技術(shù)的落后，只能制造出不符合設(shè)計(jì)要求的產(chǎn)品，從而使得產(chǎn)品性能大打折扣。

由于技術(shù)基礎(chǔ)薄弱，技術(shù)積累不夠，制造企業(yè)里工藝技術(shù)沒有得到足夠的重視。要設(shè)立工藝技術(shù)研發(fā)中心，進(jìn)行技術(shù)數(shù)據(jù)積累，夯實(shí)工藝技術(shù)隊(duì)伍整體基礎(chǔ)水平，為數(shù)字化裝配做好技術(shù)鋪墊?？梢韵韧瓿筛鲉雾?xiàng)技術(shù)的突破，進(jìn)行各單元技術(shù)的應(yīng)用，最后實(shí)現(xiàn)各單元技術(shù)在飛機(jī)數(shù)字化裝配中的集成應(yīng)用。

3.4挖掘自身潛力，建立人才激勵(lì)制度

美國(guó)、歐洲等發(fā)達(dá)國(guó)家的飛機(jī)裝配技術(shù)經(jīng)過人工操作裝配、半自動(dòng)化機(jī)械裝配和自動(dòng)化及柔性裝配的發(fā)展歷程。當(dāng)前中國(guó)飛機(jī)裝配與自動(dòng)化、數(shù)字化、智能化的行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)與要求相比還有較長(zhǎng)的路要走。面對(duì)裝配技術(shù)水平與現(xiàn)代航空企業(yè)的差距，以國(guó)際合作為牽引培養(yǎng)具有現(xiàn)代化裝配思路的領(lǐng)軍人才，建立健全人才激勵(lì)制度，對(duì)有經(jīng)驗(yàn)、有技術(shù)的設(shè)計(jì)、工藝人員加大獎(jiǎng)勵(lì)，依靠產(chǎn)學(xué)研的項(xiàng)目開發(fā)模式，依靠獨(dú)立自主、自主創(chuàng)新的精神，注重企業(yè)內(nèi)部裝配人才的挖掘與培養(yǎng)，為國(guó)防建設(shè)和現(xiàn)代化軍隊(duì)建設(shè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)保障。

4數(shù)字化裝配應(yīng)用展望

數(shù)字化裝配技術(shù)代表了現(xiàn)代飛機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展方向，是技術(shù)、觀念以及管理的全面變革。深入研究、逐步掌握應(yīng)用數(shù)字化裝配技術(shù)，能夠在提升飛機(jī)質(zhì)量和工作效率的同時(shí)，促進(jìn)我國(guó)航空產(chǎn)品生產(chǎn)的觀念及管理體制的變革，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)制造水平的重大突破。

中航西飛的新舟系列飛機(jī)和支線客機(jī)ARJ21局部應(yīng)用了數(shù)字化技術(shù)，采用數(shù)控加工、數(shù)控檢測(cè)、激光測(cè)量定位等技術(shù)，為我國(guó)航空制造技術(shù)數(shù)字化裝配和研發(fā)奠定了基礎(chǔ)。中航沈飛與大連四達(dá)公司聯(lián)合研制了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的飛機(jī)大部件自動(dòng)對(duì)接柔性裝配平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了在閉環(huán)控制情況下飛機(jī)六自由度的精確調(diào)姿，工裝結(jié)構(gòu)大大簡(jiǎn)化且滿足了實(shí)際需求，有效地降低了技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和控制難度[8]。未來，中航工業(yè)將在各種型號(hào)飛機(jī)的研制中繼續(xù)推廣數(shù)字化裝配應(yīng)用，相信經(jīng)過堅(jiān)持不懈的努力，我國(guó)航空工業(yè)也會(huì)建成先進(jìn)的數(shù)字化裝配生產(chǎn)線，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)裝配技術(shù)的跨越。

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[責(zé)任編輯、校對(duì)：梁春燕]

Reflection on Improving Airplane Assembly Technology

CHUGui-lan

(Training Center,AVIC Aircraft XAC,Xi'an 710089,China)

Abstract：On the basis of comparison,the paper analyzes and concludes the current situation and development trend of domestic and overseas airplane assembly technologies,introduces the key to the development of airplane assembly technology,and illustrates how aviation manufacturing enterprises can command key airplane assembly technology and make breakthroughs.

Key words：aviation manufacturing;assembly technology;digital assembly technology

中圖分類號(hào)：V262

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-9233(2016)01-0040-04

作者簡(jiǎn)介：初桂蘭(1963-)，女，山東淄博人，高級(jí)講師，從事航空制造技術(shù)教學(xué)研究。

收稿日期：2015-01-07