劉 毅

中航工業(yè)沈陽飛機工業(yè)(集團)有限公司

飛機裝配技術(shù)現(xiàn)狀研究

劉 毅

中航工業(yè)沈陽飛機工業(yè)(集團)有限公司

近年來，隨著激光測量技術(shù)、無型架裝配技術(shù)、柔性工裝技術(shù)、自動化裝配技術(shù)飛速發(fā)展，將飛機裝配技術(shù)推向了一個新的高度。飛機數(shù)字化裝配技術(shù)是基于數(shù)字化標準工裝的協(xié)調(diào)技術(shù)、數(shù)字化模擬仿真技術(shù)、激光跟蹤測量技術(shù)、數(shù)字化定位技術(shù)、協(xié)同控制技術(shù)等多種先進技術(shù)的綜合。它糾正了傳統(tǒng)飛機裝配工藝技術(shù)的缺點，可以盡量減少各種專用工裝和夾具，增加裝配工裝的通用性，降低工裝制造成本，減小裝配工作應力，實現(xiàn)數(shù)字化自動裝配，縮短工裝準備周期，并且可以一目了然地評估生產(chǎn)狀況進而減少生產(chǎn)過程中的庫存，大幅度提高飛機的裝配質(zhì)量和效率。

飛機；裝配技術(shù)；

1.國內(nèi)外飛機裝配技術(shù)現(xiàn)狀

近年來，以國際上兩大民用飛機制造公司——波音公司和空客公司為代表的航空制造企業(yè)，大力發(fā)展數(shù)字化裝配技術(shù)，大量采用數(shù)字化柔性裝配工裝。

由于飛機柔性定位裝配工裝本身就是一套數(shù)字化工藝裝備，如果再通過網(wǎng)絡與自動控制裝置﹑計算機等終端控制設備相連，則可以實現(xiàn)將設計好的三維數(shù)字模型直接輸入計算機來操縱數(shù)字化工裝設備。波音公司和空客公司的飛機裝配中，均大幅度地提高數(shù)字化裝配工裝的應用水平，擴大應用范圍。

目前，國內(nèi)的飛機裝配中使用的工裝仍主要以傳統(tǒng)的剛性﹑專用形式為主，工裝數(shù)量多﹑占地面積大，生產(chǎn)周期長﹑制造成本高。隨著國內(nèi)新機型號的逐漸增多，傳統(tǒng)的剛性.專用工裝已經(jīng)不能實現(xiàn)現(xiàn)代飛機多品種﹑小批量生產(chǎn)的需求，己經(jīng)成為制約國內(nèi)飛機裝配技術(shù)發(fā)展的主要因素之一。雖然近年來也研制了一些數(shù)字化柔性工裝設備，取得了部分成果，但從整體上看，國內(nèi)在飛機裝配柔性工裝的研究應用上仍處于起步階段，柔性工裝的研制和應用缺乏規(guī)范和指導，能夠成功應用的柔性工裝數(shù)量較少，不能形成規(guī)模，特別是在飛機組件級﹑段(部)級裝配中，更是缺乏深入的研究應用。機身部件裝配工裝的落后，制約了數(shù)字化柔性裝配技術(shù)的深入應用，阻礙了新一代飛機數(shù)字化柔性裝配生產(chǎn)線的構(gòu)建。

因此，在當前國內(nèi)航空制造業(yè)大力提倡飛機裝配數(shù)字化﹑柔性化的背景下，需要深入研究飛機數(shù)字化裝配工裝的系統(tǒng)設計，以規(guī)范和指導國內(nèi)裝配工裝的設計制造及應用，從而提高國內(nèi)飛機裝配工裝的數(shù)字化﹑柔性化技術(shù)水平以及柔性工裝的應用規(guī)模。這對促進國內(nèi)飛機數(shù)字化裝配技術(shù)的發(fā)展，進而提高國內(nèi)飛機產(chǎn)品的核心競爭力具有重要意義。

2.現(xiàn)代飛機數(shù)字化裝配的若干關(guān)鍵技術(shù)

飛機數(shù)字化裝配是建立在計算機數(shù)字信息處理平臺上的融合飛機全部數(shù)字量的協(xié)調(diào)體系，應用計算機信息技術(shù)，數(shù)字控制技術(shù)，采用各種數(shù)控裝配工具，實現(xiàn)自動化固持﹑加工﹑對接，完成飛機組件﹑部件和機身的裝配連接等綜合性系統(tǒng)工程﹑數(shù)字化裝配技術(shù)能適應飛機部件品種規(guī)格，批量﹑裝配工藝﹑場地和時間的變化要求。而先進的飛機數(shù)字化裝配技術(shù)是保證飛機部件和飛機整體性能的關(guān)鍵，主要包括以下幾個方面：

2.1 基于數(shù)字化標準工裝的數(shù)字化協(xié)調(diào)技術(shù)

數(shù)字化標準工裝是一種數(shù)字協(xié)調(diào)方法，它利用三維數(shù)字模型和坐標基準系統(tǒng)來制造零件與工裝，這些工裝用于零件生產(chǎn)﹑段部件裝配﹑部件之間裝配及檢驗。數(shù)字化標準工裝的作用即是代替實物標準工裝，起到協(xié)調(diào)標準的作用，從而克服了實物工裝成本高，而且維護難度大等缺點。

數(shù)字化標準工裝是計算機中包含產(chǎn)品某些部位的幾何形狀和尺寸的數(shù)字模型，可以是工程數(shù)字模型，它增加了必要的裝配工藝信息的部件裝配數(shù)字模型，是制造﹑裝配﹑檢驗和協(xié)調(diào)生產(chǎn)用工藝裝備的數(shù)字量標準，是保證生產(chǎn)用工藝裝配之間﹑產(chǎn)品部件和組件之間的尺寸和形狀協(xié)調(diào)互換的重要依據(jù)。

2.2 數(shù)字化柔性裝配工裝

飛機數(shù)字化柔性裝配工裝是指在飛機裝配中為了提高工裝快速響應產(chǎn)品變化能力，縮短工裝準備周期，降低工裝制造成本，而采用的一種基于產(chǎn)品數(shù)字量尺寸協(xié)調(diào)體系的模塊化﹑可自動調(diào)整重構(gòu)的裝配工裝。在機身部件裝配以及機身對接裝配等大部件對接過程中，數(shù)字化柔性裝配工裝的執(zhí)行機構(gòu)主要包括定位器﹑工藝接頭，定位器是一個高精度的數(shù)字化自動控制裝置。定位器能夠根據(jù)控制系統(tǒng)的指令實現(xiàn)機身部件或機身的姿態(tài)調(diào)整﹑支撐固持，同時抑制裝配對象的變形。飛機數(shù)字化柔性裝配具有結(jié)構(gòu)簡單，空間開敞等優(yōu)點。由于飛機輪廓外形復雜，且在飛機設計過程中未給定位器預留連接接頭，所以需要設置專用的工藝接頭過渡連接定位器與飛機部件，根據(jù)飛機部件的不同，工藝接頭與飛機部件之間的連接方式可設置成螺栓連接.磁力吸附或真空吸附。在機身段(部)件裝配中，工藝接頭與機身之間通常為螺栓連接。

機身工藝接頭將定位器的集中載荷傳遞至機身，在機身工藝接頭與機身的連接區(qū)域受載情況較為惡劣.因此，合理設計機身工藝接頭的結(jié)果及其與機身的連接方式是保障機身數(shù)字化裝配安全性的關(guān)鍵

2.3 數(shù)字化測量技術(shù)

數(shù)字化測量技術(shù)是以計算機控制來完成自動﹑快速﹑精準的測量.數(shù)字化測量技術(shù)主要涉及測量分析軟件與數(shù)字化測量設備兩部分內(nèi)容。測量分析軟件一方面要與測量設備有良好的數(shù)據(jù)輸入輸出通道，精確獲得測量數(shù)據(jù)和理論數(shù)字模型，對原始三維數(shù)據(jù)和實際采集的數(shù)據(jù)進行對比，并兼有模擬分析和現(xiàn)場分析的能力；另一方面要能與硬件控制軟件配合，將分析得到的結(jié)果傳遞給控制軟件，以驅(qū)動﹑控制數(shù)字化柔性調(diào)姿工裝。另外，此類軟件還可以進一步實現(xiàn)異常狀態(tài)的檢測﹑多維狀態(tài)的識別﹑對操作時難以達到狀態(tài)的可視信息化等。

相對于傳統(tǒng)測量設備，數(shù)字化測量設備具有檢測速度快﹑安裝和操作便捷﹑可動態(tài)測量﹑測量精度及效率高等特點。目前，最先進的測量設備是激光跟蹤儀，激光跟蹤儀是近十年來才發(fā)展起來的新型測量儀器，集激光干涉技術(shù)﹑光電檢測技術(shù)﹑精密機械技術(shù)﹑計算機及控制技術(shù)﹑現(xiàn)代數(shù)值計算理論于一體，實時掃描測量，具有極高的測量精度及效率，可以對三維數(shù)據(jù)進行直接輸入輸出，并具有廣泛﹑通用的接口，能夠很容易地與其他數(shù)字化設備連接工作。使用激光跟蹤儀進行測量時，跟蹤頭到被測目標點的距離可達幾十米，完全能夠滿足機身部件裝配的需要。

結(jié)論

本文通過分析國內(nèi)外飛機裝配技術(shù)現(xiàn)狀，提出了基于數(shù)字化標準工裝的數(shù)字化協(xié)調(diào)技術(shù)，對提高飛機裝配技術(shù)具有積極的意義。

[1]范玉青.現(xiàn)代飛機制造技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2001.

[2]牛春勻.實用飛機結(jié)構(gòu)工程設計[M].北京：航空工業(yè)出版社，2008.