飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展研究

王瑜

摘 要：目前，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程日益加快，飛機(jī)數(shù)字化制造與設(shè)計(jì)、柔性化裝配定位及裝配工裝裝夾等技術(shù)發(fā)展日趨成熟，亟待建立柔性化的飛機(jī)裝配系統(tǒng)。本文在闡述飛機(jī)柔性化裝配中亟待解決的問題基礎(chǔ)上，提出了一些關(guān)鍵工裝技術(shù)及未來飛機(jī)裝配發(fā)展要求，希望對行業(yè)發(fā)展有借鑒作用。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化柔性裝配；關(guān)鍵技術(shù)；飛機(jī)制造

0 引言

在飛機(jī)數(shù)字化制作過程中，柔性裝配技術(shù)是非常重要的，其主要包含飛機(jī)裝配工藝、柔性裝配工裝、激光跟蹤測量、計(jì)算機(jī)數(shù)字化控制、機(jī)器人閉環(huán)定位、移動定位平臺及裝配仿真控制等重要技術(shù)。隨著裝配數(shù)字化柔性技術(shù)的廣泛應(yīng)用，全球飛機(jī)制造業(yè)將呈現(xiàn)出模塊、集成、經(jīng)濟(jì)、智能及綠色化等新發(fā)展方向。

1 飛機(jī)數(shù)字柔性化裝配技術(shù)中亟待解決的重要問題

1.1 協(xié)調(diào)數(shù)字量

在飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配技術(shù)中，數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造為其提供了前提條件，數(shù)模的構(gòu)建則為裝配工藝提供了依據(jù)保障，同時數(shù)據(jù)為進(jìn)行柔性化裝配提供了參考標(biāo)準(zhǔn)，因此柔性化裝配技術(shù)就是根據(jù)數(shù)字量而進(jìn)行的一種機(jī)械運(yùn)動的過程。數(shù)字化將裝配中所需的控制量實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一，為構(gòu)建系統(tǒng)創(chuàng)造了條件[1]。換言之，飛機(jī)的柔性化裝配不是簡單的裝配工藝與工裝技術(shù)的結(jié)合，而是計(jì)算機(jī)、電子與指導(dǎo)等不同學(xué)科的集成綜合化的過程。

1.2 劃分設(shè)計(jì)與工藝分離面

飛機(jī)分離面主要包含設(shè)計(jì)與工藝兩個方面，其中設(shè)計(jì)主要指部件間的可拆卸分離面，其便于制造與裝配。在飛機(jī)柔性裝配技術(shù)中，分離面具有不可替代的作用。規(guī)范化、便捷性及通用性是理想化的分離面構(gòu)建模式，這就要求飛機(jī)設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中要充分考慮裝配的柔性化問題，根據(jù)現(xiàn)有分離面標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而確保裝配中的承重點(diǎn)與可算化的定位銷坐標(biāo)。

1.3 柔性連接與定位夾緊

眾所周知，飛機(jī)是科技含量非常高的產(chǎn)品，不同于其他工業(yè)產(chǎn)品行業(yè)，其保密性要求非常高，如果沒有飛機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化裝配及平臺，那么就難以確保裝配過程的通用性。但是，飛機(jī)內(nèi)部則可根據(jù)自身需求設(shè)計(jì)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國飛機(jī)的柔性連接、定位及夾緊標(biāo)準(zhǔn)還處于起始摸索階段。

2 飛機(jī)數(shù)字柔性化裝配關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)

2.1 虛擬化仿真裝配技術(shù)

虛擬化裝配技術(shù)，是在并行設(shè)計(jì)與環(huán)境分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)的一種數(shù)字化預(yù)裝配過程，在這一仿真裝配技術(shù)中全面考慮了零件的幾何與工裝信息、BOM定義、作業(yè)線路及指令等，及時發(fā)現(xiàn)存在的問題，優(yōu)化工藝程序，從而提高了裝配效率，并極大的降低了裝配成本。

2.2 柔性化裝配技術(shù)

在飛機(jī)組件裝配前，一定要固定好所有部件，動力力學(xué)保持良好的外形，這都需要通過工裝技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)，因此在飛機(jī)裝配中工裝技術(shù)是基礎(chǔ)[2]。根據(jù)結(jié)構(gòu)與性能可將其分為：常規(guī)、模塊、柔性及CNC控制等工裝。其中多點(diǎn)成形技術(shù)是其設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，主要采用以點(diǎn)代面的指導(dǎo)思想，通過應(yīng)用該技術(shù)，極大的縮短了飛機(jī)型架制造裝配的工期，在裝配過程中固定裝配型架應(yīng)用的比較少。采用其重構(gòu)性，在一套飛機(jī)柔性工裝中可以配裝多個零部件。

2.3 激光追蹤測量儀技術(shù)

激光跟蹤測量儀距離測量比較遠(yuǎn)而且精度高，廣泛應(yīng)用于我國各航空飛機(jī)制造廠。近年來，在飛機(jī)裝配數(shù)字化測量與準(zhǔn)確定位安裝過程中，將激光跟蹤測量儀與手持無限測頭及激光掃描等系統(tǒng)融為一體，通過數(shù)字化設(shè)計(jì)光學(xué)目標(biāo)點(diǎn)與優(yōu)化激光跟蹤儀等，使得裝配過程中激光跟蹤儀的定位范圍不斷擴(kuò)大。

2.4 自動化制孔技術(shù)

飛機(jī)部件連接基本上屬于機(jī)械連接，主要方式為螺接與鉚接，在連接前要對所有零部件制孔。目前我國飛機(jī)裝配中大多以人工制孔技術(shù)為主，該制孔技術(shù)受人為因素影響比較大，制孔質(zhì)量水平有限，裝配精度得不到保障，而且裝配效率不高，從而影響到產(chǎn)品的整體穩(wěn)定性，必須要注意的是裝配連接的質(zhì)量決定了產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的抗疲勞與可靠性。在實(shí)際裝配技術(shù)中，在金屬結(jié)構(gòu)制孔中積累了先進(jìn)的工藝技術(shù)與參數(shù)，工藝流程發(fā)展相對成熟，但是對于復(fù)合材料構(gòu)件的制孔技術(shù)還未建立配套的裝配工藝體制。

2.5 現(xiàn)代化機(jī)器人技術(shù)

根據(jù)飛機(jī)外形的實(shí)際特點(diǎn)，引用機(jī)器人技術(shù)，極大的提高了裝配精度與可達(dá)性，在各終端執(zhí)行器的配合下，裝配功能多元化[3]。同時鉆孔與鉚接工藝實(shí)現(xiàn)了自動化操作過程，與激光跟蹤測量儀有機(jī)結(jié)合，對位置補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)了高精度定位。

3 現(xiàn)階段國內(nèi)飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配技術(shù)的發(fā)展要求

3.1 不斷引進(jìn)與研發(fā)現(xiàn)代化工裝設(shè)備

我國航空制造企業(yè)在實(shí)際發(fā)展中應(yīng)實(shí)事求是，與科研單位加強(qiáng)合作，積極引進(jìn)現(xiàn)代化配套的工裝與數(shù)字化設(shè)備，構(gòu)建柔性化的先進(jìn)加工系統(tǒng)，逐步掌握該技術(shù)的核心理念，在此基礎(chǔ)上研發(fā)的柔性裝配工藝具有一定的自主知識產(chǎn)權(quán)性，加強(qiáng)研究如泄露檢測、在線裝配檢測及紅外自動無損探傷等相關(guān)現(xiàn)代化檢測技術(shù)。

3.2 建立健全行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化體制

隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，國內(nèi)航空企業(yè)也嘗試對傳統(tǒng)的生產(chǎn)管理體制進(jìn)行創(chuàng)新，不斷探索數(shù)字化技術(shù)研究領(lǐng)域，但是還無法建立完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體制，因此數(shù)字化柔性裝配標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體制成為企業(yè)滿足自身發(fā)展需求亟待解決的問題。在產(chǎn)品屬性與配置規(guī)則單一化基礎(chǔ)上，逐步建立以產(chǎn)品數(shù)據(jù)模型為基礎(chǔ)，各部門共同協(xié)作的綜合化生產(chǎn)勞動模式。

4 結(jié)束語

綜上所述，飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配技術(shù)已成為國際發(fā)展趨勢，但是必須要重視前期研究工作，以數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展趨勢與生產(chǎn)發(fā)展需求為基礎(chǔ)，對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造、技術(shù)及管理等體制積極進(jìn)行創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)流程再造、調(diào)整生產(chǎn)組織及資源整合等，在此基礎(chǔ)上建立現(xiàn)代化的飛機(jī)數(shù)字柔性化裝配工藝流程。

參考文獻(xiàn)

[1]劉衛(wèi)東，廣偉，姚展.飛機(jī)薄壁組件數(shù)字化柔性裝配研究[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2016，（1）：83.

[2]陳修強(qiáng)，田衛(wèi)軍，薛紅前.飛機(jī)數(shù)字化裝配自動鉆鉚技術(shù)及其發(fā)展[J].航空制造技術(shù)，2016，（5）：52-56.

[3]陳文亮，潘國威，丁力平.飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].航空制造技術(shù)，2016，（8）：26-30.

（作者單位：中航沈飛民用飛機(jī)有限責(zé)任公司）