航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)

高君　饒志鋒

摘 要：近年來(lái)，隨著航空事業(yè)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，很大程度上對(duì)我國(guó)國(guó)民綜合實(shí)力的增強(qiáng)有著不可忽視的重要影響。但與此同時(shí)暴露出來(lái)的問(wèn)題也越來(lái)越多，尤其是針對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在裝配技術(shù)上存在的缺陷則需要相關(guān)部門(mén)及工作人員引起足夠的重視，從而逐漸改善傳統(tǒng)裝配技術(shù)在裝配過(guò)程中存在的不足，進(jìn)而提高質(zhì)量。下面文章則針對(duì)裝配技術(shù)利用數(shù)字化技術(shù)所取得的發(fā)展及成就進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，并就其存在的問(wèn)題深入探討，從而從根本上改善我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)在裝配技術(shù)等方面存在的問(wèn)題，真正意義上推動(dòng)我國(guó)航天事業(yè)的可持續(xù)快速發(fā)展。

關(guān)鍵詞：航空發(fā)動(dòng)機(jī)；數(shù)字化裝配；工藝；技術(shù)

中圖分類號(hào)：V263.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）35-0158-02

Abstract： In recent years， with the continuous innovation and development of the aviation industry， the enhancement of our national comprehensive strength， to a large extent， has an important impact that can not be ignored. But at the same， more and more problems are exposed， especially technology defects of aeroengine assembly need relevant departments and staff's enough attention， so as to gradually improve the shortcomings of traditional assembly technology in the assembly process as well as the quality. The following paper briefly analyzes the development and achievement of assembly technology using digital technology， and deeply discusses the existing problems， so as to fundamentally improve the problems existing in the assembly technology of aeroengine in our country. In a real sense， this promote the sustainable and rapid development of China's aerospace industry.

Keywords： aeroengine； digital assembly； process； technology

航空發(fā)動(dòng)機(jī)的使用在航空機(jī)械制造中有著至關(guān)重要的作用。尤其是現(xiàn)階段隨著航空事業(yè)的發(fā)展對(duì)其各項(xiàng)參數(shù)的穩(wěn)定運(yùn)行都提出了更高的要求，在航空發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行過(guò)程中如何將有效的信息參數(shù)運(yùn)用其中并提高其運(yùn)行效率及相關(guān)工藝的可靠性也是發(fā)動(dòng)機(jī)亟待面臨的解決重要問(wèn)題。從某種意義上來(lái)講，航空發(fā)動(dòng)機(jī)在現(xiàn)階段發(fā)展中，受人為因素影響較大。在裝配方面?zhèn)鹘y(tǒng)的人工裝配技術(shù)已經(jīng)很難滿足現(xiàn)階段數(shù)字化發(fā)展的需要，所以要求相關(guān)部門(mén)及人員必須針對(duì)這一問(wèn)題引起足夠的重視。未來(lái)航空發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)將與數(shù)字化信息技術(shù)相結(jié)合，不斷創(chuàng)新和發(fā)展方能長(zhǎng)久持續(xù)的推動(dòng)航空事業(yè)的發(fā)展。

1 傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)存在的主要問(wèn)題

從某種意義上來(lái)講，傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)主要存在以下四個(gè)方面的問(wèn)題：第一，裝配多為采取人工方式進(jìn)行完成作業(yè)，這在很大程度上則增加了錯(cuò)誤裝配的概率，極易出現(xiàn)漏裝或是錯(cuò)裝的現(xiàn)象，進(jìn)而影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用；第二，精準(zhǔn)度不高。因多數(shù)裝配工藝都是由人工而完成，這就會(huì)增加裝配過(guò)程中的人為誤差率，導(dǎo)致精準(zhǔn)度不高，甚至較大的誤差則會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常運(yùn)作，嚴(yán)重時(shí)還將損害相關(guān)機(jī)械設(shè)備；第三，因裝配人員在一定程度上其專業(yè)程度及工藝技巧熟練程度都存在著較大的差距，這就導(dǎo)致裝配中會(huì)出現(xiàn)極大的工作差異，也會(huì)出現(xiàn)相同型號(hào)的裝配由于裝配人員的不同而出現(xiàn)各種質(zhì)量問(wèn)題，最終影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常使用；第四，精密儀器損壞率高。在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)裝配時(shí)，不僅對(duì)精密儀器有著加高的要求，此外對(duì)操作人員的裝配標(biāo)準(zhǔn)也是有著較高的要求。從精密儀器的使用以及裝配的工藝流程上都要求相關(guān)操作人員必須熟練掌握相關(guān)技巧，絕對(duì)不能以次充好，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的性能。

2 數(shù)字化裝配的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛擬裝配技術(shù)

虛擬裝配作為虛擬制造的重要組成，在整個(gè)操作過(guò)程中，可以通過(guò)對(duì)虛擬結(jié)果的監(jiān)測(cè)內(nèi)容對(duì)裝配過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行及時(shí)調(diào)整和修改。可視化最大的優(yōu)勢(shì)則是可以通過(guò)模擬的方式來(lái)完成對(duì)整個(gè)裝配工藝的監(jiān)測(cè)。其中主要體現(xiàn)在數(shù)值計(jì)算、裝配工藝規(guī)劃、工作面布局、裝配操作模擬等方面?，F(xiàn)在產(chǎn)品的制造正在向著自動(dòng)化、數(shù)字化的方向發(fā)展，虛擬裝配是產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，利用虛擬裝配技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程的動(dòng)態(tài)仿真，生成裝配工藝規(guī)劃，在裝配過(guò)程仿真的基礎(chǔ)上，建立優(yōu)化的車間布局。

2.1.1 虛擬裝配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立

虛擬裝配系統(tǒng)是一個(gè)基于通用虛擬現(xiàn)實(shí)的用于指導(dǎo)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及實(shí)際裝配過(guò)程的軟硬件集成的系統(tǒng)。虛擬裝配環(huán)境中利用CAD系統(tǒng)的零件的幾何模型、零件的物理特征信息、零件的公差信息輸人到虛擬裝配系統(tǒng)，生成虛擬裝配系統(tǒng)需要的虛擬零件模型及虛擬工具模型。用戶利用虛擬外設(shè)在虛擬環(huán)境中生成虛擬手及視點(diǎn)等實(shí)現(xiàn)視點(diǎn)跟蹤、手勢(shì)識(shí)別及聲音識(shí)別等功能，直接與虛擬裝配系統(tǒng)進(jìn)行交互，完成虛擬裝配的操作。虛擬現(xiàn)實(shí)算法包括各種坐標(biāo)變化及碰撞檢驗(yàn)算法，多細(xì)節(jié)層次模型自動(dòng)生產(chǎn)算法等。仿真結(jié)果輸出包括產(chǎn)品裝配模型、零件裝配軌跡、干涉檢查報(bào)告、裝配過(guò)程動(dòng)畫(huà)和零件裝配順序文件。裝配過(guò)程動(dòng)畫(huà)可以用來(lái)對(duì)裝配工人進(jìn)行培訓(xùn)。

2.1.2 裝配模型建模技術(shù)

對(duì)產(chǎn)品的三維數(shù)字化設(shè)計(jì)模型進(jìn)行二次輕量化處理，對(duì)裝配體靜態(tài)結(jié)構(gòu)用裝配結(jié)構(gòu)的聚合關(guān)系和約束依賴關(guān)系，將工裝、工具等作為零件處理，制定對(duì)應(yīng)規(guī)則，通過(guò)時(shí)序關(guān)系的構(gòu)造來(lái)反映交互的過(guò)程，由此表達(dá)整體裝配體模型。這種基于時(shí)序的裝配體模型特點(diǎn)是繼承了經(jīng)典裝配體模型的優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)將裝配關(guān)系進(jìn)行分離和時(shí)序化，為交互過(guò)程的表達(dá)帶來(lái)方便。

2.1.3 裝配過(guò)程仿真技術(shù)

從某種意義上來(lái)講，仿真技術(shù)主要涉及兩方面的內(nèi)容：一是可裝配性分析；二是裝配精度分析。在仿真技術(shù)的初級(jí)階段多半采取第一種技術(shù)來(lái)完成對(duì)裝配過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行診斷，從而驗(yàn)證裝配設(shè)計(jì)是否符合其操作規(guī)定，進(jìn)而針對(duì)問(wèn)題第一時(shí)間做出合理判斷加以解決。而在仿真初級(jí)階段過(guò)后，隨著裝配工藝的不斷加深，則對(duì)其產(chǎn)品零部件的裝配工藝各零部件之間的可行性都有了新的要求和標(biāo)準(zhǔn)，這就需要對(duì)裝配精度進(jìn)行分析，做出合理判斷。

2.2 裝配工藝過(guò)程數(shù)字化柔性設(shè)計(jì)

2.2.1 實(shí)體建模技術(shù)

從理論上來(lái)講，實(shí)體建模技術(shù)對(duì)其裝配尺寸要求較為嚴(yán)格，所以要想實(shí)現(xiàn)實(shí)體建模技術(shù)，則必須對(duì)裝配尺寸做到精確了解?；谥髂Ｐ蛯?duì)尺寸的要求來(lái)進(jìn)行快速建模，這也是實(shí)體建模技術(shù)與其他技術(shù)的不同之處，一定程度上依據(jù)尺寸完成的建模要求大大提高了裝配的質(zhì)量，減少了誤差。

2.2.2 工藝過(guò)程設(shè)計(jì)技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)在裝配前必須對(duì)其裝配工藝特點(diǎn)進(jìn)行研究分析，要了解不同發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)裝配的特點(diǎn)及技巧。在進(jìn)行裝配前，設(shè)計(jì)人員要設(shè)計(jì)出合理的裝配方式，這樣不僅一定程度上可以減少對(duì)零部件的浪費(fèi)，還能大大提高裝配效率，節(jié)約資源，最終實(shí)現(xiàn)裝配技術(shù)的自動(dòng)生產(chǎn)模式。以發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品三維模型設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，建立工藝件、設(shè)備、工裝、測(cè)具、量具等工藝資源庫(kù)，形成了數(shù)字化工藝設(shè)計(jì)與管理的工作模式；按照裝配單元、裝配基準(zhǔn)和定位方法確定裝配協(xié)調(diào)方法、裝配流程，建立裝配過(guò)程仿真環(huán)境，提供裝拆路徑及其形成軌跡、防碰路徑自動(dòng)探測(cè)功能，進(jìn)行裝配工藝的可行性分析研究。

2.2.3 基于形位公差的裝配容差分析技術(shù)

此方法主要借助于合理的計(jì)算方式來(lái)完成相關(guān)技術(shù)的模型分析。主要是從零部件與容器差異上進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，針對(duì)不同零部件的特點(diǎn)進(jìn)行合理容器的選擇，而不是單純的考慮容器的實(shí)用型，而是要突出容易的實(shí)效性。在容器選擇上針對(duì)不同需求選擇不同的容器進(jìn)行裝配是極為重要的。

2.3 裝配工藝可視化技術(shù)

在現(xiàn)階段裝配工藝中，裝配人員多數(shù)是按照裝配工藝卡上面的指示及要求進(jìn)行裝配，一定程度上雖說(shuō)簡(jiǎn)化了裝配工藝流程，其工作人員看圖進(jìn)行裝配操作也相對(duì)簡(jiǎn)單，但固有的文字和簡(jiǎn)圖并不能夠完全實(shí)現(xiàn)裝配過(guò)程的動(dòng)態(tài)處理，這就會(huì)導(dǎo)致在裝配過(guò)程中即便出現(xiàn)了問(wèn)題，相關(guān)工作人員也難極易精準(zhǔn)的判斷出來(lái)。所以采取可視化的裝配方式則大大解決了這樣的問(wèn)題，并且與此同時(shí)還能夠?qū)⑽淖中畔⑴c二維、三維進(jìn)行有效的結(jié)合，對(duì)其裝配進(jìn)行整個(gè)過(guò)程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)也能夠在第一時(shí)間解決。但此種方法并沒(méi)有廣泛應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配中，還有待于繼續(xù)研究和總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，以便日后為其更好地發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

3 裝配制造數(shù)字化

裝配制造從某種意義上來(lái)講，是一項(xiàng)比較復(fù)雜的作業(yè)工程。在進(jìn)行裝配的過(guò)程中要對(duì)其工藝、工裝、檢查等作業(yè)一一熟悉，方能將新的技術(shù)合理化的融入其中，加強(qiáng)其研究進(jìn)而提高裝配工作的生產(chǎn)效率和控制能力。眾所周知，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配是由特殊工序的特點(diǎn)決定，零部件繁雜、種類較多，且多數(shù)裝配工藝是由人工作業(yè)和自動(dòng)化半人工操作相互配合而完成。這就要求裝配技術(shù)人員必須熟練掌握裝配技巧，對(duì)整個(gè)過(guò)程的裝配精度要求都是比較高的。尤其是在裝配定位方面，傳統(tǒng)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)多半采用剛性裝配的方式進(jìn)行定位或是劃線的方式進(jìn)行定位，從某種意義上來(lái)講，這兩種裝配定位方式都只是適應(yīng)于特定型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)并不能適應(yīng)所有發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配定位。所以在進(jìn)行定位時(shí)，必須依據(jù)實(shí)際裝配定位的要求進(jìn)行相關(guān)零部件的定制或是生產(chǎn)，前期需要注意的則是要對(duì)裝配工藝有所了解，做到精益求精，方能減少成本的浪費(fèi)，一定程度上也會(huì)縮短零部件的生產(chǎn)周期，提高航空發(fā)動(dòng)機(jī)的精準(zhǔn)度。不僅如此，隨著各種新技術(shù)的層出不窮，數(shù)字化的裝配技術(shù)方式將越來(lái)越被應(yīng)用到航空發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配技術(shù)中，進(jìn)而增強(qiáng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4 結(jié)束語(yǔ)

從上文分析得知，航空發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)數(shù)字化裝配技術(shù)的改進(jìn)可以大大提高裝配的生產(chǎn)效率，全面提升航空發(fā)動(dòng)機(jī)的綜合作用能力，這對(duì)于航空發(fā)動(dòng)機(jī)而言是極為重要的。所以在未來(lái)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)展及研制過(guò)程中，可以針對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行深入的研究和探討。希望通過(guò)該文章的簡(jiǎn)短介紹可以為相關(guān)工作人員提供一定的參考意見(jiàn)，進(jìn)而為發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)及制造提供資料支持。不僅如此，建議其相關(guān)工作人員要不斷加強(qiáng)創(chuàng)新能力，針對(duì)現(xiàn)階段我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀不斷學(xué)習(xí)國(guó)外先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和理論知識(shí)為實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)全面數(shù)字化的集成作業(yè)而積累經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)存在的問(wèn)題第一時(shí)間進(jìn)行研討，提出可行性的解決方案，方能持續(xù)的推動(dòng)我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)展。

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