飛機(jī)部件數(shù)字化裝配技術(shù)研究現(xiàn)狀與思考

吳江瓏 楊強(qiáng)

摘要：飛機(jī)部件裝配技術(shù)隨著技術(shù)水平的不斷提高，經(jīng)歷了由人工裝配、半自動(dòng)化裝配、數(shù)字化裝配的歷程，并且必將實(shí)現(xiàn)智能化裝配。就目前而言，飛機(jī)部件數(shù)字化裝配是技術(shù)主流，基于此，本文就飛機(jī)部件數(shù)字化裝配技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行闡述與分析，并且以此為基礎(chǔ)，就飛機(jī)部件數(shù)字化裝配技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提出自己的思考。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)部件；數(shù)字化裝配；柔性裝配

前言：

飛機(jī)部件的裝配過(guò)程十分復(fù)雜，包括飛機(jī)結(jié)構(gòu)、飛機(jī)零部件、飛機(jī)零部件對(duì)接總裝等全部環(huán)節(jié)，飛機(jī)數(shù)字化裝配系統(tǒng)是以軍用飛機(jī)與民用飛機(jī)的實(shí)際情況及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為基礎(chǔ)，在全面考量飛機(jī)配件數(shù)字化生產(chǎn)、模擬仿真與測(cè)量技術(shù)的前提下，所形成的飛機(jī)無(wú)型架定位裝配技術(shù)，以滿足對(duì)于飛機(jī)配件的數(shù)字化裝配要求，及相應(yīng)的數(shù)字化控制與管理需求。

1.飛機(jī)部件數(shù)字化裝配技術(shù)的研究現(xiàn)狀

1.1測(cè)量輔助裝配

飛機(jī)部件的數(shù)字化裝配技術(shù)在應(yīng)用與發(fā)展中，測(cè)量輔助裝配這種新的工藝工法逐漸產(chǎn)生并加以應(yīng)用，該裝配技術(shù)是以測(cè)量飛機(jī)部件的測(cè)量系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于飛機(jī)部件的有效定位，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)字模型，并且實(shí)現(xiàn)對(duì)于裝配對(duì)象的有效測(cè)量，獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，對(duì)飛機(jī)部件裝配的位置進(jìn)行有效定位與位置調(diào)整，以滿足飛機(jī)部件裝配的工藝要求。

首先，測(cè)量輔助裝配技術(shù)的應(yīng)用需要構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)部件裝配過(guò)程中的具體位置進(jìn)行識(shí)別，收集其相應(yīng)的姿態(tài)信息與幾何信息，通過(guò)該集成控制系統(tǒng)來(lái)將該三維幾何信息與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模型進(jìn)行有效對(duì)比，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于飛機(jī)部件裝配的有效指導(dǎo)與調(diào)整；其次，測(cè)量輔助裝配技術(shù)的應(yīng)用，需要采用虛擬化的基準(zhǔn)體系，該基準(zhǔn)體系通過(guò)數(shù)字化的測(cè)量系統(tǒng)，打造相應(yīng)的虛擬坐標(biāo)，在進(jìn)行飛機(jī)部件對(duì)接的同時(shí)，通過(guò)對(duì)飛機(jī)部件結(jié)構(gòu)上的相應(yīng)目標(biāo)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行有效分析，明確與虛擬基準(zhǔn)相對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)，在對(duì)飛機(jī)部件進(jìn)行移動(dòng)的過(guò)程中，就可以通過(guò)對(duì)該位置坐標(biāo)信息進(jìn)行有效檢測(cè)來(lái)明確部件的具體位置。

1.2無(wú)型架裝配技術(shù)

無(wú)型架裝配是當(dāng)前飛機(jī)部件數(shù)字化裝配的重要技術(shù)組成，該技術(shù)的源于Airbus公司，在技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，無(wú)需采用相應(yīng)的工裝設(shè)備，而是需要通過(guò)一些定位技術(shù)與夾緊設(shè)備進(jìn)行技術(shù)應(yīng)用，在這個(gè)過(guò)程中所使用的設(shè)備與工具都是通用設(shè)備。無(wú)型架數(shù)字化裝配技術(shù)應(yīng)用中心的構(gòu)建，需要軟件與硬件相互結(jié)合，并且搭配以相應(yīng)的數(shù)字化工裝與相應(yīng)的裝配技術(shù)，具體包括三個(gè)方面：

其一，柔性裝配平臺(tái)，該平臺(tái)的建設(shè)采用了通用性的裝配型架，在實(shí)際的應(yīng)用應(yīng)用中具有較好的通用價(jià)值，可以實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部件的快速更換與快速應(yīng)用，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于裝配部件的精準(zhǔn)定位與位置調(diào)整；其二，數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)，該系統(tǒng)的構(gòu)件包括部件定位跟蹤設(shè)備、數(shù)據(jù)測(cè)量設(shè)備、輔助測(cè)量系統(tǒng)等，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于裝配部件的具體位置加以精準(zhǔn)定位與跟蹤測(cè)量，以確保裝配部件的有效控制；其三，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，采用了專業(yè)的計(jì)算機(jī)與相應(yīng)軟件系統(tǒng)，所構(gòu)建的計(jì)算系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于裝配對(duì)象特征的有效識(shí)別，合理設(shè)計(jì)相應(yīng)的部件裝配方案，進(jìn)行相應(yīng)數(shù)據(jù)的分析與計(jì)算，合理處理反饋數(shù)據(jù)信息[1]。

2.飛機(jī)部件數(shù)字化裝配技術(shù)的研究思考

2.1機(jī)翼與機(jī)尾類部件柔性裝配

飛機(jī)部件數(shù)字化裝配技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，在于柔性裝配技術(shù)的有效應(yīng)用。在機(jī)翼類部件的柔性裝配過(guò)程中，可以按照機(jī)翼的具體規(guī)格與結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，包括翼盒數(shù)字化裝配與機(jī)翼前后緣的數(shù)字化裝配技術(shù)。前者是需要以移動(dòng)平臺(tái)為基礎(chǔ)，與相應(yīng)的激光導(dǎo)引定位作為輔助，以實(shí)現(xiàn)對(duì)于翼盒類部件的數(shù)字化裝配；后者是以機(jī)器人制孔系統(tǒng)與柔性定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)于機(jī)翼前后緣類部件的有效裝配。除此之外，機(jī)翼類部件的柔性裝配技術(shù)還包括機(jī)翼類部件的數(shù)字化對(duì)接，需要以相應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，合理調(diào)整機(jī)翼的不同位置實(shí)現(xiàn)機(jī)翼的數(shù)字化對(duì)接與裝配。

就目前而言，飛機(jī)平尾與垂尾類部件的裝配過(guò)程中，主要使用大量的復(fù)合材料部件，在實(shí)際的部件裝配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生眾多的裝配交點(diǎn)，產(chǎn)生較為明顯的厚度變化，相關(guān)部件之間的協(xié)調(diào)關(guān)系也較為復(fù)雜，針對(duì)這種情況，在平尾與垂尾類飛機(jī)部件進(jìn)行柔性裝配時(shí)，可以通過(guò)柔性裝配的高精度數(shù)字化配件加工與生產(chǎn)平臺(tái)與自動(dòng)化的制孔系統(tǒng)來(lái)確保機(jī)尾部件裝配的精準(zhǔn)性。

2.2機(jī)身類部件柔性裝配

根據(jù)一般飛機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，對(duì)機(jī)身類部件進(jìn)行劃分，其柔性裝配的具體機(jī)身部件包括：機(jī)頭、中機(jī)身與后機(jī)身。其中，機(jī)頭部件的柔性裝配由于其較為復(fù)雜的外形曲率變化與較高的協(xié)調(diào)性要求，需要通過(guò)先進(jìn)的測(cè)量裝置來(lái)運(yùn)用其柔性裝配技術(shù)，通過(guò)數(shù)字化方法來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)頭給部件之間的有效對(duì)接與單元對(duì)合；中機(jī)身部件的柔性裝配是飛機(jī)部件柔性裝配中最為重要的組成部分，具體包括相應(yīng)的成立部件與氣密艙段，在裝配的過(guò)程中，需要切實(shí)保障裝配后飛機(jī)航向與展向的精準(zhǔn)性，可以采用智能調(diào)姿與自動(dòng)鉆鉚技術(shù)，同時(shí)可以保證其中機(jī)身的強(qiáng)度、壽命與氣密性；后機(jī)身部件的柔性裝配，同樣由于其外形曲率的較大變化，以及后機(jī)身與平尾及垂尾之間之間精準(zhǔn)對(duì)接的較高要求，需要采用數(shù)字化測(cè)量、智能制孔等先進(jìn)技術(shù)以保證外形對(duì)接與相應(yīng)交點(diǎn)的精準(zhǔn)性[2]。

2.3大部件柔性對(duì)接

飛機(jī)大部件的柔性對(duì)接包括三種類型：其一，柱式結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化對(duì)接，要求采用相應(yīng)工裝，具備較好的分散性與敞開(kāi)性，通過(guò)定位器進(jìn)行支撐，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于飛機(jī)部件產(chǎn)品進(jìn)行有效調(diào)整與定位，其定位器與飛機(jī)部件產(chǎn)品之前采用相應(yīng)的工藝作為支撐，并且通過(guò)伺服電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同方向的驅(qū)動(dòng)。采用三臺(tái)工藝支撐設(shè)備就足以滿足飛機(jī)大部段的有效支撐與定位的要求；其二，塔式結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化對(duì)接，由于該結(jié)構(gòu)物具有較大的體型，在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)調(diào)整的過(guò)程中需要采用相應(yīng)的側(cè)面支撐與飛機(jī)部件驅(qū)動(dòng)方式，需要承擔(dān)較大的承載質(zhì)量；其三，混聯(lián)結(jié)構(gòu)的自動(dòng)化對(duì)接，這一技術(shù)現(xiàn)階段正在應(yīng)用于波音737飛機(jī)的總裝過(guò)程中，在技術(shù)應(yīng)用時(shí)，無(wú)需與部件直接相連的定位設(shè)備，而是通過(guò)托架連接部件，進(jìn)而通過(guò)對(duì)于托架來(lái)實(shí)現(xiàn)飛機(jī)部件的有效調(diào)整。在技術(shù)的應(yīng)用過(guò)程中，部件調(diào)整時(shí)具有更好地受力條件，并且更加有利于飛機(jī)部件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與部件安裝。

2.4飛機(jī)部件智能化裝配技術(shù)

就目前而言，不斷發(fā)展的智能化技術(shù)將成為飛機(jī)部件裝配技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向，并且隨著技術(shù)應(yīng)用水平的不斷提升而不斷推動(dòng)飛機(jī)生產(chǎn)與制造水平的提升，不斷推動(dòng)飛機(jī)性能與安全效果的提升。智能化裝配技術(shù)的應(yīng)用方向包括：其一，面向智能化裝配的職能設(shè)計(jì)技術(shù)，是根據(jù)飛機(jī)產(chǎn)品的構(gòu)想與理念，構(gòu)建相應(yīng)的產(chǎn)品仿真虛擬模型，并以模塊化設(shè)計(jì)理念進(jìn)行部件設(shè)計(jì)，根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與生產(chǎn)的性能要求加以優(yōu)化，保證其功能性的同時(shí)，減少技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)；其二，在智能裝配工裝設(shè)備方面，通過(guò)智能化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)工藝裝配的智能化與自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)，采用嵌入式系統(tǒng)進(jìn)一步加強(qiáng)人機(jī)交互效果[3]。

結(jié)語(yǔ)：

我國(guó)出于進(jìn)一步推動(dòng)航空事業(yè)發(fā)展的需求，提出了“大飛機(jī)”戰(zhàn)略，隨著該戰(zhàn)略的逐漸落地與實(shí)施，以及軍事飛機(jī)研制事業(yè)的開(kāi)展，在飛機(jī)生產(chǎn)、部件加工與部件裝配的各個(gè)環(huán)節(jié)都提出了較高的要求，這種情況下，人工裝配與半自動(dòng)裝配已經(jīng)無(wú)法滿足飛機(jī)生產(chǎn)水平不斷提高情況下的飛機(jī)性能與安全要求，就需要采用數(shù)字化飛機(jī)部件裝配技術(shù)來(lái)進(jìn)一步提高飛機(jī)裝配質(zhì)量與效率。

參考文獻(xiàn)：

[1]梅中義，黃超，范玉青.飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)發(fā)展與展望[J].航空制造技術(shù)，2015（18）：32-37.

[2]符剛，肖慶東，荊道艷，李光麗.智能制造技術(shù)在飛機(jī)部件數(shù)字化裝配中的應(yīng)用[J].航空制造技術(shù)，2014（S1）：5-8+15.

[3]周養(yǎng)萍，亓江文.飛機(jī)部件數(shù)字化裝配技術(shù)研究現(xiàn)狀與思考[J].機(jī)械制造，2013，51（08）：38-41.