飛機(jī)柔性裝配方法在飛機(jī)裝配中的應(yīng)用研究

王明明

（航空工業(yè)哈爾濱飛機(jī)工業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱150066）

本文對飛機(jī)柔性裝配工作進(jìn)行概述，分析了目前我國柔性裝配方法應(yīng)用的現(xiàn)狀以及柔性裝配技術(shù)，闡述了柔性裝配方法在裝配工作中的實(shí)際應(yīng)用。

1 飛機(jī)裝配工作概述

1.1 飛機(jī)裝配工作內(nèi)容

飛機(jī)裝配工作嚴(yán)格遵守裝配過程的尺寸型號以及協(xié)調(diào)章程，在整個飛機(jī)裝配的過程中，會將數(shù)以百計的工藝設(shè)備零部件根據(jù)工藝要求以及設(shè)計技術(shù)要求進(jìn)行組合和鑲嵌，完成整個飛機(jī)零部件和設(shè)備的裝配和整機(jī)流程，達(dá)到組裝飛機(jī)的目的。在飛機(jī)裝配中涉及到的零件數(shù)目多且尺寸各不相同，每一個零件和形狀和連接部件數(shù)量多且精度要求高，對安裝的準(zhǔn)確度和完整性也嚴(yán)格要求，因此落實(shí)飛機(jī)裝配工作需要耗費(fèi)大量的人力物力以及財力。

在傳統(tǒng)的飛機(jī)裝配過程中單純依靠某個零件的尺寸加工以及零件精確度是很難完成組裝工作的。隨著飛機(jī)裝配工作的進(jìn)步，裝配工作逐漸從原來的傳統(tǒng)裝配工藝變成柔性裝配工藝，利用柔性裝配能很好地滿足飛機(jī)裝配過程中零件的鑲嵌以及設(shè)備的組裝，替代以往傳統(tǒng)裝配的周期長成本高的缺點(diǎn)，顯著提升了飛機(jī)裝配的工作質(zhì)量以及工作效率[1]。

1.2 飛機(jī)柔性裝配概述

1.2.1 飛機(jī)柔性裝配工作內(nèi)容

飛機(jī)裝配從傳統(tǒng)裝配過渡到柔性裝配后工作內(nèi)容以及裝配方法技術(shù)也發(fā)生了本質(zhì)的變化，在飛機(jī)柔性裝配過程中首先需要進(jìn)行設(shè)計和項目運(yùn)行結(jié)構(gòu)的調(diào)試，在針對飛機(jī)的每一個設(shè)備以及每一步安裝操作進(jìn)行審核準(zhǔn)備后再開始集中裝配工作，飛機(jī)柔性裝配需要根據(jù)飛機(jī)設(shè)計師的設(shè)計圖紙和裝配流程進(jìn)行整理歸納，保證整個飛機(jī)柔性裝配工作符合設(shè)計要求以及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，在完成一系列的裝配工作后還需要對裝配（轉(zhuǎn)下頁）的零件和設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化調(diào)試，保證裝配方式的成功和裝配方法的合理。

除此以外在飛機(jī)柔性裝配的整個過程中，裝配技術(shù)人員需要提前對柔性裝配的每一個設(shè)備和步驟進(jìn)行計算機(jī)仿真模擬操作，對每一步工作進(jìn)行測試和分析，保證飛機(jī)柔性裝配流程的完整性和可靠性，比如對裝配的工裝以及制孔操作進(jìn)行可行性分析以及質(zhì)量測試，確保飛機(jī)柔性裝配的參數(shù)穩(wěn)定和合理運(yùn)行。

1.2.2 飛機(jī)柔性裝配工作特點(diǎn)

飛機(jī)柔性裝配工作有三個主要特點(diǎn)，首先是飛機(jī)柔性裝配工作中通常不采用整體骨架結(jié)構(gòu)，裝配設(shè)計工人一般主張使用結(jié)構(gòu)離散化對裝配骨架進(jìn)行調(diào)試，確定柔性化裝配的通用談條件，同時會在飛機(jī)柔性裝配過程中使用定位元件，滿足裝配設(shè)備離散化的布局要求。其次，飛機(jī)柔性裝配的原件模塊都處于同一板塊中，通過集中的模塊實(shí)現(xiàn)設(shè)備和零部件的支撐定位以及收緊工作，滿足結(jié)構(gòu)設(shè)備的自動控制要求。模塊之間可以自動控制，滿足不同區(qū)域質(zhì)檢的位置關(guān)系和要求，因?yàn)樽詣诱{(diào)整的過程能逐步滿足裝配件的定位要求，所以保證了飛機(jī)柔性裝配的精確度和安裝質(zhì)量。飛機(jī)柔性裝配最后的特點(diǎn)是元件也能實(shí)現(xiàn)自動化控制，仿照模塊的自動控制關(guān)系，柔性裝配元件在位置調(diào)節(jié)方面均采用快速工裝定位，滿足柔性安裝的精確度要求。

1.2.3 飛機(jī)柔性裝配工作模式

飛機(jī)柔性裝配的工作模式有兩種，分別是直接法和間接法。直接法是指在飛機(jī)柔性裝配的定位單元調(diào)整到位以后在將裝配件安裝上架并完成定位和夾緊工作，通過直接定位的辦法完成裝配件定位的參數(shù)控制。一般飛機(jī)柔性裝配直接法主要適用于飛機(jī)氣動外形的零部件或者機(jī)翼機(jī)身的壁板等設(shè)備零件的裝配。

間接法是指先上架后調(diào)整，區(qū)別于飛機(jī)柔性裝配直接法，間接法是先把裝配件安裝上架，然后再逐步調(diào)整定位位置，確保定位單元連接的準(zhǔn)確性，通常間接法需要借助外部的測量工具以及測量方法才能完成零部件參數(shù)的獲取。比如在飛機(jī)翼身的對接過程中需要使用間接法，通過實(shí)施的測量點(diǎn)數(shù)據(jù)和位置參數(shù)確定工裝的定位位置，保證飛機(jī)上下反角的性能參數(shù)符合設(shè)計要求和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

2 飛機(jī)柔性裝配方法應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 我國目前飛機(jī)柔性裝配存在的問題

飛機(jī)柔性裝配工作在我國還處于初期使用階段，因?yàn)樵陲w機(jī)柔性裝配的工作中需要保證每一步操作都要協(xié)調(diào)配合，比如飛機(jī)的工藝設(shè)計、工裝設(shè)計以及產(chǎn)品設(shè)計都要協(xié)調(diào)，部門與部門之間需要完成參數(shù)的校對以及數(shù)據(jù)比對，需要耗費(fèi)大量的時間和精力，無形中增加了飛機(jī)工裝設(shè)計的成本以及延長了工裝設(shè)計時間，不利于大規(guī)模的生產(chǎn)以及使用。

此外，在飛機(jī)柔性裝配的過程中還需要完成局部的數(shù)字化傳遞工作才能減少在飛機(jī)柔性裝配過程中的誤差損失以及設(shè)計損耗，一般的飛機(jī)柔性裝配自動化生產(chǎn)過程中會使用到數(shù)字化測量技術(shù)，因?yàn)閿?shù)字化測量技術(shù)的成本較高，同時應(yīng)用推廣還未全面，因此只能在飛機(jī)柔性裝配過程中實(shí)現(xiàn)局部驗(yàn)證和部分使用，很難實(shí)現(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新突破。

2.2 飛機(jī)柔性裝配發(fā)展趨勢

我國目前的飛機(jī)柔性裝配項目無論是在技術(shù)層面還是質(zhì)量方面都與國外的裝配工裝技術(shù)存在一定的差距，而主要的發(fā)展距離體現(xiàn)在兩個方面。首先飛機(jī)柔性裝配項目的設(shè)計過程中涉及到的參數(shù)以及運(yùn)行指標(biāo)較多，在同一技術(shù)項目中參數(shù)的大小和柔性裝配的運(yùn)行機(jī)制還是存在明顯的差距，國內(nèi)大部分的飛機(jī)柔性裝配系統(tǒng)都只能在一定程度上降低參數(shù)的誤差值，但是很難做到完全精準(zhǔn)和數(shù)據(jù)無誤差。此外，在國內(nèi)的飛機(jī)柔性裝配工藝中缺乏結(jié)構(gòu)性的系統(tǒng)和數(shù)字裝配技術(shù)，所謂數(shù)字裝配技術(shù)就是涉及到飛機(jī)柔性裝配的工裝數(shù)據(jù)以及后期檢測和維修的參數(shù)設(shè)計，大部分的工裝廠家對于檢測技術(shù)投入的資金和精力不足，導(dǎo)致在飛機(jī)柔性裝配項目后期的裝配產(chǎn)品結(jié)構(gòu)或多或少存在參數(shù)設(shè)定不正確或者質(zhì)量不達(dá)標(biāo)等問題，因此我國的飛機(jī)柔性裝配檢測技術(shù)還需要進(jìn)一步強(qiáng)化。

2.3 研究飛機(jī)柔性裝配方法的意義

飛機(jī)柔性裝配對我國的航空工業(yè)以及飛行專業(yè)有著明顯的技術(shù)推進(jìn)作用，在數(shù)字化技術(shù)以及工業(yè)化生產(chǎn)普及的新世紀(jì)中，國家對航空工業(yè)以及航空裝配領(lǐng)域投入的資金不斷增加，隨著大量航空飛船以及民用飛機(jī)和軍用飛機(jī)的生產(chǎn)，飛機(jī)裝配技術(shù)以及裝配項目的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也在不斷提高，大部分的裝配領(lǐng)域已經(jīng)逐漸適應(yīng)數(shù)字化設(shè)計以及虛擬裝配技術(shù)加持，所以飛機(jī)柔性裝配也是其中的一項產(chǎn)物。

飛機(jī)柔性裝配不僅能提升飛機(jī)在組裝過程的精確度，降低裝配誤差，還能提升裝配系統(tǒng)的完整性和準(zhǔn)確性，從根本上保證了數(shù)字化裝配的生產(chǎn)質(zhì)量規(guī)模，為后期繼續(xù)研究可行性的裝配方法以及提升飛機(jī)工裝的精準(zhǔn)度積累了大量經(jīng)驗(yàn)，推動我國的飛機(jī)工裝水平以及相關(guān)理論知識的發(fā)展進(jìn)步。

3 飛機(jī)柔性裝配方法及在飛機(jī)裝配中的應(yīng)用

3.1 飛機(jī)柔性技術(shù)方法

3.1.1 飛機(jī)柔性裝配定位技術(shù)

飛機(jī)柔性裝配定位技術(shù)是利用飛機(jī)裝配過程中涉及到的梁框和支撐結(jié)構(gòu)件進(jìn)行自定位組裝。一般的飛機(jī)柔性裝配定位技術(shù)能幫助飛機(jī)工裝的零部件實(shí)現(xiàn)自定位或借助光學(xué)儀器實(shí)現(xiàn)位置跟蹤完成定位支撐，能有效減少在飛機(jī)組裝過程中使用到的裝配零部件數(shù)量，降低飛機(jī)裝配中框架的連接件數(shù)目和鉆孔數(shù)目，從本質(zhì)上降低飛機(jī)裝配的工裝數(shù)量且減少材料的消耗。

但是飛機(jī)柔性裝配定位技術(shù)需要配合精密測量儀器才能完成自定位裝配工作。而精密測量儀器需要滿足高效率以及高精度的要求，一般在裝配定位中使用精密儀器的數(shù)量較多，裝配孔定位技術(shù)包括了自動化制孔以及便攜式柔性制孔等技術(shù)，能在飛機(jī)裝配過程中滿足大批量結(jié)構(gòu)件的生產(chǎn)和裝配，顯著提升裝配零部件的裝配效率，同時借助鈦合金等復(fù)合材料，滿足裝配工作中合金以及飛機(jī)結(jié)構(gòu)的硬度要求[2]。

3.1.2 飛機(jī)總裝柔性對接技術(shù)

飛機(jī)總裝柔性對接技術(shù)是在總裝階段使用到的一種技術(shù)，傳統(tǒng)的飛機(jī)工裝過程中需固定工裝平臺并且使用精加工平臺完成裝配工作，而在使用了飛機(jī)總裝柔性對接技術(shù)后利用定位器以及激光跟蹤等計算機(jī)控制系統(tǒng)取代以往的固定平臺，顯著提升了裝配定位的精準(zhǔn)度以及可操作性，滿足了更高質(zhì)量要求的飛機(jī)裝配工作。同時在使用飛機(jī)總裝柔性對接技術(shù)后能大幅度縮短裝配的周期卻節(jié)省工裝費(fèi)用開支。一般的飛機(jī)總裝柔性對接技術(shù)都需要借助自動定位器，而自動定位器包括柱式、塔式以及混聯(lián)式。柱式定位器能保證電機(jī)在XYZ 三維的坐標(biāo)軸上自由移動，完成多角度的定位和支撐裝配工作，而塔式定位器主要借助伸縮機(jī)械臂完成飛機(jī)工裝的支撐和驅(qū)動，能承受較大重量的裝配零部件。而混聯(lián)式定位器則是與原始部件連接，利用驅(qū)動托架將每一個飛機(jī)部件進(jìn)行姿勢調(diào)換，滿足結(jié)構(gòu)復(fù)雜的復(fù)合部件的裝配。

3.1.3 飛機(jī)柔性裝配自動控制檢測技術(shù)

飛機(jī)柔性裝配自動控制檢測技術(shù)是在總裝過程后完成的一個后工序檢測工作技術(shù)，它能在最短時間內(nèi)完成裝配部件外形的檢測以及調(diào)控，滿足飛機(jī)零部件的裝配要求。常用的飛機(jī)總裝柔性對接技術(shù)會對裝配成型的產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)檢測以及參數(shù)預(yù)算，包括對裝配產(chǎn)品的外形和裝配數(shù)據(jù)指標(biāo)等進(jìn)行監(jiān)控。完成的柔性裝配自動控制檢測技術(shù)會對產(chǎn)品的工裝和裝配信息進(jìn)行完成的收納整合，同時進(jìn)行數(shù)字監(jiān)控和傳遞工作，包括飛機(jī)裝配產(chǎn)品的型號、系統(tǒng)、轉(zhuǎn)配軟件等都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)集成和設(shè)備轉(zhuǎn)換，滿足柔性平臺的工裝裝配過程的質(zhì)檢檢修要求和部件的銜接指標(biāo)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 飛機(jī)柔性裝配方法的裝配應(yīng)用

3.2.1 飛機(jī)柔性裝配在大型部件中的應(yīng)用

飛機(jī)柔性裝配在裝配流程中應(yīng)用廣泛，同時涉及的技術(shù)要求較高，需要有過硬的柔性設(shè)備支撐才能順利完成裝配工作，以往大部分的裝配廠家仍然使用標(biāo)準(zhǔn)的裝配工裝，缺乏創(chuàng)新性和前瞻性，對于飛機(jī)柔性裝配的生產(chǎn)線建設(shè)投資力度十分緊缺，與飛機(jī)制造裝配等先進(jìn)國家還存在明顯的技術(shù)差距和生產(chǎn)差距。飛機(jī)柔性裝配應(yīng)用最多的就是在飛機(jī)的大型部件裝配過程中，涉及到飛機(jī)大型不見得裝配操作以及模塊工裝過程，而且需要考慮對大型部件的數(shù)字結(jié)構(gòu)定位以及系統(tǒng)編程操作。

在飛機(jī)大型部件的安裝過程中管理人員需要將飛機(jī)的機(jī)身結(jié)構(gòu)進(jìn)行分散處理，包括對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行分組分類，確保在單獨(dú)開展飛機(jī)柔性裝配工作時結(jié)構(gòu)參數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性。在大型部件中涉及到的飛機(jī)柔性裝配有環(huán)形裝配工裝和激光定位追蹤，利用柔性裝配和定位技術(shù)取締傳統(tǒng)的裝配型框架，改變以往傳統(tǒng)大型部件裝配結(jié)構(gòu)復(fù)雜以及占地面積大，開敞性不足的問題，更好地完成飛機(jī)機(jī)身壁板以及機(jī)翼等大型部件的工裝制造。而飛機(jī)柔性裝配在大型部件中典型的應(yīng)用有行列式柔性裝配和點(diǎn)陣式柔性裝配，工裝人員可以根據(jù)部件的具體形狀或者參數(shù)要求使用合適的工裝方法。

3.2.2 飛機(jī)柔性裝配在定位打孔中的應(yīng)用

飛機(jī)柔性裝配在飛機(jī)結(jié)構(gòu)的定位打孔中應(yīng)用能顯著提高打孔的精確性和打孔速度。在定位打孔過程中需要采用柔性制孔才能提升工裝的效率，因?yàn)槭褂蔑w機(jī)柔性裝配打孔技術(shù)時操作人員需要借助數(shù)字化儀器以及精密設(shè)備進(jìn)行孔定位和孔檢測，對需要打孔的位置進(jìn)行提前檢測以及數(shù)據(jù)分析，而精密設(shè)備則是利用數(shù)字化檢測手段對需要打孔的位置進(jìn)行參數(shù)評定以及結(jié)構(gòu)解析，從而在確定打孔位置后再進(jìn)行整體的結(jié)構(gòu)評估和參數(shù)考察，保證裝配件打孔的參數(shù)符合生產(chǎn)質(zhì)量要求。

同時飛機(jī)柔性裝配還能實(shí)現(xiàn)批量化制孔，因?yàn)槿嵝源蚩啄茉诙喾N復(fù)合材料以及鈦合金材料上進(jìn)行打孔操作，因此能降低制孔的難度，改變以往傳統(tǒng)制孔技術(shù)由于材料本身物理材質(zhì)的限制，真正做到精確定位打孔，提升飛機(jī)柔性裝配中打孔速度。便攜式柔性制孔技術(shù)能滿足飛機(jī)結(jié)構(gòu)隱身以及互換的性能需求，保證飛機(jī)使用的安全性和可靠性。比如著名的飛機(jī)公司生產(chǎn)的波音客機(jī)上使用的地板以及機(jī)翼都借助了便攜式柔性制孔技術(shù)，能顯著減少在飛機(jī)柔性裝配打孔工序中耗費(fèi)的時間，提升飛機(jī)工裝裝配的效率。

3.2.3 飛機(jī)柔性裝配在總裝環(huán)節(jié)中的應(yīng)用

飛機(jī)柔性裝配在總裝環(huán)節(jié)的應(yīng)用主要是依靠三種不同的定位器完成總裝工作，飛機(jī)的總裝需要對各個部件的位置參數(shù)以及實(shí)際連接指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)格篩選和考察，而利用飛機(jī)柔性裝配辦法后能借助自動定位器幫助完成精確的總裝，減少總裝過程的誤差。一般在飛機(jī)柔性裝配的總裝環(huán)節(jié)會只用三種不同的定位器，柱式定位器能在三維坐標(biāo)軸上進(jìn)行多角度定位，只需要三臺的自動定位器就能滿足飛機(jī)柔性裝配的支撐調(diào)整和總裝工作，對于需要支撐的部件較重時則可以使用塔式自動定位器進(jìn)行加持，一般在使用兩臺柱式自動定位器后可以配合使用塔式定位器，滿足在裝配過程中大型部件的定位和裝配工作。

而另外一種飛機(jī)柔性裝配自動定位器則是從結(jié)合柱式和塔式兩種定位器各自優(yōu)點(diǎn)設(shè)計的，能在定位和支撐過程中滿足大型結(jié)構(gòu)部件或者形狀復(fù)雜的部件的銜接和裝配工作。柔性總裝涉及到數(shù)字化生產(chǎn)以及生產(chǎn)線控制集成，將傳統(tǒng)的工裝裝配系統(tǒng)變成柔性操作平臺，完成一系列的數(shù)字化裝配生產(chǎn)和裝配工序。

綜上所述，柔性裝配方法能廣泛應(yīng)用到飛機(jī)裝配中的各個環(huán)節(jié)，掌握柔性裝配的核心技術(shù)能更好地推動飛機(jī)柔性裝配的發(fā)展和進(jìn)步，提升飛機(jī)裝配的工作效率和部件裝配質(zhì)量。