飛機數(shù)字化集成裝備研制應(yīng)用過程中“四控”法研究與實踐

樊虎 楊靖雯 羅群 劉博鋒

摘? ?要：本文對現(xiàn)有數(shù)字化集成裝備研制應(yīng)用過程中存在的問題進行了分析，針對這些問題提出了數(shù)字化集成裝備研制應(yīng)用過程中的“四控”方法，即“設(shè)計源頭把控、驗證過程監(jiān)控、生產(chǎn)過程管控、管理體系掌控”，并以某型機翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)的研究應(yīng)用過程為研究對象開展“四控”法的實踐應(yīng)用。實踐結(jié)果表明：“四控”法的應(yīng)用有效規(guī)避了系統(tǒng)研制應(yīng)用過程風(fēng)險，保證了翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)按期投產(chǎn)應(yīng)用并形成穩(wěn)定可靠的加工能力，另外，“四控”法也可為同行業(yè)或其他行業(yè)的新型數(shù)字化裝備及新技術(shù)的研究應(yīng)用提供參考及借鑒。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化? 源頭把控? 過程管控? 體系掌控

近年來隨著航空制造業(yè)的迅猛發(fā)展，數(shù)字化集成裝備和數(shù)字化裝配制造技術(shù)已開始在各大航空企業(yè)得到廣泛的應(yīng)用[1-4]。目前，國內(nèi)飛機在壁板類、活動翼面、前后緣等簡單類型組部件上已基本實現(xiàn)了自動化裝配。隨著數(shù)字化集成裝備的全面深入應(yīng)用，以大型機翼翼盒數(shù)字化裝配為代表的裝配系統(tǒng)，向著多功能、高集成、高自動化的方向發(fā)展，系統(tǒng)復(fù)雜程度越來越高，這對企業(yè)的管理和技術(shù)能力提出了更高要求[5-10]。

面對“大型復(fù)雜產(chǎn)品+復(fù)雜數(shù)字化裝配系統(tǒng)”的新形勢，企業(yè)在工作中主要面臨以下四大困難：一是缺乏可借鑒的數(shù)字集成裝備質(zhì)量監(jiān)督經(jīng)驗，二是缺乏切實有效的監(jiān)督方法，三是缺乏可參考的標(biāo)準(zhǔn)，四是缺乏可應(yīng)用的管理制度和規(guī)范。正是由于這些缺失，使得企業(yè)在數(shù)字化集成裝備的研制、驗證及應(yīng)用過程中出現(xiàn)了諸多問題，給企業(yè)造成巨大經(jīng)濟損失，對產(chǎn)品質(zhì)量安全及生產(chǎn)加工效率造成嚴(yán)重威脅，影響了產(chǎn)品的交付周期及產(chǎn)品安全壽命。

1? 過程方法研究與實踐

鑒于數(shù)字化集成裝備驗證應(yīng)用中出現(xiàn)的種種問題，本文提出了數(shù)字化集成裝備研制應(yīng)用過程中的“四控”方法，即“設(shè)計源頭把控、驗證過程監(jiān)控、生產(chǎn)過程管控、管理體系掌控”，并以某型機翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)的研究應(yīng)用過程為研究對象，開展“四控”法的實踐應(yīng)用，下面對“四控”方法及其應(yīng)用過程進行詳盡說明。

1.1 設(shè)計源頭把控

數(shù)字化集成裝備的設(shè)計階段是對整個裝備系統(tǒng)宏觀把控最為關(guān)鍵的階段，從以往實踐過程中暴露的問題看，設(shè)計階段的質(zhì)量監(jiān)督對后續(xù)設(shè)備的應(yīng)用和產(chǎn)品的加工有著極大的影響。經(jīng)過前期的實踐總結(jié)出設(shè)計源頭質(zhì)量監(jiān)督把控主要集中在兩個監(jiān)管：一是系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)監(jiān)管，包括工裝及設(shè)備的精準(zhǔn)設(shè)計，特別是涉及系統(tǒng)中的自動化測量、調(diào)姿、定位和制孔等部分;二是系統(tǒng)中技術(shù)狀態(tài)監(jiān)管，包括系統(tǒng)中軟硬件的升級換版過程及版本版次控制。

因此，在某型機翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)設(shè)計階段，研究團隊提出系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)著眼于傳統(tǒng)裝配的局限性，對系統(tǒng)中涉及的關(guān)鍵技術(shù)及技術(shù)狀態(tài)進行有針對的控制。

（1）關(guān)鍵技術(shù)控制。

①柔性定位。

針對在傳統(tǒng)裝配生產(chǎn)過程中的產(chǎn)品尺寸大、剛性弱，存在產(chǎn)品入位困難、應(yīng)力裝配等問題，設(shè)計階段研究團隊提出應(yīng)針對此問題對系統(tǒng)工裝進行優(yōu)化設(shè)計。最終翼盒數(shù)字化調(diào)姿裝配系統(tǒng)采用多臺數(shù)控定位器，實現(xiàn)產(chǎn)品的定位調(diào)姿。采用產(chǎn)品連接工藝球頭方式入位，入位后通過測量交點孔偏差，進行整體無應(yīng)力調(diào)姿解決了傳統(tǒng)裝配由于產(chǎn)品吊裝變形造成的入位困難、強迫定位、位置精度差的老大難問題。

②溫度補償。

傳統(tǒng)翼盒工裝存在熱膨脹變形問題，鋁合金產(chǎn)品熱膨脹系數(shù)為0.023mm/m/℃，地面基礎(chǔ)熱膨脹系數(shù)為0.01mm/m/℃，兩者相差0.013mm/m/℃，造成工裝與產(chǎn)品的不協(xié)調(diào)。因此，在整個系統(tǒng)設(shè)計階段就對傳統(tǒng)的工裝形式進行了改進，翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)的工裝主體采用了與產(chǎn)品同材質(zhì)的鋁合金，且在地面和鋁合金工裝底座之間設(shè)置滑軌，使工裝與產(chǎn)品整體隨溫度變化而變化。通過該方法提高了產(chǎn)品和工裝的協(xié)調(diào)性，避免了裝配過程中由溫度引起的伸縮變化造成定位精度低的問題。

（2）技術(shù)狀態(tài)控制。

翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)涉及柔性定位、精密制孔、自動測量與檢測等眾多先進技術(shù)，是機械、電子、控制、計算機等多學(xué)科的交叉融合。在前期翼盒的設(shè)計方案的制定過程中，研究團隊就對系統(tǒng)的軟件換版、硬件升級改造進行了嚴(yán)格的把控，同時企業(yè)內(nèi)部也建立切實有效的管理制度，實行多級審核來保證系統(tǒng)軟硬件在升級換版過程中的版本得到有效控制并具有可追溯性。

1.2 驗證過程監(jiān)控

數(shù)字化集成裝備的驗證過程是由設(shè)計理念轉(zhuǎn)化為實物的關(guān)鍵步驟，是系統(tǒng)裝備功能性、適用性、穩(wěn)定性及可靠性等各項性能指標(biāo)的充分暴露和展現(xiàn)階段，從前期數(shù)字化裝備的應(yīng)用實踐來看，驗證過程中隱藏很小的一個問題就可能為正式產(chǎn)品加工應(yīng)用埋下重大安全質(zhì)量隱患。為此，要嚴(yán)格監(jiān)控數(shù)字化裝配系統(tǒng)驗證過程，對于過程的監(jiān)控從兩個監(jiān)測入手：一是監(jiān)測系統(tǒng)裝備的功能性和適用性，二是監(jiān)測其穩(wěn)定性和可靠性，通過兩個監(jiān)測將絕大多數(shù)問題和隱患暴露并消除在驗證階段。

（1）功能性、適用性。

翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)驗證內(nèi)容包括固定前緣上架輔助工裝協(xié)調(diào)驗證、固定后緣工藝接頭協(xié)調(diào)驗證、上下壁板保型框協(xié)調(diào)性驗證、翼肋保型與上架定位方式、自動制孔加工檢測驗證、下翼面接頭定位與制孔等。

（2）可靠性、穩(wěn)定性。

翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)驗證了包括固定前后緣上架調(diào)姿定位、固定前后緣裝配誤差分析、自動制孔效率驗證、自動制孔穩(wěn)定性驗證、裝配過程前后緣變形監(jiān)測等。

1.3 生產(chǎn)過程管控

評價數(shù)字化集成裝備體系應(yīng)用成功與否的關(guān)鍵在于生產(chǎn)加工階段，而流程規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化又是該階段的靈魂所在。目前多數(shù)企業(yè)還沒有形成一套完整規(guī)范的數(shù)字裝配系統(tǒng)工藝性、操作性指導(dǎo)文件。根據(jù)前期的梳理總結(jié)，本文認(rèn)為數(shù)字集成裝備的生產(chǎn)過程管控應(yīng)從以下四個方向入手，即工藝流程標(biāo)準(zhǔn)化、操作過程規(guī)范化、過程風(fēng)險顯性化、檢查設(shè)置差異化。以下為翼盒數(shù)字化裝配系統(tǒng)生產(chǎn)過程管控下的四個標(biāo)準(zhǔn)化。