淺析機(jī)械裝配工藝在飛機(jī)制造企業(yè)中的應(yīng)用

李媛

空裝駐西安地區(qū)第一軍事代表室 陜西 西安 710089

引言

機(jī)械裝配是飛機(jī)制造廠的重要加工工序，做好這項(xiàng)工作意義顯著。但是，從當(dāng)前國內(nèi)機(jī)械裝備方式來說，裝配設(shè)施種類比較簡單，先進(jìn)高水平裝配工藝運(yùn)用尚未推廣，有許多問題尚待處理，但機(jī)械裝配方法依舊不能忽略，先進(jìn)高水平機(jī)械裝備技術(shù)不僅僅是提升機(jī)械裝配效率的前提保障，還是節(jié)約人力投資的重要舉措。另外，因?yàn)轱w機(jī)制造環(huán)節(jié)包含許多學(xué)科專業(yè)知識(shí)，探究資金缺口較大且周期較長，隨著時(shí)代進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們針對今后飛機(jī)性能有了更高的制造要求，使得飛機(jī)制造廠投入大量資金和精力在機(jī)械規(guī)劃制造和科研實(shí)驗(yàn)等方面。文章對飛機(jī)制造廠內(nèi)機(jī)械裝配方法的具體使用進(jìn)行了詳細(xì)探討。

1 飛機(jī)制造廠內(nèi)機(jī)械裝配技術(shù)常見的問題介紹

1.1 機(jī)械配件裝配效果差

相較于其他發(fā)達(dá)地區(qū)，中國航空航天科學(xué)方面盡管在應(yīng)用研究上存在很大的差距，但是從整體來看尚不明顯，主要表現(xiàn)在生產(chǎn)中。零件加工上國內(nèi)的飛機(jī)裝配無論是質(zhì)量或者數(shù)量表現(xiàn)得都比較好，但其中存在許多問題，這些問題一般表現(xiàn)在機(jī)械裝配方面，例如裝配所耗費(fèi)的時(shí)間很長，因?yàn)槭軙r(shí)間和人力等各項(xiàng)因素限制，會(huì)在較大程度上下降飛機(jī)裝配率，最后使得飛機(jī)制造水平和先進(jìn)國家有明顯差距。與本國相比，其他一些發(fā)達(dá)國家在飛機(jī)配件安裝方面的優(yōu)勢非常明顯，他們均是采用智能化工具進(jìn)行機(jī)械裝配，如此既可以明顯提高裝配效率，還能保證裝配質(zhì)量。由此，在技術(shù)不斷進(jìn)步的大環(huán)境下，需要持續(xù)深入探究飛機(jī)零件制造。

1.2 機(jī)械設(shè)施不完整

機(jī)械加工時(shí)生產(chǎn)率決定了生產(chǎn)效果，而生產(chǎn)工具對保證生產(chǎn)效率有較大意義。目前，我國大多數(shù)機(jī)械裝配均是采取人工模式，缺少先進(jìn)的機(jī)械設(shè)施，由此如果裝配者缺少高質(zhì)量技術(shù)就不能保證機(jī)械裝配效果。另外，現(xiàn)有的裝配方法針對如今生產(chǎn)產(chǎn)品的需求量也在持續(xù)增多，而目前的部分機(jī)械設(shè)施應(yīng)用整體上很少，如此無法充分發(fā)揮出機(jī)械裝配技術(shù)的優(yōu)勢。

1.3 員工工作強(qiáng)度大

伴隨生產(chǎn)需要的不斷增多，員工勞動(dòng)強(qiáng)度也隨之增加，若加工機(jī)器的數(shù)字化程度和智能化水平無法達(dá)到要求，將無法避免的會(huì)增多員工工作量。機(jī)械裝配環(huán)節(jié)，由于飛機(jī)元配件重量很大，還需要員工親自搬運(yùn)，如此會(huì)消耗他們很大的體力，針對員工身體有很高要求。國內(nèi)的航空組裝技術(shù)主要靠手工進(jìn)行，相關(guān)的裝備還不完善，如果組裝工人的精力不夠，則無法保證產(chǎn)品的組裝，若這些工作可以利用機(jī)械設(shè)備處理，就可以大大減小員工體力工作強(qiáng)度，組裝的速度也大大加快了。此外，因?yàn)闄C(jī)器組裝工作能更均勻地工作，相對于人力的勞累和能量的缺乏，可以減少機(jī)器組裝中的工作錯(cuò)誤，進(jìn)而促使員工更加深入的探究專業(yè)技術(shù)的使用，并推動(dòng)國內(nèi)飛機(jī)制造領(lǐng)域迅速發(fā)展。

2 飛機(jī)機(jī)體裝配

2.1 機(jī)體裝配步驟

從機(jī)械加工全流程來分析，機(jī)械組裝是機(jī)械加工的最終環(huán)節(jié)，其組裝的好壞直接關(guān)系到機(jī)械設(shè)備的品質(zhì)。由于組裝時(shí)組裝不好，就算有質(zhì)量好的部件，組裝出來的成品也未必能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)，因此，機(jī)械組裝可以說是機(jī)械制造的最后一道工序，裝配機(jī)體主要包括以下步驟：先用零件構(gòu)成飛機(jī)機(jī)體壁板，然后把壁板與框構(gòu)成半筒段然后構(gòu)成筒段，再把各筒段對接為機(jī)體。半筒段裝配環(huán)節(jié)，有可能產(chǎn)生一個(gè)框銜接多塊壁板，多塊壁板裝配于幾組框上，或是框與壁板共同分為組件，先把框裝配于壁板上，然后把壁板裝配為半筒形件。

2.2 機(jī)體筒段裝配

機(jī)體是筒形薄壁構(gòu)造，其剛性較好，工藝剛性較好，除地板處其他位置都具備一定的開敞性。裝配機(jī)體筒段時(shí)，要許多輔助工裝做好機(jī)體筒段裝配工作。我國飛機(jī)制造廠中比較常用的裝配模式依舊是人工打孔鉚接，為提升裝配效率，把人工打孔鉆鉚改造成半自動(dòng)裝配，指柔性軌道和爬行機(jī)器人展開制孔且人工補(bǔ)鉚。安裝配置筒段時(shí)，機(jī)體壁板經(jīng)裝配孔精準(zhǔn)定位，以蒙皮形狀為標(biāo)準(zhǔn)，定位后經(jīng)把壁板加固于工裝上；隔框就以對接端部孔為基準(zhǔn)按照工樁精準(zhǔn)定位。

2.3 機(jī)體對接

機(jī)體對接是以中機(jī)體為標(biāo)準(zhǔn)，把中機(jī)體置于固定工裝上，通過移動(dòng)工裝支護(hù)前機(jī)體和后機(jī)體同中機(jī)體對接。智能對接涉及中機(jī)體調(diào)姿﹑移動(dòng)配件調(diào)姿與機(jī)體對接。而調(diào)姿是依靠驅(qū)動(dòng)定位器和位姿標(biāo)定共同處理，機(jī)體對接即通過電腦管理移動(dòng)配件的直線運(yùn)動(dòng)將之和中機(jī)體對接，實(shí)現(xiàn)智能對接。中機(jī)體調(diào)姿一般是把中機(jī)體根據(jù)對接工藝標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)定由初始姿態(tài)調(diào)節(jié)至裝配所要的理論所需姿態(tài)的流程。把調(diào)姿過程分成航向調(diào)整﹑俯仰調(diào)整﹑橫滾調(diào)整與位置調(diào)整四個(gè)階段，以便于階段性檢查其是否滿足姿態(tài)需求。中機(jī)體調(diào)姿結(jié)束且鎖死以后，對需要對接的前機(jī)體或后機(jī)體完成調(diào)姿，其調(diào)整形式和中機(jī)體類似。前機(jī)體調(diào)姿能分成3步：前機(jī)體原位調(diào)整﹑前機(jī)體位置調(diào)節(jié)﹑機(jī)體段對接。原位調(diào)整即保證位置不變僅僅調(diào)整機(jī)體姿態(tài)，簡單地說即保證調(diào)節(jié)后姿態(tài)不變，把機(jī)體由初始部位移至目標(biāo)部位。檢測前機(jī)體在初始部位的基準(zhǔn)點(diǎn)坐標(biāo)值以明確其初始位姿，經(jīng)比較初始位姿和目標(biāo)位姿需帶機(jī)體位姿差值，以此獲得機(jī)體調(diào)姿活動(dòng)軌跡，且逆解出每個(gè)定位設(shè)備的位移量，利用PLC控制軟件驅(qū)動(dòng)定位設(shè)備完成機(jī)體調(diào)姿，最后把前機(jī)體和中機(jī)體經(jīng)過直線運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)對接。

3 飛機(jī)制造廠內(nèi)機(jī)械裝配工藝的具體運(yùn)用

3.1 加強(qiáng)精細(xì)化控制

飛機(jī)制造過程，最后環(huán)節(jié)即機(jī)械裝配，該環(huán)節(jié)的裝配效果直接影響到飛機(jī)制造效果。所以，裝配環(huán)節(jié)采取精細(xì)化管理手段對優(yōu)化裝配工藝非常關(guān)鍵，可以對裝配加工線進(jìn)行精細(xì)化控制。在數(shù)字化﹑智能鉆鉚工藝發(fā)展階段，將上述兩種技術(shù)相結(jié)合使用，創(chuàng)建多機(jī)型與多種工件裝配加工線，實(shí)現(xiàn)智能化裝配。在加工線上有許多裝配模式，根據(jù)飛機(jī)裝配結(jié)構(gòu)﹑裝配流程等建立加工線的操作模型，也能建立混合裝配形式。管理過程，改變傳統(tǒng)飛機(jī)零件裝配過程單調(diào)的加工模式，按照飛機(jī)裝配步驟，采取流水線裝配形式和混合布局形式。

比如，波音企業(yè)在飛機(jī)裝配部裝過程與總裝過程，采取移動(dòng)裝配加工線，根據(jù)移動(dòng)裝配優(yōu)點(diǎn)，不斷縮減總裝時(shí)間，既節(jié)省了公司裝配費(fèi)用，還明顯提高了飛機(jī)總裝工作效率[1]。所以，飛機(jī)裝配管理過程，要充分體現(xiàn)加工線整體工作作用，設(shè)立科學(xué)的裝配方式，根據(jù)裝配工藝，從總體上規(guī)劃加工線，做好管理組織的規(guī)劃，確保裝配工藝的使用，提升工作效率。

3.2 智能化輸送

機(jī)械加工智能化是工業(yè)生產(chǎn)的主要發(fā)展方向，由此，飛機(jī)制造廠改進(jìn)裝配工藝能夠從智能化輸送著手，在確保加工質(zhì)量的基礎(chǔ)上減小零件操作者工作強(qiáng)度及效率。飛機(jī)制造廠要優(yōu)選智能化輸送方法，將之用于輕型零配件裝配工序與加工線上，高智能化的加工流水線將有序形成，如此能夠減小飛機(jī)制造廠的成本與工作強(qiáng)度。在智能化輸送的基礎(chǔ)上，必須保障機(jī)械的流動(dòng)性，小批量﹑多樣化固定式裝配出現(xiàn)的加工效率底下現(xiàn)象可以由此順利處理，不同批量﹑不同工件的裝配需求也可以得到滿足。飛機(jī)制造廠裝配加工線設(shè)計(jì)要盡量適應(yīng)多零件裝配需求，由此根據(jù)不同零件結(jié)構(gòu)特征，經(jīng)改變工裝﹑支架等適應(yīng)不同零件要求，加工節(jié)拍的科學(xué)調(diào)整也應(yīng)當(dāng)?shù)玫礁叨汝P(guān)注，由此適應(yīng)裝配時(shí)間要求。

3.3 人性化加工

飛機(jī)制造廠內(nèi)的裝配工藝改進(jìn)還要融入人性化觀念，深入探究人性化操作，如下降工作強(qiáng)度﹑削減人工搬運(yùn)零件次數(shù)，這些都是人性化操作的重要表現(xiàn)。如裝配環(huán)節(jié)要采用升降結(jié)構(gòu)﹑平衡式起重器等，要注意設(shè)備操控者的安全性與舒適性，而使用液壓壓裝零件的加熱與冷凍設(shè)備，零件配裝的工人需求將明顯下降，需要員工參與的體力工作數(shù)量也將大大削減，這也是人性化表現(xiàn)[2]。人性化加工的實(shí)現(xiàn)少不了智能化設(shè)備的支撐，但是要設(shè)法保證環(huán)境干凈度，由此為智能化操作平臺(tái)的安全可靠運(yùn)轉(zhuǎn)提供支撐，該過程實(shí)現(xiàn)的工作環(huán)境改善也可以為裝配質(zhì)量管理提供保障，人性化加工的關(guān)鍵性可見一斑。另外，還要貫徹執(zhí)行設(shè)計(jì)要求﹑持續(xù)改進(jìn)工藝﹑輔助先進(jìn)的加工工藝，可以不斷提高飛機(jī)制造廠的機(jī)械裝配率以及市場競爭力。

3.4 裝配工藝模擬

為不斷完善飛機(jī)制造廠中裝配工藝，必須注重飛機(jī)裝配工藝模擬，這一模擬能根據(jù)MBD技術(shù)進(jìn)行，經(jīng)編制BOM表構(gòu)成產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹，編制裝配計(jì)劃能根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹處理，工裝標(biāo)準(zhǔn)的提出﹑“工步”等級(jí)的劃分也能逐漸實(shí)現(xiàn)，最后獲得裝配方法結(jié)構(gòu)樹，而且要把加工資源和產(chǎn)品相結(jié)合。裝配工藝規(guī)劃和模擬優(yōu)化應(yīng)當(dāng)在虛擬狀態(tài)下開展，由此獲得3D工藝文件與裝配工藝系統(tǒng)。機(jī)械裝配前，裝配模擬可以提前找出碰撞﹑干涉等情況，由此改進(jìn)裝配工藝，即能提高裝配工藝規(guī)劃的科學(xué)性，設(shè)計(jì)﹑加工﹑裝配等過程也有足夠依據(jù)[3]。以往的物理樣機(jī)能用飛機(jī)裝配工藝模擬替代，能減少研發(fā)資金與裝配時(shí)間﹑提高零件質(zhì)量﹑降低零件故障率，避免人為差錯(cuò)和裝配環(huán)節(jié)多次催生的重復(fù)規(guī)劃等問題。飛機(jī)裝配工藝模擬包含模擬環(huán)境營造﹑設(shè)置裝配工藝﹑裝配模擬與完善等環(huán)節(jié)，具體模擬能夠從裝配路徑與裝配順序模擬﹑裝配干涉模擬﹑人機(jī)工程模擬方面著手：①裝配路徑與裝配順序模擬。要根據(jù)產(chǎn)品的資源﹑結(jié)構(gòu)﹑工藝指令等數(shù)據(jù)，把裝配辦法﹑裝配路徑與順序等在模擬裝配條件下動(dòng)態(tài)實(shí)現(xiàn)，組織視覺觀察，可以實(shí)時(shí)檢測裝配環(huán)節(jié)工裝﹑配件的碰撞和干涉現(xiàn)象，經(jīng)優(yōu)化調(diào)整能提高裝配路徑與順序的科學(xué)性；②裝配干涉模擬。為防止機(jī)械裝配環(huán)節(jié)產(chǎn)生干涉﹑碰撞現(xiàn)象，必須嚴(yán)格組織裝配干涉模擬，可以更好保證產(chǎn)品和工藝規(guī)劃科學(xué)性[4]。碰撞干涉檢測通常根據(jù)不同裝配零件的位置干涉現(xiàn)象展開，是否有高科學(xué)性的產(chǎn)品容差分配也是檢測核心，動(dòng)態(tài)干涉檢測還要注意工件活動(dòng)包絡(luò)體；③人機(jī)工程模擬。根據(jù)人性化觀念，人機(jī)工程模擬要對裝配環(huán)節(jié)零件可視化﹑工具可達(dá)性﹑員工姿態(tài)舒適度﹑工作空間開敞性等進(jìn)行模擬研究，由此保證裝配環(huán)節(jié)的人性化﹑科學(xué)化。在高質(zhì)量的飛機(jī)裝配工藝模擬支撐下，有效改進(jìn)裝配路徑與順序﹑工裝構(gòu)造﹑裝配方法﹑加工線分布，零件裝配環(huán)節(jié)的裝配效率提高﹑工作強(qiáng)度合適﹑人機(jī)環(huán)境較好﹑工藝指令科學(xué)等目標(biāo)就能有效實(shí)現(xiàn)。

簡而言之，提升機(jī)械裝配生產(chǎn)效率表明了提升機(jī)械設(shè)計(jì)質(zhì)量與加工手段，使得機(jī)械零件生產(chǎn)精度與配合精度更加嚴(yán)格[5]。為確保機(jī)械裝配環(huán)節(jié)元配件生產(chǎn)滿足設(shè)計(jì)規(guī)定和加工要求，員工堅(jiān)持實(shí)事求是宗旨積極改變傳統(tǒng)工作觀念，盡可能縮短選配﹑修配和焊配等順序使用時(shí)間，依靠機(jī)械裝配作業(yè)流水線大幅度提升裝配效率。另外，因?yàn)闄C(jī)械裝配工藝規(guī)范性和科學(xué)性是提升裝配效率的重要保障，能將之看作飛機(jī)制造廠提高市場競爭力的重要手段，是推動(dòng)企業(yè)進(jìn)步主流趨勢。

4 結(jié)束語

經(jīng)上述分析，了解到飛機(jī)制造廠生產(chǎn)管理能力代表了國內(nèi)制造業(yè)科技水平和發(fā)展前景，而當(dāng)前國內(nèi)制造業(yè)還有很多問題尚待處理，行業(yè)發(fā)展局勢比較嚴(yán)峻，需要飛機(jī)制造廠借助現(xiàn)代化科技力量提高軍用飛機(jī)批量制造能力加速軍用飛機(jī)研發(fā)進(jìn)度。所以，飛機(jī)制造廠大力引入全球高水平飛機(jī)加工工藝改變傳統(tǒng)管理觀念，把機(jī)械裝配工藝作為保障飛機(jī)制造廠裝配質(zhì)量的基礎(chǔ)條件，充分運(yùn)用現(xiàn)代科技，開闊眼界，加快地推進(jìn)國內(nèi)各個(gè)行業(yè)的研制，并不斷提升大規(guī)模的生產(chǎn)水平，壓縮加工成本投資為企業(yè)創(chuàng)造大量經(jīng)濟(jì)收益。