數(shù)字化柔性裝配的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

摘 要：數(shù)字化柔性裝配的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是一種新型的飛機(jī)裝配設(shè)計(jì)方式。通過該項(xiàng)技術(shù)可以很好的促進(jìn)飛機(jī)裝配和制造活動(dòng)的開展。文章通過對(duì)數(shù)字化柔性裝配飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)闡述，分析了數(shù)字化柔性裝配設(shè)計(jì)的相關(guān)方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；柔性；裝配；設(shè)計(jì)

1 數(shù)字化柔性裝配的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概述

介于飛機(jī)制造的裝配工作周期長(zhǎng)、占用場(chǎng)地大、工作量大以及工作效率低等特點(diǎn)，在現(xiàn)階段的飛機(jī)制造過程中，如何減小飛機(jī)裝配工作量以及裝配難度、縮短飛機(jī)裝配時(shí)間、提高飛機(jī)裝配質(zhì)量等是飛機(jī)制造行業(yè)主要考慮的問題。隨著科技和航空產(chǎn)品制造技術(shù)的發(fā)展，一些國(guó)外先進(jìn)航空公司提出了飛機(jī)柔性裝配概念。與傳統(tǒng)裝配技術(shù)相比，該裝配技術(shù)適用范圍更加廣泛，裝配過程更加簡(jiǎn)化，只需較少的勞動(dòng)力，同時(shí)能夠保證良好的裝配質(zhì)量。數(shù)字化柔性裝配技術(shù)的工作原理是：通過飛機(jī)數(shù)字化的設(shè)計(jì)，進(jìn)行飛機(jī)裝配的數(shù)字量傳遞，通過結(jié)構(gòu)化的裝配工藝技術(shù)和工裝設(shè)計(jì)制造技術(shù)以及數(shù)字化定位和檢測(cè)技術(shù)等，充分結(jié)合柔性裝配技術(shù)的需求以及特點(diǎn)，進(jìn)行飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配。

2 數(shù)字化柔性裝配的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)

該技術(shù)是通過數(shù)字化的飛機(jī)設(shè)計(jì)來對(duì)飛機(jī)進(jìn)行數(shù)字化的裝配。在進(jìn)行飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的環(huán)節(jié)中，通過對(duì)裝配過程中可能出現(xiàn)問題的綜合考慮，真正確保飛機(jī)在裝配過程中能夠快速、高效、優(yōu)質(zhì)地實(shí)現(xiàn)裝配。數(shù)字化柔性裝配的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)主要包括以下方面：

2.1 分析飛機(jī)的裝配結(jié)構(gòu)以及裝配性能

對(duì)飛機(jī)裝配結(jié)構(gòu)的分析就是在飛機(jī)設(shè)計(jì)過程中對(duì)飛機(jī)可裝配性的分析。飛機(jī)裝配性能分析需要在飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成之后進(jìn)行，通過對(duì)分級(jí)結(jié)構(gòu)的裝配性能分析來幫助改進(jìn)飛機(jī)裝配結(jié)構(gòu)，從而滿足飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配的要求。

2.1.1 對(duì)飛機(jī)采用模塊化方式進(jìn)行設(shè)計(jì)。可以在設(shè)計(jì)前對(duì)飛機(jī)的各個(gè)組成部分進(jìn)行分析，了解飛機(jī)各個(gè)部位的特征以及屬性，然后根據(jù)分析對(duì)飛機(jī)進(jìn)行模塊化的設(shè)計(jì)，從而方便飛機(jī)的裝配工作。

2.1.2 采用整體性的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為了方便飛機(jī)的裝配工作，需要減少飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的零部件以及組件的數(shù)量，盡量采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。

2.1.3 促進(jìn)設(shè)計(jì)的多功能化。可以采用一些多用途零部件來進(jìn)行飛機(jī)的裝配，通過多用途零部件的作用來簡(jiǎn)化飛機(jī)裝配的工作量。

2.2 運(yùn)用三維數(shù)字化模型預(yù)裝配以及裝配虛擬仿真等技術(shù)

通過三維模型數(shù)字化預(yù)裝配技術(shù)可以對(duì)飛機(jī)進(jìn)行相關(guān)的檢驗(yàn)以及分析，確保飛機(jī)的可裝配性。同時(shí)，利用零部件的三維造型和對(duì)產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理等方式可促進(jìn)飛機(jī)結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)、整個(gè)飛機(jī)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程以及零部件的檢查等活動(dòng)，確保設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的有效性和準(zhǔn)確性，減少飛機(jī)裝配過程中的更改等問題。同時(shí)，借助虛擬環(huán)境和三維數(shù)字化模型進(jìn)行飛機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)，可以對(duì)飛機(jī)的部件對(duì)合以及飛機(jī)設(shè)備的安裝進(jìn)行仿真模擬，通過對(duì)實(shí)際裝配過程的模擬，對(duì)飛機(jī)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行檢驗(yàn)，確保飛機(jī)安裝的順利進(jìn)行。

2.3 柔性裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

進(jìn)行柔性化的飛機(jī)裝配，需要對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)中的相互位置關(guān)系進(jìn)行合理的空間定位以及檢測(cè)工作。例如，進(jìn)行無型架的裝配時(shí)，需要運(yùn)用激光準(zhǔn)直定位技術(shù)，這就需要進(jìn)行飛機(jī)上的激光定位孔系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。所以，在進(jìn)行飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合柔性裝配結(jié)構(gòu)的功能特征來進(jìn)行，以方便飛機(jī)柔性裝配定位以及檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)。

2.4 裝配公差的分析和綜合

裝配公差的分析和綜合是以對(duì)飛機(jī)裝配形位精度的控制為目標(biāo)的，并且建立在飛機(jī)裝配結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)之上，通過人機(jī)交互來進(jìn)行飛機(jī)裝配公差封閉環(huán)的確定，然后根據(jù)對(duì)約束圖的求解就可以準(zhǔn)確的得到飛機(jī)的裝配公差組成環(huán)，通過尺寸鏈的生成來提取飛機(jī)裝配尺寸和裝配公差信息。此外，還可以利用“補(bǔ)償環(huán)”設(shè)計(jì)以及在飛機(jī)裝配中進(jìn)行統(tǒng)一狀態(tài)控制和測(cè)量等方法減少飛機(jī)裝配誤差，提高飛機(jī)裝配的精度。

3 數(shù)字化柔性裝配飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要素

3.1 對(duì)結(jié)構(gòu)裝配定位點(diǎn)的合理選取

對(duì)飛機(jī)裝配進(jìn)行定位點(diǎn)設(shè)計(jì)是為了減少裝配的制造環(huán)節(jié)，同時(shí)也可以保證零部件的外形及性能。因此，需要飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員以及裝配作業(yè)人員共同進(jìn)行裝配定位點(diǎn)的選取和確定。實(shí)際操作過程中，需要注意對(duì)蒙皮類薄壁組件以及框、肋類組件的定位點(diǎn)選取。

3.2 飛機(jī)裝配中的自動(dòng)制孔鉚接結(jié)構(gòu)

不同于傳統(tǒng)的手工鉚鉆方式，數(shù)字化柔性裝配飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中采用自動(dòng)裝配制孔技術(shù)進(jìn)行飛機(jī)裝配，通過自動(dòng)化的鉚鉆方式、對(duì)裝配連接件校正基準(zhǔn)孔和預(yù)定位孔的準(zhǔn)確合理布置，提高了飛機(jī)裝配效率和裝配精度。

3.3 飛機(jī)分離面的劃分以及結(jié)構(gòu)開敞性

飛機(jī)的分離面分為設(shè)計(jì)分離面以及工藝分離面兩部分。進(jìn)行柔性裝配工藝需要對(duì)飛機(jī)分離面進(jìn)行合理劃分。在具體設(shè)計(jì)中，對(duì)飛機(jī)分離面的劃分要做到便捷性、規(guī)范性、通用性以及開敞性的綜合協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

3.4 飛機(jī)裝配過程中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

數(shù)字化柔性裝配技術(shù)對(duì)飛機(jī)裝配的精度要求比較高，因此對(duì)飛機(jī)裝配過程的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)十分重要。具體需要考慮以下幾點(diǎn)：

3.4.1 需要注意考慮飛機(jī)零部件在制造以及裝配過程中的力學(xué)性能變化問題。在飛機(jī)零件的制造和裝配過程中，需要注意環(huán)境溫度因素，還需要對(duì)零部件的連接狀況以及重力因素進(jìn)行考慮，減少制造和裝配過程中零部件外形和尺寸的變化，減少誤差，確保裝配以及飛機(jī)使用過程中零部件的性能。

3.4.2 需要對(duì)飛機(jī)裝配中不同連接方式測(cè)量基準(zhǔn)進(jìn)行分別考慮。例如，對(duì)半硬殼式機(jī)身段和活動(dòng)面之間的對(duì)接；對(duì)機(jī)翼和機(jī)身之間的對(duì)接等。針對(duì)不同的飛機(jī)裝配和連接方式，測(cè)量工作需要采取不同的標(biāo)準(zhǔn)。

3.4.3 需要注意不同的制造工具以及裝配設(shè)備對(duì)飛機(jī)零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不同要求。數(shù)字化柔性裝配方式需要運(yùn)用新型制造和裝配工具，從而適應(yīng)飛機(jī)制造發(fā)展的需求。

4 結(jié)束語

飛機(jī)制造是一項(xiàng)系統(tǒng)化的工程，需要較高的技術(shù)水平，對(duì)零部件制造工藝與裝配工藝都有較高要求。通過數(shù)字化柔性裝配的飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以解決現(xiàn)階段飛機(jī)裝配過程中遇到的很多難題，簡(jiǎn)化飛機(jī)裝配工序，提高飛機(jī)裝配效率和裝配質(zhì)量，從而促進(jìn)飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：陳建平（1972，6-），男，籍貫：貴州，單位：中航通飛研究院，職稱：副高，研究方向：飛機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。