對于飛機數字化裝配技術體系研究

鄭瑋

摘 要：飛機的數字化裝配技術體系關系到很多領域各種學科的綜合研究和運用，通過加深飛機數字化裝配技術體系的建設和研究，實現飛機數字化裝配技術的突破，構建飛機數字化裝配設備，就能夠從根源上重新定義我國把二維圖紙工藝規劃措施作為基礎的現狀，同時能夠切實地提升裝配過程的時效性；從根源上改變我國目前航空設施在裝配連接時大體上由工人手工操作完成的現狀，有效地提高了生產效率，減少了協調的環節。

關鍵詞：數字化技術；飛機裝配

中圖分類號：V262.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）2-0047-02

通過強化數字化裝配技術在飛機制造體系中的發展和應用，從而實現在數字化協同工作環境中進行數字裝配工裝與數字模型裝配件的虛擬裝配，從而真正地實現了并行數字化裝配工藝設計，實現了飛機的過程虛擬裝配，通過將數據傳遞到組裝信息管理系統，使飛機裝配的信息自動管理，這樣可以很大程度上提高飛機的裝配質量，縮短飛機裝配的周期，促進飛機制造技術的不斷發展，實現自動化管理。

1 國內外飛機裝配技術現狀

由于中國的科學技術發展時間比較短，導致一些精密的技術運行效果差。在飛機的制造裝配過程中，治理方法也存在一些不足。雖然中國一直采用計算機輔助經緯儀和先進的激光跟蹤技術等設施，但安裝過程中很少使用更先進的安裝和設計技術，盡管在一定程度在做到了簡化處理，結構比較清減。但是，同發達國家相比，還是存在一定差距，下面列舉一些我國飛機裝配技術中的不足現象以及產生這種現象的原因：

①由于我國對飛機裝配技術的研究時間不長，一些應用還不夠成熟。而且我國對飛機裝配技術的資金投入也不到位，導致飛機裝配技術的配套不夠完善，在某些方面缺乏技術支持。一些飛機的裝配制造甚至還是手工作業，嚴重影響了飛機裝配的質量和效率，安全性和穩定性。

②飛機的設計制造還沒有做到全面改革，部分飛機裝配設計還在使用串行模式生產加工，使得部分技術功能存在局限性。

③對整個社會而言，科技水平在不斷進步，數字化處理技術已成為飛機制造過程的基本需求。然而，我國在飛機裝配過程中對數字技術的應用仍然是小規模的形式，一些設計生產過程采用數字化技術的效果不明顯。

④雖然目前我國在各個方面已經做到數字化信息的傳遞，但在某些領域還處于孤島現象，對于模擬傳輸仍然不能得到適當有效的解決方案。飛機裝配數字化設計過程中的生產線不能夠正常運行，對飛機裝配的施工的執行有一定的影響。

⑤裝配過程和工藝設計與產品設計脫節，沒有充分實現并行工程，導致飛機裝配完成后協調困難，造成返工率高的現象；

⑥在裝配技術方面，盡管部分使用數字技術，比如在協調方式上部分采用了數字化傳遞方式，但大多數企業的飛機制造過程還是采用模擬傳輸的方法。

⑦目前飛機裝配的主要手段還是采用專用工裝裝配并安裝光學儀器來測量，沒能實現在數字化裝配技術的新突破，從而使得飛機制造成本居高不下。

⑧由于數字技術沒有被廣泛使用，導致在現場工作的裝配人員，還是時不時翻閱設計圖紙和技術文件，增加了生產制造的周期。而且由于工作模式的繁瑣，導致質量不能得到保證，經常出現裝配錯誤的問題，對飛機整體的安全性和穩定性產生不利的影響。

2 飛機數字化裝配關鍵技術

2.1 數控柔性裝配定位技術

柔性裝配定位設計的基準和目的是柔性定夾持及定位技術，因為一般飛機的組織結構件尺寸和形體都不太小，組成構成也比較繁瑣，這致使定位件或夾緊件之間的配合會受到很多制約。而飛機的零部件大部分是薄壁型零件，在組成和裝配過程中極容易發生各種形式的裝配變形。所以，為了保證飛機零部件裝配的準確程度，需要設計和研究一種恰當的定位方法，用來提升定位準確性和反復定位精度。

2.2 自動化精密制孔技術

飛機裝配領域中的連接基本上都是機械連接，把螺栓和鉚釘固定作為主要方式，連接之前一定要打孔。因為我國目前在飛機裝配領域內依舊是用人工打孔的方式，打出孔的好壞程度受到工人水平的影響，致使孔的質量高低不均，不能夠確保裝配的準確度，而且裝配時效率不高，對產品的最終穩定性有一定影響。其裝配連接的質量好壞對產品構成抗疲勞性以及可靠性都會產生最直接的影響。與此同時，伴隨著復合材料結構在飛機制造領域中的應用更為廣泛，促使國內的飛機裝配連接質量，研發周期，產品功能效用等都有了明顯的提升。

在裝配的設計和方式領域中，針對金屬結構的打孔我們已經累積了很多的工藝方法，形成了完善和規整的工藝流程，而針對復合材料結構件的打孔并沒有形成與之相匹配的裝配工藝體系。因此，飛機數字化裝配自動化精密制孔技術的要求如下：復合材料、鋁合金、復合疊層結構制孔的切削時速、刀具參數、冷卻方式、進給量等工藝參數的試驗和優化設計技術；小空間內的精密打孔技術；復合疊層結構制孔執行器輕型化研發和精準定位；依據飛機產品裝配的特定形式，研發自動精密打孔設備。

2.3 高效長壽命連接技術

隨著對飛機可靠性和耐久性要求的不斷提高，長壽命連接技術受到越來越多的重視，尤其是在大型飛機的研制過程中。干涉配合已成為延壽技術的主要方法，可以提高結構的疲勞壽命，國內外好多飛機制造過程中都采用大量的干涉配合緊固件。例如伊爾86上使用的各種干涉配合螺栓多達34 400個，空客A320機翼壁板，僅鈦合金的干涉螺栓就有11 000個。目前我國涉及緊固件的配合通常使用錘擊打入或者是液壓壓入的方法，這些傳統的方式很容易導致緊固件的膨脹或強度，致使安裝變得極為困難；對于具有較大干涉量的緊固件，用打入的措施極其容易對孔壁造成傷害，最終導致飛機使用壽命的簡短。因此，飛機數字化裝配高效率長壽命連接技術的技術要點如下：支持長壽命連接、密封連接的復合材料干涉螺接、干涉鉚接技術；裝配過程中非小尺寸的裝配件和裝配結構變形分析的技術；根據飛機產品裝配的特點，開發飛機高效長壽命的連接單元；鈦合金高鎖螺栓、鈦合金鉚釘連接技術。endprint

2.4 大尺寸精密測量技術

飛機測量系統的可靠性和精準性是其數據保證裝配時的數字化，數字量調整和配合的基礎數據是測量數據，要實現數字化裝配定位、制孔、連接，需要高精度的測量方法。有尺寸大、精度高是飛機產品的顯著特點，所以，就對測量技術和測量系統提出了非常高的要求。精密測量包含以下幾個方面：開發適合飛機產品特點的大尺寸精密測量單元；激光與iGPS測量的綜合測量方法；針對數字化裝配過程的跟蹤測量方法；對于飛機總體裝配的iGPS 測量方法。

2.5 多系統集成控制技術

盡管飛機數字化裝配的根本是操作控制系統，但是在飛機數字化裝配的實施過程中，也存在著與裝配有關的許多系統，例如，設計數據，工藝數據，測量數據，位置數據，鉆孔數據等存在著互相作用和互相協調的關系，然而實現交互與協調則需要多系統集成操作控制技術作為基礎，主要有以下幾點：針對實時測量反饋的在線控制技術和三維數模的離線控制；開發滿足飛機數字化裝配系統特點的多系統集成控制單元；集成接口技術和處理數據標準；動態補償設備精度的誤差。

3 有效建立飛機數字化裝配標準及其規范

作為與飛機數字化裝配工藝有關技術總結和數字化裝配技術規范和依據，不但能夠對飛機制造企業進行數字化裝配實施有指導作用，而且是連接理論研究、基礎技術研究轉化為生產應用的樞紐，所以需要研究相關的飛機數字化裝配技術標準與規范，從而保障飛機數字化裝配體系的順利實現，更積極地為我國數字化裝配以及數字化裝備自主研發能力的提升、實現創新知識產權和技術成果的推廣起到關鍵作用，具體包括三大標準和類別的飛機數字化裝配流程。規范裝配操作類標準：長壽命連接、規范集成控制技術、數字化測量技術、數字化裝配容差分配技術以及數字化柔性定位；規范設計類標準：規范不同類型零組件的建模，針對三維標注方法手冊，規范數字化裝配的飛機結構設計；規范工藝類標準：針對數字化裝配工藝體系的規劃和研究的相關技術、飛機數字化裝配仿真技術以及數字化柔性定位、自動化精密制孔進行規范。

4 飛機數字化裝配技術的應用

為了實現對一些特定零組件的裝配，需要數字化裝配系統許多種先進數字化裝配技術共同工作，從而構成了一個數字化裝配系統。作為以數字化裝配技術為支撐的數字化裝配系統，在光學檢測與補償技術、數字化裝配技術及工裝技術及數字化集成控制技術的整體應用上都有所體現。

①在飛機設計階段，裝配零件和裝配工裝的特性，以及相互之間的裝配特點被輸入到系統服務器里。通過裝配集成控制系統可以共享數據，進而源源不斷的分析優化這些這些特征信息，從而不斷完善工裝和零件以及他們裝配的特征。

②若干柔性夾具和機械隨動定位裝置是數字化柔性裝配工裝所包含的。為了適應不同的車型，但在尺寸上有很多相似之處的零件，需要更改一些專用的夾具和卡板。因此只需更換一些專用夾具組件和卡板就可以在各種工裝平臺進行組裝。

③為了對設計制造過程進行全面的監控和測量結果的及時反饋，需要在飛機裝配技術應用中，綜合使用光學測量儀器和，機械隨動定位裝置。為了在一定程度上使定位更加精準，保證飛機裝配穩定性，需要利用以上技術定位零件及工裝，并對閉環控制實行定位。

④實施飛機數字化裝配技術是飛機裝配過程的運行和信息技術強有力后盾，使控制更加科學性。裝配過程的缺陷也能夠得到有效地改善，使飛機裝配過程的效率顯著提高，保證裝配質量，從而為快速發展和殘酷的市場競爭提供有力的保障，使飛機結構的穩定性和可靠性得以實現。

總之，飛機的數字化裝配技術體系是包含很多領域和學科的整體研究和應用，通過深入研究飛機數字化裝配技術體系，實現飛機數字化裝配技術的突破，構建飛機數字化裝配設備，就可以從根源上改變我國基于二維圖紙的工藝規劃措施，同時可以有效地提高裝配效率；改變我國目前航空產品在裝配連接時大體上由工人手工操作的狀況，有效地提高了生產效率，減少了協調的環節。

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