飛機數字化裝配中壁板對接及機身調平技術研究

劉航

【摘 要】隨著自主研發與制造大型飛機項目的順利開展，引進國際化航空先進制造技術的同時，我國大型飛機數字化裝配技術得以快速發展。大型飛機具有壁板組件曲面復雜、結構尺寸大、空間較開敞、氣動布局穩定性和組件裝配質量要求高等特點，對先進裝配技術的需求迫在眉睫?；诖?，本文主要對飛機數字化裝配中壁板對接及機身調平技術進行分析探討。

【關鍵詞】飛機數字化裝配；壁板對接；機身調平技術

0 前言

飛機數字化裝配以數字量作為產品定位與協調的依據，一般由激光跟蹤儀、激光雷達等數字化測量設備實現對飛機部件的姿態測量，通過數控定位器組的協同運動實現對飛機部件的入位支撐、調姿與對接，由機器人或數控鉆鉚機實現對壁板的自動化鉆鉚，由數控機床完成對接交點孔的精加工。多個子系統或設備協同工作，共同實現飛機產品的調姿、對合、鉆鉚、精加工、質量檢測等工藝過程。

1 壁板組件裝配先進工藝設計系統

目前在大型飛機新型號研制中，裝配工藝設計采用MBD技術，即通過三維模型表達設計意圖，在三維模型上標注尺寸、定義公差、注釋加工信息等，取消傳統的二維圖樣。針對飛機壁板組件裝配工藝而言，由于壁板、長桁及隔框等零組件裝配曲度大、結構開敞等自身特點，單純通過二維圖紙和傳統的三維數模表達很難完成裝配工藝規劃的準確實施，而壁板組件裝配工藝又是分塊壁板對接及飛機大部件對接裝配的關鍵環節，其裝配工藝設計與精確的實施較重要。新型號飛機壁板裝配先進工藝設計改變傳統的剛性工裝裝配產品的工藝流程設計或采用典型的剛性工裝對壁板預裝配，使用自動鉆鉚機完成壁板組件鉚接裝配。采用基于PDM一體化三維工藝設計方案，實現基于MBD的壁板組件裝配工藝規劃、詳細設計及指令開發，使得裝配工藝流程設計通過MBD技術一體化集成平臺完成。

新型號飛機壁板裝配先進工藝（圖1）采用預裝配與全自動鉆鉚機相結合的工藝流程方案，基于PDM的一體化三維工藝設計采用三維CAPP系統作為先進裝配工藝方案的編制工具，三維CAPP編制的壁板組件裝配工藝界面包括壁板零組件及工藝裝備結構化參數信息、裝配工藝流程、裝配輕量化模型、裝配使用柔性工裝及自動鉆鉚機型號、實物圖片及容差分配的方式等可視化信息通過PDM系統平臺集成管理。

壁板組件裝配先進工藝設計系統主要包括工藝設計軟件，裝配工藝設計數據采集、流程管理及與三維CAPP、MES與ERP的集成系統。通過PDM集成系統完成工藝流程設計，工藝數據采集系統對裝配工藝數據進行EBOM管理，將采集的數據進行PBOM/MBOM/AO/FO數據管理，完成工藝流程仿真干涉檢驗，將問題反饋至工藝設計更改系統進行修改，設計更改PBOM時PDM系統能夠自動提示工藝編制人員進行工藝優化修改。壁板組件工藝設計人員可從PDM系統直接啟動工藝編輯環境進行編輯工作。

圖1 壁板組件裝配先進工藝設計

2 我國飛機工裝設計制造技術的發展方向

2.1 飛機工裝設計制造的柔性化

現階段，一些發達國家的航空企業在飛機工裝設計制造過程中采用柔性裝配技術進行飛機工裝的加工和生產，這種柔性裝配技術使得工裝生產準備周期大大縮短，并有效減少了飛機工裝的制造成本，促進飛機制造產業能夠獲得更高的經濟效益，可以說，飛機工裝柔性化制造是一項較為成熟、先進的制造技術[3]。作為柔性裝配體系中的重點工作，柔性裝配工裝主要通過產品數字量尺寸協調系統的運轉來實現裝配模塊的自動化和重組化，同時，這種方式能夠省去專用裝配夾具或型架的應用，大大減少了飛機工裝的制造成本，使得飛機工裝生產準備時間明顯縮短。

2.2 飛機工裝設計制造的數字化

在飛機工裝設計制造過程中，工裝數字化主要涉及設計、制造、檢測等內容。飛機工裝數字化設計是根據三維數字化情境對飛機結構零部件及其預裝配工作進行數字化處理。同時，飛機工裝模型設計也在一定程度上實現了數字化，其主要特征型面以及交點互換協調方面應用了數字化技術。另外，在工裝檢測方面，數字化技術的應用能夠對設計制造環節進行檢驗。在傳統飛機工裝制造過程中，標準樣件工作法和模線樣板工作法均是較為常用的方法，通過模線樣板工作將標準量規當作其制造與協調的主要參考，進而對其進行制造和加工，直至完成工裝裝配。現階段，我國飛機制造行業仍然采用模擬量傳遞協調系統，并且以模線樣板以及標準樣件為飛機工裝加工的主要依據。

2.3 飛機工裝研究制作的速度化

就目前飛機工裝制造情況來看，我國飛機主機生產廠家在其發展過程中亟待解決的問題就是工裝研發制造的速度問題，加快工裝研發與制造的速度對緩解工裝設計加工生產壓力具有較為顯著的作用，是打破飛機工裝設計制造瓶頸的重要途徑。加快飛機工裝研發與制造的速度主要從工裝設計和工裝制造兩個方面著手，促進其設計速度與制造速度得到顯著提升。在設計方面，技術裝備部門應該建立一個快速設計的數據庫，通過建立各種快速設計的數據庫促進飛機工裝設計效率得到明顯提升。在制造方面，技術裝備部門應該根據飛機工裝典型結構展開詳細的分析，進而對工裝的新型結構進行標準化和模塊化的研究工作，促使工裝標準結構的加工制造能夠提前完成，為大大提升工裝生產、裝配的速度創造較為有利的條件。

3 結語

大型飛機壁板組件先進裝配技術與裝備的應用，突破了壁板組件裝配高度柔性化工藝裝配的研制技術，提高了壁板組件裝配的生產效率和裝配質量。

【參考文獻】

[1]靳江艷，黃翔，盧鵠，等.飛機設計域向工裝域映射機理研究[J].航空學報，2012，33：2330-2337.

[2]劉善國.先進飛機裝配技術及其發展[J].航空制造技術，2006，10：38-41.