航空發動機數字化裝配技術

高君　饒志鋒

摘 要：近年來，隨著航空事業的不斷創新與發展，很大程度上對我國國民綜合實力的增強有著不可忽視的重要影響。但與此同時暴露出來的問題也越來越多，尤其是針對航空發動機在裝配技術上存在的缺陷則需要相關部門及工作人員引起足夠的重視，從而逐漸改善傳統裝配技術在裝配過程中存在的不足，進而提高質量。下面文章則針對裝配技術利用數字化技術所取得的發展及成就進行簡要分析，并就其存在的問題深入探討，從而從根本上改善我國航空發動機在裝配技術等方面存在的問題，真正意義上推動我國航天事業的可持續快速發展。

關鍵詞：航空發動機；數字化裝配；工藝；技術

中圖分類號：V263.3 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）35-0158-02

Abstract： In recent years， with the continuous innovation and development of the aviation industry， the enhancement of our national comprehensive strength， to a large extent， has an important impact that can not be ignored. But at the same， more and more problems are exposed， especially technology defects of aeroengine assembly need relevant departments and staff's enough attention， so as to gradually improve the shortcomings of traditional assembly technology in the assembly process as well as the quality. The following paper briefly analyzes the development and achievement of assembly technology using digital technology， and deeply discusses the existing problems， so as to fundamentally improve the problems existing in the assembly technology of aeroengine in our country. In a real sense， this promote the sustainable and rapid development of China's aerospace industry.

Keywords： aeroengine； digital assembly； process； technology

航空發動機的使用在航空機械制造中有著至關重要的作用。尤其是現階段隨著航空事業的發展對其各項參數的穩定運行都提出了更高的要求，在航空發動機運行過程中如何將有效的信息參數運用其中并提高其運行效率及相關工藝的可靠性也是發動機亟待面臨的解決重要問題。從某種意義上來講，航空發動機在現階段發展中，受人為因素影響較大。在裝配方面傳統的人工裝配技術已經很難滿足現階段數字化發展的需要，所以要求相關部門及人員必須針對這一問題引起足夠的重視。未來航空發動機技術將與數字化信息技術相結合，不斷創新和發展方能長久持續的推動航空事業的發展。

1 傳統發動機裝配技術存在的主要問題

從某種意義上來講，傳統發動機裝配技術主要存在以下四個方面的問題：第一，裝配多為采取人工方式進行完成作業，這在很大程度上則增加了錯誤裝配的概率，極易出現漏裝或是錯裝的現象，進而影響發動機的正常使用；第二，精準度不高。因多數裝配工藝都是由人工而完成，這就會增加裝配過程中的人為誤差率，導致精準度不高，甚至較大的誤差則會影響發動機的正常運作，嚴重時還將損害相關機械設備；第三，因裝配人員在一定程度上其專業程度及工藝技巧熟練程度都存在著較大的差距，這就導致裝配中會出現極大的工作差異，也會出現相同型號的裝配由于裝配人員的不同而出現各種質量問題，最終影響發動機的正常使用；第四，精密儀器損壞率高。在進行發動機裝配時，不僅對精密儀器有著加高的要求，此外對操作人員的裝配標準也是有著較高的要求。從精密儀器的使用以及裝配的工藝流程上都要求相關操作人員必須熟練掌握相關技巧，絕對不能以次充好，影響發動機的性能。

2 數字化裝配的關鍵技術

2.1 虛擬裝配技術

虛擬裝配作為虛擬制造的重要組成，在整個操作過程中，可以通過對虛擬結果的監測內容對裝配過程中可能出現的問題進行及時調整和修改。可視化最大的優勢則是可以通過模擬的方式來完成對整個裝配工藝的監測。其中主要體現在數值計算、裝配工藝規劃、工作面布局、裝配操作模擬等方面。現在產品的制造正在向著自動化、數字化的方向發展，虛擬裝配是產品數字化定義中的一個重要環節，利用虛擬裝配技術，可以實現裝配過程的動態仿真，生成裝配工藝規劃，在裝配過程仿真的基礎上，建立優化的車間布局。

2.1.1 虛擬裝配系統結構建立

虛擬裝配系統是一個基于通用虛擬現實的用于指導產品設計及實際裝配過程的軟硬件集成的系統。虛擬裝配環境中利用CAD系統的零件的幾何模型、零件的物理特征信息、零件的公差信息輸人到虛擬裝配系統，生成虛擬裝配系統需要的虛擬零件模型及虛擬工具模型。用戶利用虛擬外設在虛擬環境中生成虛擬手及視點等實現視點跟蹤、手勢識別及聲音識別等功能，直接與虛擬裝配系統進行交互，完成虛擬裝配的操作。虛擬現實算法包括各種坐標變化及碰撞檢驗算法，多細節層次模型自動生產算法等。仿真結果輸出包括產品裝配模型、零件裝配軌跡、干涉檢查報告、裝配過程動畫和零件裝配順序文件。裝配過程動畫可以用來對裝配工人進行培訓。

2.1.2 裝配模型建模技術

對產品的三維數字化設計模型進行二次輕量化處理，對裝配體靜態結構用裝配結構的聚合關系和約束依賴關系，將工裝、工具等作為零件處理，制定對應規則，通過時序關系的構造來反映交互的過程，由此表達整體裝配體模型。這種基于時序的裝配體模型特點是繼承了經典裝配體模型的優點，通過將裝配關系進行分離和時序化，為交互過程的表達帶來方便。

2.1.3 裝配過程仿真技術

從某種意義上來講，仿真技術主要涉及兩方面的內容：一是可裝配性分析；二是裝配精度分析。在仿真技術的初級階段多半采取第一種技術來完成對裝配過程中可能出現的問題進行診斷，從而驗證裝配設計是否符合其操作規定，進而針對問題第一時間做出合理判斷加以解決。而在仿真初級階段過后，隨著裝配工藝的不斷加深，則對其產品零部件的裝配工藝各零部件之間的可行性都有了新的要求和標準，這就需要對裝配精度進行分析，做出合理判斷。

2.2 裝配工藝過程數字化柔性設計

2.2.1 實體建模技術

從理論上來講，實體建模技術對其裝配尺寸要求較為嚴格，所以要想實現實體建模技術，則必須對裝配尺寸做到精確了解。基于主模型對尺寸的要求來進行快速建模，這也是實體建模技術與其他技術的不同之處，一定程度上依據尺寸完成的建模要求大大提高了裝配的質量，減少了誤差。

2.2.2 工藝過程設計技術

航空發動機在裝配前必須對其裝配工藝特點進行研究分析，要了解不同發動機型號裝配的特點及技巧。在進行裝配前，設計人員要設計出合理的裝配方式，這樣不僅一定程度上可以減少對零部件的浪費，還能大大提高裝配效率，節約資源，最終實現裝配技術的自動生產模式。以發動機產品三維模型設計為基礎，建立工藝件、設備、工裝、測具、量具等工藝資源庫，形成了數字化工藝設計與管理的工作模式；按照裝配單元、裝配基準和定位方法確定裝配協調方法、裝配流程，建立裝配過程仿真環境，提供裝拆路徑及其形成軌跡、防碰路徑自動探測功能，進行裝配工藝的可行性分析研究。

2.2.3 基于形位公差的裝配容差分析技術

此方法主要借助于合理的計算方式來完成相關技術的模型分析。主要是從零部件與容器差異上進行數據分析，針對不同零部件的特點進行合理容器的選擇，而不是單純的考慮容器的實用型，而是要突出容易的實效性。在容器選擇上針對不同需求選擇不同的容器進行裝配是極為重要的。

2.3 裝配工藝可視化技術

在現階段裝配工藝中，裝配人員多數是按照裝配工藝卡上面的指示及要求進行裝配，一定程度上雖說簡化了裝配工藝流程，其工作人員看圖進行裝配操作也相對簡單，但固有的文字和簡圖并不能夠完全實現裝配過程的動態處理，這就會導致在裝配過程中即便出現了問題，相關工作人員也難極易精準的判斷出來。所以采取可視化的裝配方式則大大解決了這樣的問題，并且與此同時還能夠將文字信息與二維、三維進行有效的結合，對其裝配進行整個過程的動態監測，出現問題時也能夠在第一時間解決。但此種方法并沒有廣泛應用于航空發動機裝配中，還有待于繼續研究和總結經驗，以便日后為其更好地發展奠定基礎。

3 裝配制造數字化

裝配制造從某種意義上來講，是一項比較復雜的作業工程。在進行裝配的過程中要對其工藝、工裝、檢查等作業一一熟悉，方能將新的技術合理化的融入其中，加強其研究進而提高裝配工作的生產效率和控制能力。眾所周知，航空發動機的裝配是由特殊工序的特點決定，零部件繁雜、種類較多，且多數裝配工藝是由人工作業和自動化半人工操作相互配合而完成。這就要求裝配技術人員必須熟練掌握裝配技巧，對整個過程的裝配精度要求都是比較高的。尤其是在裝配定位方面，傳統的航空發動機多半采用剛性裝配的方式進行定位或是劃線的方式進行定位，從某種意義上來講，這兩種裝配定位方式都只是適應于特定型號的發動機并不能適應所有發動機的裝配定位。所以在進行定位時，必須依據實際裝配定位的要求進行相關零部件的定制或是生產，前期需要注意的則是要對裝配工藝有所了解，做到精益求精，方能減少成本的浪費，一定程度上也會縮短零部件的生產周期，提高航空發動機的精準度。不僅如此，隨著各種新技術的層出不窮，數字化的裝配技術方式將越來越被應用到航空發動機的裝配技術中，進而增強發動機運行的穩定性。

4 結束語

從上文分析得知，航空發動機通過數字化裝配技術的改進可以大大提高裝配的生產效率，全面提升航空發動機的綜合作用能力，這對于航空發動機而言是極為重要的。所以在未來的航空發動機發展及研制過程中，可以針對此項技術進行深入的研究和探討。希望通過該文章的簡短介紹可以為相關工作人員提供一定的參考意見，進而為發動機的設計及制造提供資料支持。不僅如此，建議其相關工作人員要不斷加強創新能力，針對現階段我國航空發動機的發展現狀不斷學習國外先進的科學技術和理論知識為實現航空發動機全面數字化的集成作業而積累經驗，針對存在的問題第一時間進行研討，提出可行性的解決方案，方能持續的推動我國航空發動機的發展。

參考文獻：

[1]徐延鋒.航空發動機裝配數字化關鍵技術研究與實現[D].西安：西北工業大學，2006.

[2]薛文濤.數字化裝配建模技術研究[D].南京：南京理工大學，2004.

[3]希瑟·鮑德溫，文修.發動機零件維修技術及商務現狀[J].航空工程與維修，2001（5）：48-50.