大型飛機部件數字化對接裝配技術研究

吳江瓏 楊強

摘要：為了克服大型飛機部件對接裝配過程中的難度，相關研究人員建立了先進數字化技術的柔性裝配技術體系。本文根據以往工作經驗，對傳統飛機大部件對接裝配的缺點及工作站原型系統進行總結，并從數字樣機的裝配過程仿真、基于數字化標準工裝的數字化協調技術、機械隨動定位裝置及控制軟件、激光跟蹤測量技術四方面，論述了大型飛機部件數字化對接裝配技術的應用。

關鍵詞：大型飛機部件數字化對接；裝配技術

前言：

飛機裝配工作具有很大難度，涉及到的專業知識也較多，在一定程度上決定著分級的制造成本和裝配質量。在傳統飛機大部件對接上，主要以剛性工裝對接為主，依靠工藝補償確保大部件之間具有較強的協調性，在精細加工之后，利用吊車裝置來完成對接工作，但這種方式的工作效率極低。為了改變這種情況，我國對數字化柔性裝配技術進行的研究和應用，并取得了很大成效。

1.傳統飛機大部件對接裝配的缺點及工作站原型系統

1.1傳統飛機大部件對接裝配的缺點

截止到目前，我國的飛機裝配工作依然以上世紀60年代的蘇聯傳統方式為主，即模線——樣板——工裝。該種方式所經歷的周期較長，裝配協調環節也較多，在不同裝配件的裝配上需要制定不同的標準，不具備較高的可變性，且成本花費較大。另外，在大部件對接裝配過程中，還有很多操作環節需要對人工進行利用。在實際操作過程中，人們需要將對接配件放在托架上，在相鄰的兩個部件之間，對接環面上一般會設置有連接孔和連接銷，在人力的推動下，促使一個部件緩緩靠近另一個部件，在所有操作完成之后，才能開展對接工作。該種操作方式具有很多缺點，由于部分飛機部件體積和質量較高，人力很難對其進行操作，降低了對接效率。除此之外，在人工操作過程中，對接面上的孔銷配合精度很難得到提升，從而在裝配工作開展過程中出現問題，更容易對疲勞度產生影響。最后，在對接裝配協調問題上，部分企業依然以原始模擬量傳遞為主，為了確保對接裝配工作順利完成，工作人員會在對接部位設計相應的工裝標準，但這樣做很輕易導致裝配周期的延長，還會將更多模擬量傳遞方式缺點暴露出來。

1.2部段對接數字化柔性裝配工作站的原型系統

在多種柔性裝配技術結合使用下，主要以共同工作為目標，最終實現對各個組件的裝配工作，這些成組的柔性裝配工作可以構成柔性裝配工作站。在該工作站工作過程中，主要以DFATS為支撐點，并將多種柔性裝配中的關鍵技術進行集成，在結構和規模上可以根據具體的工作需求進行變換，規模較大的可稱之為工作站，規模較小的可以稱之為工裝。整體來看，大部件對接柔性裝配工作站將產品各個部件按照具體的設計結構信息進行整合，對點位數據能力進行檢測，并對各個部件在空間中的位置調整，最終實現對接裝配工作的合理開展。在執行機構的作用下，定位裝置的作用也能夠全面發揮出來，除了支撐對接部段之外，更重要的是利用控制系統對驅動機構進行控制，最終實現定位位置的有效調整。而在控制系統工作過程中，主要是對軟件中發出的控制指令進行接收，帶動電機伺服來實現執行機構的完善和調整，最終實現對位置測量和目標的有機控制[1]。

2.大型飛機部件數字化對接裝配技術的應用

2.1數字樣機的裝配過程仿真

數字樣機屬于飛機輔助設計領域中的專業術語，內容以三維產品數字模型為主。在設計工作之中，設計部門會做好完整的飛機三維模型的工程數據收集工作，這其中還涉及到一些工藝信息。另外，根據具體使用用途的不同，工程數據集又可以分成3類子數據集，具體包括零件制造數據集、裝配數據集和檢驗數據集，在這些子數據集的作用下，可以將一些無關的功能信息剔除出去，為后續對接裝備技術的實施創造有利條件。由于大型飛機部段的零件尺寸較大，涉及到的零件數量較多，在利用數字樣機進行對接時，需要對裝配過程進行虛擬仿真分析，該項操作的優點如下：對于幾段之中可以互換的大型部段，人們可以通過虛擬仿真軟件來探查和開辟路徑障礙，最終得到合理的裝配序列。其次，由于對接裝配序列可能有很多種，但由于大型飛機部段的對接時間較長，工作難度也較大。為了降低工作難度，相關工作人員可以利用過程仿真對其進行模擬，最終實現對裝配序列的優化和選擇。

2.2數字化標準工裝下的數字化協調技術

在實物標工項目之中，不僅需要花費較高的制造成本，維護難度也較高，是所有生產工作的難點所在。為了解決該項問題，研究人員將DMT技術引入其中，該技術屬于數字協調技術，以三維數字模型和坐標系基準系統為主，對零件和工裝進行制造，這些產品主要應用范圍是零件生產、部件內部裝配及檢驗等。在激光跟蹤測量上，為了提升工作效果，人們可以將測量特征設置在已經被定義好的坐標系統之中。另外，利用各種軟件可以實現實時測量，并將測量后所得到的數據與三維模型中的數據進行仔細比對。從對比結果之中可以看出，從設計階段開始到對接裝配結束，整個生命周期縮短了整整10個月。由于數字化標準工裝主要來源與設計階段，需要與原計劃進行對比，從而將設計、制造等情況突顯出來。整體來看，數字標準化工裝可以對實物標準工裝進行替代，將協調作用發揮出來。但數字化標準工裝并不是實物，這其中還包括一些部位幾何形狀和尺寸數字模型，是促進工藝生產的重要依據[2]。

2.3機械隨動定位裝置及控制軟件

在具體的飛機部段對接工作中，機械隨動定位裝置屬于自動化控制下的高精度裝置，由于使用對象不同，其結構和工作方式也存在不同。執行機構屬于機械隨動定位機構，以自動控制方式為主，可實現對定位機構的有效調整，而在驅動機構的帶領下，可有效實現部件的定位等工作。總的來說，裝配定位工作主要包括硬支柱和吸盤兩種形式，二者在工作時均由計算機來指揮。另外，為了提升定位的精準程度，傳感技術的應用不能被忽視。柔性裝配工作站也可以和其他工藝需求相結合，與其他裝配操作技術進行綜合，如基準面加工、數控焊接等。與此同時，數字化柔性技術的軟件控制系統還包涵很多不同的控制程序，主要作用是對標準數據進行收集，最終為數據傳遞創造有利條件。

2.4激光跟蹤測量技術

如果能夠對可控式的機械隨動定位裝置及數字化協調方式進行應用，工作人員便可以利用光學測量實現位置和空間的合理定位，提升對接裝配工作的表現效果。相比之下，數字化光學測量技術也包括很多種類，如非接觸型、無導軌型、便捷性高等。截止到目前，應用在該領域的最先進技術便是激光追綜儀測量。該項技術的發展時間很短，但卻將很多先進技術集中在一起，如光電檢測技術、精密機械技術等，在這些技術的作用下，最終實現實時掃描測量，并對三維數據實施直接輸入和輸出，接口數量也較多，很容易完成和其他數字化設備的連接[3]。

總結：

綜上所述，數字化柔性裝配技術主要以飛機制造裝配技術為發展方向，在各項關鍵技術及體系的研究上，需要重點對我國飛機制造和裝配技術中的薄弱環節進行探討，徹底改善我國在過去幾十年之中所延用的飛機裝配協調方式。在這一先進技術的引導下，飛機部件的對接裝配效率將會大大提升，為后續發展提供便利條件。

參考文獻：

[1]劉航.飛機數字化裝配中壁板對接及機身調平技術研究[J].科技視界，2017（36）：242+245.

[2]陳根良，黃順舟，陳坤勇.面向最優匹配位置的大部件自動對接裝配綜合評價指標[J].機械工程學報，2017，53（23）：137-146.

[3]杜福洲，張鐵軍，熊珍琦.艙段類部件數字化柔性對接系統設計與試驗研究[J].航空制造技術，2017（11）：24-31.