飛機工藝裝備模塊化設計技術的研究

◎王妍

從整體上來看，飛機工藝裝備會占據飛機研發制造周期的4 成左右，占據整個研發制造投資成本的3 成左右。在目前的飛機制造過程中，同一系列的部分飛機存在相關零部件可以重復使用，這主要是由于零部件的工藝裝備相同，這樣就實現了飛機研發制造的快速設計。但目前我國的機械裝配技術仍有較大提升空間，與發達國家相比仍然有一定差距，因此需要積極開展這方面的研究，以豐富裝配設備和技術種類。

一、傳統飛機裝配型架的設計分析

飛機的整體結構非常復雜，對于裝配要求非常高，由于涉及到的零部件數量龐大，各個零件、系統之間的關聯性比較強，這樣就使得飛機裝配技術比較復雜，而且對技術水平要求較高。在傳統飛機裝配型架研發過程中，主要涉及到準備環節、方案設計環節、方案調整環節、方案確定環節等方面。技術人員需要根據實際情況對工藝裝備的材料、類型、強度等方面開展校對工作，這樣做的主要目的是為了提升工藝裝備的應用效果，并提高飛機零部件的裝配質量并且實現節約材料成本、員工成本和時間成本的目的，全面提高了飛機研制速度。飛機裝配型架的種類比較多，需要根據實際情況選擇運用何種型號，確保飛機零部件型號與裝配型架的相適性，提高裝配精準度。在裝配型架結構方面通常采用剛性結構，每套型架只用于一個裝配對象，所以飛機制造過程中裝配型架的數量很多。型架上安裝有多個定位器，以保證產品裝配的精度和結構的穩定性。

二、裝配型架模塊化設計分析

型架的模塊化設計是基于工裝設計的各種數據庫的建立和完善，包括標準件庫，工藝數據庫，工裝典型結構庫，參數化模型等。模塊化設計對提高工裝設計效率是一條簡單而有效的途徑。此外，針對所使用的設計軟件開發輔助設計工具，將設計師從煩瑣的操作和重復勞動中解放出來，對提高設計效率也是非常有效的。在數據庫的開發過程中，應充分考慮目前工裝設計的主流平臺，使不同的系統能夠互相無縫連接。工裝模塊化設計的前提是首先應對現有工裝的典型結構進行分析總結，提煉出具有通用性的標準結構，使這些標準結構能夠提前加工儲備。當接到訂單后能很快地調用數據庫中的模塊進行型架的結構設計，且僅需加工一些專用定位件，如此可以大大縮短設計、制造周期。

三、模塊化工藝裝備設計技術分析

模塊化裝配工藝相比傳統裝配工藝，區別在于工藝設計人員根據裝配要求提前參與設計人員的產品設計工作，協助設計人員進行面向裝配工藝流程的產品模塊劃分，使實物的部組件構成與設計的部組件定義保持一致，遵循裝配模塊定義原則定義整機裝配模塊，依據工藝總方案仿真驗證裝配模塊之間的交付關系，最終構建裝配結構樹。在裝配結構樹中定義每個裝配模塊實際生產活動所需的產品設計模塊、工裝、工具與設備、裝配關系、人員、生產周期、質量要求等信息，使裝配結構樹成為企業開展生產組織、成本管理、項目管理、質量管理活動的支撐平臺。且裝配模塊是生產結構中相對獨立的單元，能夠獨立裝配，可以通過更新迭代自身性能來升級產品整體性能，而不會影響到產品其他模塊。裝配模塊還擁有一些相同的幾何連接口以及輸入、輸出端口，相同屬性的模塊在產品系列中可以重用和互換。裝配模塊的這些特性使得以裝配模塊為單位進行工藝設計活動生成的裝配指令也具備獨立、通用的特性，針對這些特性提出裝配指令庫管理的應用思路。飛機設計構型管理人員根據客戶需求創建構型配置，再依據裝配指令與其生產對象之間的關聯關系，在裝配指令庫中用程序匹配出與構型配置相匹配的裝配指令用于生產。

模塊化裝配可以減少大量的零散零件，可以變串行裝配為并行裝配，使飛機裝配過程朝整潔、系統化發展，提高飛機裝配效率，減少協調關系，最終提升產品質量，縮短研制周期。多元化的客戶需求，導致飛機產品存在大量的改進和改型，甚至出現同型號飛機不同架次都有可能不同，進而衍生出系列化產品。以飛機眾多生產活動中的工藝準備工作舉例，當飛機構型配置發生變化時，采用非模塊裝配工藝技術，需要完全重新針對新構型產品數據進行一整套的飛機改型裝配工藝設計，涉及裝配站位的重構，甚至有可能會重新研制一套裝配工裝、工具；采用模塊化裝配工藝技術，只需要針對新的產品設計模塊進行工藝設計，產生新的裝配模塊，根據構型配置復用未發生變化的裝配模塊，從而進行裝配站位調整最終完成新型號飛機的裝配工藝設計工作。

四、航空工業企業的工藝裝備模塊化應用分析

如果模塊實例的形狀結構和各個零、部件有相似性，而零、部件的出現和排列組合特征沒有，符合零、部件及其排列組合情況，綜合各種設計情況，結合專家方案構思，完成綜合工作；如果模塊實例的各個零、部件和零、部件的出現和排列組合有相似性，而形狀結構特征沒有，綜合形狀結構設計特點，符合零、部件及其排列組合情況，結合專家方案構思，完成綜合工作。在飛機研發制造整個環節中，裝配屬于比較靠后的步驟，但其裝配準確度和效果會對飛機制造產生重要影響。一旦裝配出現質量問題，不僅會導致局部零件或系統出現故障，甚至會引起整個飛機制造質量問題。在工藝裝備模塊化設計技術條件下，可以使飛機裝配更加流暢、安全，能夠降低由于零部件質量不過關或者裝配不當引發的安全風險。而且在裝配過程中，還能夠發現零部件和工藝裝備模塊化設計中存在的問題，這樣可以及時進行調整，從而提高飛機研發制造質量。

結語：飛機的工裝（工藝裝備）在航空工業企業中是非常重要的，其整體水平會直接反應企業的研發制造水平。相關部門的研究人員要對其有足夠的重視，要意識到在飛機制造過程中，工藝裝備的設計制造是關鍵環節，會對整個飛機生產制造產生重要影響。在實際工作中，要不斷探索創新出先進的工藝裝備技術，真正提高飛機工裝的模塊化設計水平，從而提升航空工業企業的經濟效益和市場競爭力，推動航空制造業的可持續發展。