基于數字化技術的航空發動機檢測探析

呂依儒

摘要：隨著我國綜合實力的增強，我國的航空事業也在不斷創新后得到了極大的發展，但是在發展的過程中也暴露出了許多問題，本文就以航空發動機的裝配技術為例進行分析探討，航空發動機的裝配技術是航空發動機制造的核心，所以部門及工作人員需要對存在的問題高度重視，并采取措施使航空發動機的裝配技術得到提升，從而提高航空發動機的質量。下面我們就對基于數字化技術的航空發動機裝配技術的發展和成就進行分析，并對發展中的問題進行深入研究，為今后的相關研究和實驗提供理論參考。

關鍵詞：數字化技術;航空發動機;數字化裝配

0 ?引言

近年來，由于我國的快速發展，我國已擁有自主研究的國產大飛機、戰斗機，不管是對人民還是對國家綜合實力而言，航空事業的發展都有著不可忽略的作用。過去由于我國的科學技術水平不夠，使得我國航空業發展受到了限制，導致存在航空發動機裝配工作效率低，甚至存在錯裝、漏裝等情況。發動機是飛行器的動力源泉，現在我國航空事業的發展呈上升勢頭，對其各項參數和運行穩定性都提出更高的要求，所以提高航空發動機裝配工藝的可靠性和運行效率的問題亟待解決。

1 ?分析傳統裝配技術存在的主要問題

傳統的發動機裝配技術受到的人為限制多，裝配質量無法得到保證，主要有以下四個方面問題：一是錯誤率高。采用傳統技術裝配時，采取的方式多為人工裝配，這在一定程度上增加了錯裝、漏裝的幾率，出現較大的誤差時，輕則會影響發動機的正常運作，嚴重時甚至會影響發動機里的機械設備;二是精確度低。由于大部分裝配工藝過程都是由人工而完成，所以會增加裝配過程中的誤差率，造成精準度低;三是標準難達到一致水平。因裝配人員的專業素養、能力和裝配水平有差異，很難做到統一標準，所以會存在裝配過程中的工作差異，譬如出現相同型號的裝配由不同的裝配人員裝配，得到不同質量的結果;四是精密設備損壞率高。在發動機裝配的過程中，不僅對操作人員的要求高，同時還對精密儀器有更高的要求，絕對不能以次充好，使發動機的性能受到影響。

2 ?數字化裝配技術

數字化技術的航空發動機裝配技術與傳統裝配技術的主要區別體現在電子化文件、自動化裝配、柔性工裝、自動跟蹤和在線檢測裝配質量等，數字化裝配技術它提高了裝配效率和水平，是航空發動機裝配技術發展趨勢，下文我們對數字化裝配主要技術要點進行分析。

2.1 虛擬裝配技術

虛擬裝配是虛擬制造的關鍵部分，同時也是整個制造過程的基礎，虛擬裝配技術的整體操作過程是可視化的，所以工作人員能很容易觀察到整個過程中出現的問題并及時做出相應的調整和修改。在這個過程中裝配可視化的優勢在于能通過對整個裝配過程的數值計算、裝配工藝規劃、工作面布局、裝配操作等方面進行模擬，讓工作人員對整個操作流程更熟悉并根據檢測結果和檢測內容找出可能存在的問題，這是傳統裝配方式做不到的。現階段，虛擬裝配是產品自動化、數字化發展過程中的重要環節，工作人員可以通過利用虛擬裝配技術，對裝配過程進行動態仿真，生成完整的裝配工藝規劃，并在此基礎上，對車間布局進行優化，盡量減少發生錯誤的幾率。

2.1.1 虛擬裝配系統

虛擬裝配系統是一個通過利用虛擬現實技術與實際裝配過程相結合，對裝配過程進行模擬從而達到對產品設計指導的目的的系統。虛擬裝配系統是一個軟硬件集成系統，在軟件方面，虛擬裝配首先通過CAD對零件進行建模、捕捉零件特征信息和公差信息，并將以上信息錄入系統，系統根據采集到的信息生成虛擬零件模型以及工具模型。然后工作人員用戶可以在虛擬裝配環境中通過視點跟蹤和手勢識別以及聲音識別功能，實現與虛擬裝配系統的人機交互，從而完成虛擬裝配。在整個虛擬裝配系統中會涉及到許多如坐標變化、碰撞檢驗算法和多細節層次模型自動生產算法的虛擬現實算法。通過虛擬裝配系統進行仿真后會輸出產品的裝配模型、軌跡、過程動畫和裝配順序還有干涉檢查報告等文件。如果裝配合格其中的裝配過程動畫就可用于當作教學視頻幫助工作人員熟悉流程。

2.1.2 裝配模型建模

三維數字化設計屬于對產品進行二次輕量化處理，其基本原理是將裝配結構的聚合和約束依賴關系用于裝配體靜態結構中制定規則，將工裝、工具等作為零件處理，然后通過構造時序關系來反映交互過程把整體裝配體模型表達出來。這種技術的優點是把裝配關系進行分離和時序化，讓交互過程表達得清晰簡潔。

2.1.3 裝配過程仿真

現階段仿真技術主要涉及可裝配性分析、裝配精度分析兩方面內容。可裝配性分析的適用情況是仿真技術的初級階段，它的作用是對前文提到的分析診斷裝配過程潛在或明顯的問題，并對裝配設計的合理性進行驗證，如果在此過程中存在問題就需要對問題及時做出判斷并解決。在完成仿真初級階段的操作合理性驗證，解決存在的問題后就可進入下一階段的裝配工藝，在工藝的模擬不斷加深后，產品零部件的各方面要求和標準也在不斷拔高，此時就需要進行裝配精度進行分析。

2.2 數字化柔性設計

2.2.1 實體建模

在實際操作過程中，實體建模對裝配要求很嚴格，比如零件的尺寸問題，如果需要進行實體建模，就必須精確了解裝配尺寸。然后根據主模型對尺寸的要求進行建模，通過這些要求可以在一定程度上提高裝配的質量，減少誤差。

2.2.2 工藝過程設計

在航空發動機裝配前設計人員需要針對不同的發動機制定科學合理的裝配方案，然后工作人員必須對裝配工藝研究分析，對不同型號裝配的特點及技術要點了解并掌握，通過這種方式不僅可以減少生產過程中對零部件的浪費，還能提高裝配效率，最終達到裝配技術的自動生產模式的目標。

2.2.3 裝配容差分析

對裝配容差分析進行分析是可以采用基于形位公差分析方法，這個方法的原理是通過計算完成模型分析。對零部件與容器差異數據進行分析，依據各零部件的特點選擇適配的容器，在考慮容器的實用性同時突出容器的實效性。

2.3 裝配工藝可視化

在目前裝配工作過程中，裝配人員的裝配標準是裝配工藝卡上面的指示和要求，盡管簡化了一定的裝配工藝流程，讓裝配操作變得簡單，但文字和簡圖并不能將裝配全過程展現出來，容易產生偏差。但如果采用可視化的裝配方式就可以極大程度的避免這類問題的出現，而且還能把文字信息與二維、三維進行結合，實現對裝配過程的動態監測，可以及時的發現問題解決問題。

3 ?裝配制造數字化

航空發動機的裝配制造是一項綜合性的復雜困難的工程。因為在實際操作過程中不僅要要熟悉工藝、工裝、檢查等各項流程，還需要把新技術與實際操作相融合，才能使裝配工作的生產效率和產品質量控制能力得到提升。航空發動機裝配工作的特點是在工作過程中接觸的零部件繁雜、種類較多，而且在整個流程中還有許多工藝需要人和機械相互配合才可以完成，所以這項工作對工作人員的各方面要求都較高，特別是需要裝配技術人員對裝配技巧掌握熟練，同時在整個裝配過程中裝配精度要求高。特別是裝配定位，傳統的航空發動機裝配技術多采用剛性裝配方式進行，但是剛性裝配方式不再能勝任所有型號的發動機裝配，相比之下剛性裝配方式只可以應用于特定型號的發動機才可以發揮較好的作用。因此要求在對現階段的航空發動機裝配在進行定位工作時，工作人員需要從實際情況出發，制定科學合理的方案對相關零部件生產或者是定制，而且在實際操作前需要借助虛擬裝配熟悉裝配過程，及時發現問題，解決問題，減少在生產過程中犯錯誤，減少成本浪費，與此同時，工欲善其事，必先利其器，在實現對操作流程熟悉改善后也可以縮短零部件的生產周期，還可以使航空發動機裝配精度得到提高，增強其運行可靠性。隨著世界各國科技水平的發展，以后仍還會涌現出許多新技術，數字化技術也會越來越廣泛的應用到航空發動機的制造過程中。

4 ?數字化檢測系統

4.1 數字化檢測系統特點

數字化檢測系統最大的特點和優勢就是對檢驗規劃、檢驗行為的標注統一化，規范每一個特性數量、數據計算和評價方法、記錄方式等，統一不同檢驗人員的操作標準，減少由于不同檢驗人員個人經驗、能力差異而形成的檢測結論差異。

4.2 提高技術員參與度

在進行檢驗工作之前，技術員必須提前熟悉檢驗圖紙，然后與工藝人員溝通檢驗方法、檢驗步驟的制定和評價要求等相關事宜。

4.3 數字化檢測系統的優勢

利用數字化檢測系統可以對檢驗數據的填寫格式進行統一，消除人工填寫、抄寫數據的動作，從根源上杜絕錯寫、漏寫、填寫不一致等問題。同時數字化檢測系統還可以根據具體工藝要求設定具體的檢驗結論評價規則，實現檢測結論自動評價，超差報警，并對可能出錯的數據以醒目信號進行警示，減少工作差錯。

以前人工檢測還會出現漏檢情況，但現在系統可以對檢測數據完成性自動校核，避免漏檢情況的發生。

5 ?結論

綜上所述，基于數字化技術的航空發動機裝配技術可以極大提高對航空發動機裝配過程而言極為重要的裝配的生產效率和裝配可靠性，因為利用數字化技術裝配的航空發動機的綜合作用能力相比傳統技術裝配得到了全面提升。在未來可以將這項技術進行更深入的研究和探討，并進一步將其與航空發動機裝配技術發展及研制相結合，從而促進航空發動機事業發展。希望本文可以為從事相關工作的技術人員、研發人員等起到一定的參考作用。

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