脈動生產(chǎn)線模式下飛機總裝配關(guān)鍵技術(shù)研究

穆志國 張博雅

（航空工業(yè)西安飛機工業(yè)（集團）有限責(zé)任公司，西安 710089）

總裝配是飛機研制生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對于飛機的最終質(zhì)量、生產(chǎn)周期、性能發(fā)揮以及出勤率都具有重要的影響。受制于機上工作空間以及各系統(tǒng)的完整程度，傳統(tǒng)模式往往造成大量的返工、拖期等問題，嚴重影響了飛機的總裝配周期乃至裝配質(zhì)量。脈動生產(chǎn)線是一種先進的飛機裝配組織模式，它將單一位置集中裝配變換為多個站位協(xié)同裝配，實現(xiàn)多個站位多架飛機同步生產(chǎn)，極大地提高了飛機裝配效率與裝配質(zhì)量，有效減少了交叉作業(yè)的出錯量與返工率，已逐步成為國外飛機總裝配的主流模式，為我國飛機的制造模式帶來了良好引領(lǐng)和示范效應(yīng)。

1 主要研究內(nèi)容

近年來，隨著脈動生產(chǎn)線理念的逐漸深入以及在國外取得的良好效果，中國航空制造工程研究所的程濤等研究了飛機裝配中數(shù)控定位器的設(shè)計[1]，浙江大學(xué)的柯映林等研究了飛機大部件調(diào)姿的數(shù)控定位器布局及行程優(yōu)化方法[2]，逐步突破了飛機定位支撐設(shè)備、數(shù)控定位器、飛機移動設(shè)備等基礎(chǔ)技術(shù)，使得脈動生產(chǎn)線在我國飛機總裝配中的應(yīng)用成為了可能。

1.1 站位布局與規(guī)劃技術(shù)

在明確總裝配階段工作總量以及相互之間的串并行關(guān)系之后，總裝配階段工藝流程如圖1所示。

圖1 某型飛機總裝配工藝流程圖

基于此，某型飛機總裝配脈動生產(chǎn)線采用4個站位，飛機大部件進廠完成接收檢查及必要的準備工作后，首先進入一站位，完成總裝配工作后從四站位出站。

一站位為“對接、管路及起落架安裝”站位，主要負責(zé)機身各大部件的接收檢查、機身前段與機身中段的對接，對接區(qū)域外部帶板的安裝，機身前段地板的安裝，機身前段與中段各類支座的安裝、各系統(tǒng)導(dǎo)管的安裝、部分電纜的敷設(shè)以及固定，前起落架、主起落架的安裝等[3]。

二站位為“電纜、成品附件安裝及通電試驗”站位，主要完成儀表、無線電、雷達等系統(tǒng)機身電纜的敷設(shè)固定及收頭，機身油箱的安裝，操縱臺、儀表板的安裝以及液壓系統(tǒng)成品附件安裝，液壓系統(tǒng)清洗密封試驗，各電氣系統(tǒng)導(dǎo)通、絕緣及阻抗測量。

三站位為“部件安裝及系統(tǒng)試驗”站位，主要完成機身后段與機身中段對接、左右平尾安裝于發(fā)動機安裝，各系統(tǒng)機載成品安裝，全機供壓供電后起落架收放試驗、舵面調(diào)整試驗、座艙氣密試驗以及各電氣系統(tǒng)功能試驗等。

四站位為“總檢及交付”站位，主要完成雷達罩、座椅、各類口蓋的安裝，完成平顯測量、雷達測量、起落架測量、慣導(dǎo)測量與全機水平測量，完成全機的清洗檢查及總檢。

1.2 大部件數(shù)字化調(diào)姿對接技術(shù)

數(shù)字化調(diào)姿對接技術(shù)是通過數(shù)字化測量系統(tǒng)與數(shù)控調(diào)姿機構(gòu)的組合，在控制軟件的驅(qū)動下以測量數(shù)據(jù)為調(diào)姿對接依據(jù)，通過調(diào)姿算法計算出部件的運動入位路徑，通過數(shù)控調(diào)姿機構(gòu)的運動實現(xiàn)部件姿態(tài)的變換，從而完成大部件的對接[4]。

以機身中段與機身前段對接為例，調(diào)姿控制軟件通過獲取測量設(shè)備的測量數(shù)據(jù)，以機身中段調(diào)姿測量點為目標點位，以機身前段調(diào)姿測量點為初始狀態(tài)，通過調(diào)姿算法計算出機身前段由初始位置到目標位置的變換矩陣，進而解算處機身前段的調(diào)姿入位路徑，在連體坐標系下將調(diào)姿運動參數(shù)分配給支撐機身前段的四個數(shù)控定位器，生成各自的運動參數(shù)，數(shù)控定位器協(xié)同運動完成機身前段的姿態(tài)調(diào)整。

在大部件姿態(tài)計算過程中，飛機部件和整機的姿態(tài)用x、y、z、α、β和γ共6個量來表示，其中x、y、z表示飛機部件（或整機）的坐標系原點在參考坐標系下的坐標值，α、β、γ分別表示俯仰角、側(cè)翻角和偏航角。根據(jù)測量點的理論坐標值與實際測量坐標值，計算出飛機部件或整機的姿態(tài)，即已知兩個相互對應(yīng)的點列xA和xB，求兩個點列之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，即：

其中，矩陣v表示從點列xA到點列xB的變換參數(shù)，函數(shù)f表示從點列xA到點列xB變換函數(shù)。假設(shè)用方向余弦矩陣R表示剛體的當前姿態(tài)，剛體的位置用平移向量T表示，設(shè)點xAi∈xA，xBi∈xB，則有：

假設(shè)剛體先平移，然后旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的方法為先繞現(xiàn)場坐標系x軸運動，再繞現(xiàn)場坐標系y軸運動，最后繞現(xiàn)場坐標系z軸運動，則有：

為求解點集xA和xB之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，通過簡化和矩陣奇異值分解（SVD）的方法，得到了兩個對應(yīng)點集間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。設(shè)點xAi∈xA，xBi∈xB，帶權(quán)值的最小二乘表達式為：

在某型飛機大部件調(diào)姿對接控制平臺中，采用姿態(tài)向量v=[αβγt1t2t3]T表示剛體姿態(tài)。其中T=[t1t2t3]T表示剛體旋轉(zhuǎn)之后的平移量，(α,β,γ)表示剛體的X-Y-Z歐拉角（或RPY角）。旋轉(zhuǎn)矩陣R用歐拉角可表示為：

已知旋轉(zhuǎn)矩陣R時，可以通過公式（6）求解歐拉角：

其中，Rij表示旋轉(zhuǎn)矩陣R的第i行第j列。在獲取R、T后，即可得到大部件在裝配坐標系下的姿態(tài)，由數(shù)控定位器組實現(xiàn)對部件的數(shù)字化定位，進而實現(xiàn)其調(diào)姿調(diào)整。

1.3 飛機站位間移動技術(shù)

某型飛機總裝配脈動生產(chǎn)線采用4個站位且4個站位采用直線布局，飛機在一、二、三、四站位各站位間需滿足同時移動的需求，即4個站位的飛機同步“脈動”，當?shù)谒恼疚幻砍稣疽患茱w機時，前3個站位的飛機向后一個站位“脈動”一次，實現(xiàn)一個總裝配生產(chǎn)節(jié)拍的跳轉(zhuǎn)。根據(jù)其移動特點，設(shè)計了一套基于傳送帶運輸?shù)娘w機站位間移動方法，該系統(tǒng)由傳送帶、驅(qū)動電機、減速機、剎車機構(gòu)、鏈條、導(dǎo)向輪、驅(qū)動輪以及電器元件等組成，在移動飛機時傳送帶承受飛機全部的載荷[5]；驅(qū)動電機采用感應(yīng)式直線電機，通過減速箱帶動兩側(cè)主傳動軸轉(zhuǎn)動同時帶動鏈輪轉(zhuǎn)動傳輸鏈條，傳輸鏈條帶動鏈板（傳送帶）向前運動，進而實現(xiàn)飛機的向前移動，布置在軌道上的導(dǎo)向輪確保傳送帶做直線運動。傳送帶系統(tǒng)最大承載大于40t，最大輸出扭矩滿足4個站位四架飛機的同時運動，運動速度為3m/min。

2 結(jié)語

脈動生產(chǎn)線作為目前先進的飛機總裝配生產(chǎn)組織模式，在提高飛機裝配效率與質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用。面向某型飛機總裝配，完成了總裝配脈動生產(chǎn)線的總體設(shè)計，研究了脈動生產(chǎn)線模式下飛機總裝配面臨的生產(chǎn)線規(guī)劃布局、大部件調(diào)姿對接、飛機支撐及移動方式等關(guān)鍵技術(shù)，為該型號飛機總裝配脈動生產(chǎn)線的建設(shè)提供了技術(shù)基礎(chǔ)并得到了良好的應(yīng)用。