基于數字化環境下的飛機總裝集成檢測技術研究與應用

李 濱

陜西飛機工業有限責任公司 陜西 漢中 723213

1 前言

中型運輸機及特種飛機的批量化生產要求在產量呈數量級增長的同時必須保證其質量的一致性，總裝作為飛機結構對接、系統安裝、系統調試及集成測試的唯一環節，決定了其質量及產量。然而，在現有飛機的總裝現場卻易產生安裝精度超差、系統測試故障等問題?；谛畔⒒h境下的數字化集成檢測關鍵技術，通過設計研發數字化平尾測量與對接控制系統、大部件移動與自適應定位系統、大范圍移動和自動導航的調姿對接系統和整機線纜、管路和氣密檢測裝備，解決了大部件對接人工調姿效率低、精度差，線纜檢測故障識別難度大等問題，并應用于大中型運輸機、特種飛機等多種型號飛機的總裝生產過程中，提升飛機總裝裝配效能和質量。

2 大部件對接誤差在線測量與自適應精準控制

2.1 飛機大部件對接裝配過程實時測量

關鍵特征是材料、零部件的特征中，對產品的協調性影響最大的特征。關鍵特征的變動直接影響產品的裝配成功率和產品的性能。大部件結構關鍵特征變動與其裝配過程中的數字量尺寸傳遞路線密切相關，而其裝配組成環中每個零件關鍵特征尺寸的變動，將導致結構關鍵特征發生偏移。在飛機大部件對接裝配過程中，首先確定裝配過程整體外形關鍵特征，并在此基礎上，研究整體外形測量與檢測技術，在選定外形測量方式前提下，構建異形部件整體測量場，實時測量異形部件空間位置坐標，通過計算關鍵特征點位置信息，對比最終位姿調整狀態數據，建立誤差反饋機制，實時傳遞位姿調整狀態信息。

根據三維數字化裝配工藝模型，明確飛機大部件對接的關鍵測量點，綜合考慮現有數字化測量設備和測量技術特點，選擇合適的測量設備進行裝配現場布局，建立三維檢測模型，從而獲得面向飛機大部件對接的測量工藝流程。在飛機大部件數字化裝配測量現場，根據測量工藝流程，在飛機設計坐標系下，對飛機大部件對接過程中每個待測特征點進行數字化檢測，繼而進行多源檢測數據融合分析處理，檢驗飛機大部件裝配準確度，并實時反饋給飛機柔性裝配工裝控制系統。

通過采用多軸聯動控制技術和激光測量技術等，實現平尾位姿調整、評價、定位，完成平尾與機身尾段的對合，并滿足平尾對接孔精加工過程中平尾自身的穩定性。同時，滿足垂尾翼尖至平尾翼尖水平測量點測量，以及垂尾與機身對接孔加工、背鰭對合部位工作需求。

大部件數字化對接裝配系統應包括各個部件調姿定位子系統，各部件的數字化定位過程如下:

(1)根據部件數模及工藝接頭位置，調姿定位系統完成支撐數控定位器的自動化工作配置；

(2)部件實現自適應入位；

(3)部件姿態測量；

(4)部件定位系統根據部件當前姿態及其目標姿態自動調整；

(5)對組件姿態進行測量評價；

(6)調姿完成后，按照預定義的對接路徑完成部件對接；

(7)結合高精度的數字化測量、精確的數字化定位工藝裝備(數控定位器)的協調運動，保障組件定位的準確性、可靠性、高效率；

(8)數字化定位的入位方式很簡單，能自動適應組件支撐點的位置變化，可大幅度地降低裝配應力，降低工人勞動強度；

(9)采用數字化調姿定位方式，取消了大量的外形卡板、定位孔等固定工裝，簡化了裝配系統，保證了裝配操作的開闊性、舒適型和安全性；

(10)在裝配過程中，如果需要對部件進行移位操作(如試對接、測量間隙或修配量、清理毛刺、涂膠等)，可隨時通過組件調姿定位系統對組件進行保姿態移位和復位，大幅度地提高裝配效率，降低工人勞動強度；

(11)裝配過程中能通過數字化測量系統實時掌握組件位置和姿態變化，為工藝決策提供依據。

2.2 多源檢測數據融合

針對飛機平尾姿態調整的方法，主要采用三個數控定位器與激光跟蹤儀配合完成測量、調姿及對合。飛機大部件對接過程中的多源檢測數據融合是對組合式測量方法中位于固定位置或移動平臺上的多個同類或異類測量設備接收器的實時檢測數據進行融合，實現被測對象的精確定位調姿。多源檢測數據融合的實質是按照一定的規律和準則，將數據通過分析處理，轉換到統一的飛機設計坐標系下進行協調優化和綜合處理，從而產生更為準確、可靠的數據信息。

2.3 基于檢測數據的數字化裝配過程自適應控制

針對大部件對接時柔性定位調姿的多自由度、高靈活性、短響應時間，且需要保證調姿精度的特點，在對部件實時檢測數據處理與分析的基礎上，分析各運動軸控制方案及運行軌跡，以異形部件空間運動模型為依托，研究基于柔性定位裝置的多軸協同自適應精確控制算法，建立多軸耦合自適應控制模型。

為了提高飛機大部件對接單軸驅動系統的精度和多軸協同運動精度，對每個運動軸均進行模糊自適應PID控制，通過對各軸的PID參數進行在線調節來確保被控對象在任何時刻的設定值和實際檢測值之差在給定的誤差范圍內，從而保證控制系統定位的協同性。

飛機大部件對接自適應控制系統是在常規PID控制器的基礎上，采用模糊推理的方法，根據系統位置偏差和偏差變化率對PID參數進行在線整定。

3 整機線纜在線集成智能檢測與實時反饋

3.1 總裝數字化在線檢測

線纜在線檢測通電之前，必須通過激勵信號對系統功能進行檢測。

具體從以下幾個方面分析:

(1)檢查飛機線束、電纜網裝配的正確性。

①檢查飛機所有線束、電纜網是否發生斷路、短路、錯接、漏接、多接、虛接、縮針、斷絲等不正確地接線；

②飛機導線束、電纜網的裝配在正確的位置上；

③飛機導線束、電纜網中所有的接插件符合設計要求，包括電氣性能的可靠性以及外部尺寸的正確性。

(2)檢查飛機導線束、電纜網的絕緣性、電纜的耐壓性能。

①檢查線束、電纜網中的導線之間絕緣性能是否良好，絕緣電阻是否達到設計要求；

②線束/電纜網中的導線與屏蔽層、在飛機殼體之間絕緣性能是否良好、絕緣電阻是否達到設計要求；

③檢測電纜束的耐壓值。

(3)檢查飛機線束、電纜網的屏蔽性。

①檢查線束、電纜網的屏蔽層有沒有破損，屏蔽效果是否達到設計要求；

②線束、電纜網的屏蔽層與接插件的殼體是否接觸良好，對線芯的屏蔽效果是否達到設計要求。

(4)檢查飛機線束、電纜網中所附帶的其他元器件。

(5)通過測試結果分析，獲得飛機整機電纜網的正確性、可靠性與安全性。

3.2 在線檢測流程設計與優化

為了實現整機線纜的自動化在線檢測，提高檢測效率，實現檢測過程的自動化，在程序設計階段，需要將人工檢測操作過程、操作大綱轉換成基于檢測定義語言的檢測腳本，針對檢測的虛擬資源需求通過語言編譯器和系統平臺的解釋定位，轉換成針對信號的真實資源，以便在線檢測系統識別和運行。數字化、程序化的檢測腳本是實現自動化執行通電在線檢測的依據和前提條件。由于整機線纜檢測點數量大、機上收頭多、檢測周期長等問題，以滿足關鍵特征要求為目標，研究檢測點的布置規律，剔除對檢測目標貢獻較小的檢測點，進而建立檢測點布局優化模型，得到檢測點的最優布局，降低檢測工作量，縮短檢查周期。

根據電氣、航電系統機載設備通電檢查的工作目標和具體內容，梳理工作流程，對流程進行優化，對可能進行集成的設備進行集成。通電過程中盡量采用集成化、數字化、模塊化的通電技術，從而快速的完成對機載設備的測試。降低工人勞動強度，并且能記錄實驗數據，定位故障點位置，提升工作效率。

3.3 檢測數據實時處理與故障自動識別

在現有多人配合逐點檢測過程中，由于檢測數據量大，基于經驗的人為操作難以準確的判斷檢測統計規律，導致檢測效率低、速度慢，且易出現人為漏檢和錯檢。通過構建集成的計算機信息處理中控平臺，實現對多源、異構信號的快速轉化和處理，進行故障的自動識別，對所采集的在線檢測數據集進行統計分析，根據所得統計規律確定相應的故障模式，并通過可視化手段實時顯示檢測情況和結果，從而提高效率，杜絕人為操作差錯。

引進整機線纜在線自動檢測系統，根據實際被測試飛機的線路原理編輯測試軟件，通過轉接電纜及轉接工裝夾具，實現對飛機整機線束、電纜網和盤箱件中繼電器轉換邏輯正確性的測試及檢查。

3.4 故障源快速準確定位

目前飛機線纜檢測排故困難，難以進行故障準確定位，排故依賴經驗和換件，因此研究故障模式與故障源之間的映射關系，依據檢測條件進行智能判斷，實現故障源準確定位。同時，在線檢測結果在測試腳本執行結束后進行反饋并存檔，根據故障判斷結果，給出測試報告，幫助檢測執行人員了解檢測運行情況，且可以作為質量檢測的依據。

4 結論

圍繞飛機總裝工藝、制造和檢測等關鍵環節，通過大部件對接誤差在線檢測與自適應精準控制、整機線纜在線集成智能檢測與實時反饋等關鍵技術的研究與應用，解決了大部件人工對接裝配效率低、精度差，線纜人工檢測故障識別難度大等問題。同時采用設計研發的數字化平尾測量與對接控制系統、大部件移動與自適應定位系統、大范圍移動和自動導航的調姿對接系統，實現了整體工作平臺自動移動和升降、貨橋/后大門與機身的自動化拆卸和安裝，實現了左、右平尾與機身的數字化、自動化對接，大幅提高了大部件對接的質量和效率。采用設計研發的整機線纜、管路和氣密檢測裝備，實現了線纜檢測故障源的快速準確定位、檢測故障的自動識別，提高了整機線纜檢測的效能和質量。