飛機數字化裝配定位技術分析

鄧長喜　惠盼飛

摘 要 飛機制造技術對于我國航天事業的發展有著重要的意義，與其他的機械制造技術不同，飛機制造必須對精準度尤為重視，同時還要對飛機的外形制造進行充分的優化。這是因為飛機是一種結構復雜、空間緊湊的交通工具，在飛行的過程中必須保證機組和乘機人的安全，這就需要在裝配的過程中尤其注重工作量的協調和協作問題的解決。近年來，我國飛機數字化裝配技術不斷發展，在飛機裝配的過程中又添加了新的定位技術，這就使得飛機的裝配與信息技術良好地進行結合，不僅提高了裝配效率，還能讓飛機數字化裝配更具有智能性。本文主要對飛機數字化裝配定位系統的技術方案進行細節分析，同時對這種技術的裝配過程及原理進行闡釋，希望能夠為我國飛機數字化裝配水平的提升提供有益的幫助。

關鍵詞 飛機制造技術 航天事業 數字化裝配技術 數字化定位技術

中圖分類號：TP2 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2022）03-0019-03

隨著我國社會經濟的快速發展，對飛機的需求越來越多，而飛機的制造與裝配是非常復雜的過程，在裝配的過程當中，飛機的各個零部件及尺寸以及安裝規則都不盡相同。因此，必須要注重飛機各零部件的安裝順序和工作流程，以便于能夠保證各零部件的安裝良好地完成，從而實現飛機各零部件的組合與連接，形成高級裝配件，進一步確保飛機裝配的實現。高級裝配件在飛機制造的過程當中起著極其關鍵的作用。

近年來，我國科技不斷發展，飛機的裝配技術也日漸成熟，由從前的人工裝配發展到半自動化，再由半自動化發展成為自動化的智能裝配技術。這意味著我國飛機的裝配技術已經進入了新的發展階段，但是飛機裝配技術的發展也為飛機裝配提出了更多的挑戰，因為數字化的裝配需要考慮到技術的成熟性和穩定性。[1]

因此，本文著重對飛機數字化裝配技術定位技術進行探討，希望能夠提升飛機裝配水平，進而在最大程度上推動我國飛機航空事業的快速發展，為我國經濟的快速發展奠定良好的基礎。

1 飛機數字化裝配技術的發展歷程

我國飛機的數字化裝配技術在近年來獲得快速的發展，首先我國飛機重大型號工程得以實施，因此我國飛機裝配技術逐漸與國際飛機航空產業鏈相對接，其數字化技術得到廣泛的發展與深入。在應用方面，因為我國不斷嘗試飛機設計與飛機制造，而且在近年來飛機制造技術也獲得了長足的發展，因此其應用程度也不斷獲得深入發展。在裝配方面，因為飛機裝配的過程當中，必須將零件和組件按照設計圖紙，同時遵循一定的技術要求進行組合和連接，然后形成更高級別的裝配件，進而實現整個飛機的安裝。[2]這就對于飛機裝配過程當中的零部件的尺寸以及形狀提出了更高的要求，而在飛機裝配的過程當中，傳統的飛機裝配是人工裝配，其誤差產生的概率大，而且裝配效率低。

近年來，通過飛機數字化裝配技術的發展，我國飛機裝配的效率得到有效的提升，而且飛機零部件的重量也不斷減輕，裝配結構也不斷得到優化，可見我國的飛機裝配技術處在不斷的發展過程中。

2 飛機數字化裝配技術方案分析

2.1 立柱組合式裝配方案

在數字化裝配技術當中，立柱組合式裝配技術是以型架骨架為平臺的定位基礎。在進行裝置安裝的過程當中，能夠對蒙皮和長桁進行加持，這與傳統的型架骨架有一定的區別。因為傳統的型架骨架主要由定位器和蒙皮擋件以及內型卡板等裝置來實現骨架底座上的固定功能，但是立柱組合式數字化裝配技術并不是這樣的，它是通過機械隨動定位裝置來實現固定立柱的功能。[3]

因此，采用這種技術不僅能夠從水平方向上進行蒙皮和長桁的移動，還能保證蒙皮和長橫在豎直方向也可以進行相互移動。這種組合能夠促使定位平臺更好地實現對蒙皮和長桁的精確定位，讓飛機系統更加完善安全。

2.2 十字架支臂技術

十字架支臂技術能夠確保定位裝置進行水平方向移動和豎直方向移動，因此長桁的轉動方向更加靈活，而且還能在長桁移動的過程當中對其進行空間定位。十字架支臂式數字裝配技術的基礎仍然與立柱組合式技術相同，由型架骨架構成。但是二者之間又有一定的區別，因為在十字架支臂式技術當中骨架被去除了定位器和壓緊器，因此蒙皮擋件和內型卡板得到保留，這樣能夠減少飛機的重量和安裝的繁瑣。除此之外，型架骨架上固定的十字架直臂式機械隨動定位裝置，能夠促使定位的精確性提升。[4]

3 數字化裝配技術的分析

薄壁結構在飛機結構中應用較多，且大部分零件都是鈑金件。這種零件的形狀比較復雜，容易變形，且尺寸大，剛性小，這樣一來，裝配準確度會在很大程度上決定飛機外形的準確度。飛機制作過程中會通過使用多種工藝裝備，如標準工藝裝備、零件制造工藝裝備等，通過這些工藝裝備的應用來確保飛機裝配的準確度和裝配零、組件間的協調，那么接下來重點就是如何協調零件、組合件、部件之間的準確度，下面將就這些問題展開論述。

3.1 數字化裝配原理

數字化裝配就是將若干零件通過一定的自動化信息技術原理進行合理的拼接，在拼接的過程中不是人工完成，而是通過在計算機內部輸入程序代碼，通過數控機床對零件完成自動化拼合。[5]該拼合過程的裝配和調整，以及后期的檢驗和包裝都是數控機床自動化完成，通過數字化技術進行操作和控制并且監督，因此更加高效和精準。在飛機的數字化裝配過程中，必須考慮裝配的精準程度和工藝的嚴謹性，否則就不能保證良好的裝配質量。目前，飛機數字化裝配不僅可以保證較好的裝配質量，還能有效提升生產效率，從而促使生產成本得到良好的降低。這意味著采用數字化裝配技術來進行飛機零部件的裝配，才能有效提升裝配效率和裝配質量。

3.2 數字化定位系統的控制

數字化裝配系統的控制需要通過集成線路來完成，這就需要在數字化裝配過程當中，通過遠程數據庫的操作將定位信息傳達給定位系統。而系統通過控制平臺對數據進行整理和計算，最后分析出結果，再將信息回傳給PLC進行編程控制。在這個過程當中，PLC會將這些控制信息轉化為驅動信息，再利用定位驅動器等機構對零件進行定位。這一過程的操作不僅能夠完成對零部件的定位安裝，還能驅動光學測量儀進行零件情況的實時跟蹤，確保零件的完好。在對相關數據進行分析的過程當中，零件定位的補償信息數據得以被監測，飛機零件的位置也得到最佳的測量。但是集成控制系統的組成系統非常復雜，包括設備網和控制網以及以太網等結構，這些結構互相作用，保證IP傳輸控制協議能夠良好地在開放性先進信息網絡中互相傳達。其工作原理主要是數字化裝配定位系統的集成控制，通過以太網與局域網的相互配合來實現不同系統之間的交互，從而實現零部件裝配的準確定位，確保飛機零部件能夠準確安裝。[6]在實際的裝配過程當中，設備往中間輸入和輸出系統也可能將現場的設備與PLC進行相連，相連的過程可以通過零件，也可以通過電線。這種智能化的連接能夠讓傳感器和變頻器更好地定位裝配中的零件，從而實現精準安裝。

3.3 數字化的柔性裝配

在裝配飛機的過程當中，對零部件進行優先定位是為了保證零部件能夠準確地進行安裝。只有在確保零部件定位準確的情況下，才能進行下一步的連接和裝配，從而保證飛機制造的準確度和飛機質量的安全性。因為飛機本身其外形必須符合動力美學，因此對于零部件的定位就顯得格外重要。在裝配的過程當中，采用數字化柔性裝配技術能夠保證零部件的數字尺寸與飛機整體相協調，從而保證自動化裝配得到良好實現，促進模塊重組的優化。

數字化柔性技術之所以在近年來備受關注，是因為采用這項技術則不需要使用傳統的型架。而且在裝配的過程當中，能夠對飛機的信息數字進行快速的傳遞，從而保證飛機裝配的高質量性和高效率性。數字化柔性裝配技術通常包括靜態和動態兩個模式，靜態模式是數字化裝配技術的基礎，在裝配的過程當中是裝配型架的重要框架，而動態模式之下所包含的內容則更加多樣，不僅包括機械隨動的定位設備還包括類型卡板。因此可以看出，靜態模式是動態模式的基礎，而動態模式是靜態模式的延伸，在飛機安裝的過程當中，靜態模式和動態模式兩種技術必須要結合起來。通過轉換器進行連接來實現對飛機機身零部件的完美裝配。以裝配飛機機身的零部件為例，在裝配的過程當中內型卡板和靜態模板需要用來定位蒙皮，但是將二者連接起來需要使用螺栓。[7]因此機械隨定的定位設備會對長桁進行定位，而在完成定位之后，還需要用光學測量來進行誤差補償，以便于保證蒙皮和長桁的裝配精度達到一定的要求才能確保飛機機身的安裝合乎標準。

3.4 數字化定位技術

數字化定位技術的基本原理是用數字量來將位置進行信息化，隨后進行傳遞。但是在傳遞的過程當中，還需要光學測量器的輔助從而進行誤差補償。因此，數字化定位技術是數字傳遞技術與誤差補償技術之間的良好結合，通過兩種技術來對飛機裝配的各個零部件進行精確的定位。數字化裝配技術雖然使用誤差補償技術，但是其更多使用的是數字化集成自動控制技術，從而能夠實現對飛機零部件的高效裝配。但是因為飛機的功能比較多樣化，因此在裝配的過程當中，堅固只是最基本的要求。[8]除此之外，還要實現飛機的平穩飛行，同時盡可能地減少飛機的重量，才能保證飛機在投入使用之后能更好地發揮其功用。這就需要在裝配的過程當中，對裝配零件進行易變性和剛性的檢查。同時對于鉑金件而言，要進行更好的檢測，因為通常鉑金件的尺寸比較大，重量也比較大，零件的裝配精確度會因為這些尺寸較大的鉑金件而產生影響。除此之外，這些尺寸加大的鉑金件還有可能影響飛機的動力學形態，因此，在裝配的過程當中，通過數字化裝配定位技術，才能改變這些尺寸較大鉑金件給飛機帶來的缺陷，并且確保飛機零部件的精確安裝。

3.5 基于機身壁板的數字化柔性裝備工裝技術

數字化柔性裝配工裝分為兩種，其分別為尾靜態模塊和動態模塊。其中作為裝配型架的基礎框架——靜態模塊是數字化裝配平臺的基礎，且動態模塊也是以此為基礎而建立的。動態模塊包含機械隨動定位裝置和內型卡板及和蒙皮擋件。首先，通過螺栓將內型卡板和工裝靜態模塊鏈接，其主要作用是對蒙皮進行定位，以有效保證蒙皮的外型準確度;其次，通過螺栓將機械隨動定位裝置與工裝靜態模塊鏈接，其主要作用是定位長桁。利用光學測量與誤差補償系統來確保長桁和蒙皮的裝配準確度，[9]在進行不同壁板零件的裝備時，動態模塊需要進行調整或者是更換。

4 結語

在我國航空領域的發展過程當中，飛機是非常重要的交通工具。近年來，我國在飛機裝配領域不斷獲得飛躍式的進展，但是對于數字化裝配技術的研究仍然存在一定的瓶頸和缺陷。這主要是因為我國飛機裝配技術的研究起步較晚，而且飛機的數字化裝配定位技術涉及到的科學領域比較龐雜，因此在研究的過程當中往往難度也比較大。但是為了確保飛機的外形和內部質量均符合標準，就必須提高零部件裝配的精確度和效率性。因此，應該矢志不渝地對飛機數字化裝配定位技術進行發展，推動我國飛機的裝配進程。

參考文獻：

[1] 尤海潮.數字化裝配技術概述[J].科技創新與應用，2020，296（04）：167-168.

[2] 張雙雙.基于逆向掃描技術蒙皮曲面裝配偏差分析[J].科技創新與應用，2017（26）：19，22.

[3] 李倫，李明升.關于飛機數字化裝配對接技術的研究[J].科技創新與應用，2017（15）：141.

[4] 梅中義，黃超，范玉青.飛機數字化裝配技術發展與展望[J].航空制造技術，2015（18）：32-37.

[5] 胡玉龍，王仲奇，李西寧，等.基于軸向偏差的飛機數字化裝配定位基準建模[J].制造業自動化，2015，37 （13）：38-43，47.

[6] 胡玉龍，王仲奇，李西寧，等.基于ELM的飛機數字化裝配定位運動模型[J].航空學報，2016，37（04）：1374- 1383.

[7] 王聲，梁澤榮，吳軍豪，等.關于飛機數字化裝配對接技術的研究[J].航空制造技術，2014 （21）：109-112.

[8] 馮萬喜，王彬，鞏玉強.大型水陸兩棲飛機低成本數字化裝配技術[J].航空制造技術，2014（11）：76-79.

[9] 韓煒.激光投影定位技術在飛機裝配中的應用研究[J].科技創新與應用，2019（08）：142-143.

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