航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)探討

郝 斌，張振興

（中國(guó)航發(fā)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)研究所，遼寧沈陽(yáng) 110015）

0 引言

航空機(jī)械制造質(zhì)量決定航空發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量。確保航空發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率、參數(shù)的穩(wěn)定是航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)首要解決的問(wèn)題。航空發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量受人為因素干擾，傳統(tǒng)航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)，很難實(shí)現(xiàn)數(shù)字化裝配，結(jié)合傳統(tǒng)技術(shù)與數(shù)字化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化技術(shù)裝配航空發(fā)動(dòng)機(jī)。

1 傳統(tǒng)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)存在的問(wèn)題

數(shù)字化裝配技術(shù)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)制造的重要手段。航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配成本占發(fā)動(dòng)機(jī)成本的40%，裝配工作量占整體工作量的50%。傳統(tǒng)技術(shù)裝配航空發(fā)動(dòng)機(jī)的劣勢(shì)。①裝配工作以人力為主，很難避免失誤，易發(fā)生錯(cuò)裝或者漏裝，無(wú)法滿足航空發(fā)動(dòng)機(jī)要求；②精準(zhǔn)度性能低。人工裝配不可避免人為誤差，降低發(fā)動(dòng)機(jī)精準(zhǔn)度，誤差大影響發(fā)動(dòng)機(jī)使用，甚至導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)損壞；③裝配人員能力及專業(yè)水平方面存在差異，導(dǎo)致裝配工作中誤差變大，同一種型號(hào)但經(jīng)不同人員裝配導(dǎo)致的裝配問(wèn)題，影響發(fā)動(dòng)機(jī)工作效率；④易造成精準(zhǔn)儀器損壞。航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配精準(zhǔn)度高，對(duì)裝配儀器要求高，裝配人員要正確使用精密儀器。

裝配技術(shù)影響航空發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和性能，應(yīng)用數(shù)字化裝配技術(shù)降低失誤率，提升發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量和工作效率。

2 數(shù)字化裝配的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 虛擬裝配技術(shù)

虛擬裝配是數(shù)字化裝配技術(shù)的關(guān)鍵，模擬技術(shù)將裝配過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題可視化，監(jiān)督整個(gè)裝配過(guò)程，修改虛擬檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)的問(wèn)題。體現(xiàn)在數(shù)值計(jì)算、工作面布局、裝配工藝規(guī)劃以及裝配操作模擬。虛擬裝配技術(shù)將虛擬裝配轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)態(tài)仿真裝配，優(yōu)化車間布局，提升裝配效率。

（1）虛擬裝配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)建立。虛擬裝配系統(tǒng)指對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)及裝配規(guī)劃在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)裝配的集成系統(tǒng)。建立虛擬裝配系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，利用CAD（Computer Aided Design，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）系統(tǒng)的零件物理特征以及幾何模型，將零件信息錄入到虛擬裝配系統(tǒng)，在虛擬環(huán)境中模擬零件裝配，裝配人員與虛擬裝配系統(tǒng)進(jìn)行交互，完成裝配過(guò)程。

（2）裝配模型建模技術(shù)。通過(guò)數(shù)字化處理將產(chǎn)品轉(zhuǎn)換成三維數(shù)字化模型，優(yōu)化處理的技術(shù)稱為裝配模型建模技術(shù)，通過(guò)集合關(guān)系和約束依賴關(guān)系來(lái)完成，將工裝以及工具作為零件來(lái)制定操作規(guī)則，形成整體裝配模型。該技術(shù)優(yōu)勢(shì)是發(fā)揮傳統(tǒng)裝配技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，將其進(jìn)行數(shù)字優(yōu)化處理，方便裝配過(guò)程中的交互。

（3）裝配過(guò)程仿真技術(shù)。①分析裝配過(guò)程。初級(jí)裝配階段，仿真技術(shù)診斷裝配過(guò)程中的問(wèn)題，判斷流程是否滿足裝配要求，解決裝配過(guò)程中的問(wèn)題；②分析裝配的精準(zhǔn)度。對(duì)裝配工藝的要求越來(lái)越嚴(yán)格，對(duì)后期產(chǎn)品零件的裝配技術(shù)提出了更高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，需要保證裝配精準(zhǔn)度，做出合理的判斷。

2.2 裝配工藝過(guò)程數(shù)字化柔性設(shè)計(jì)

（1）實(shí)體建模技術(shù)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)體模型對(duì)于裝配尺寸的要求嚴(yán)格，通過(guò)實(shí)體建模技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)字化裝配技術(shù)處理，要精準(zhǔn)了解實(shí)體尺寸。實(shí)體建模技術(shù)按照主模型尺寸要求模型的尺寸，降低建模與實(shí)體之間的誤差，提升裝配質(zhì)量。

（2）工藝過(guò)程設(shè)計(jì)技術(shù)。航空發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)施數(shù)字化裝配前，了解發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工藝特征，了解各種型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的不同和裝配技巧，選擇合理的裝配方式，提升零件的使用率，提高裝配的效率，實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)的自動(dòng)化。

（3）基于形位公差的裝配容差分析技術(shù)。通過(guò)運(yùn)算方式完成裝配技術(shù)的模擬分析。通過(guò)對(duì)容器差異以及零部件上的差異進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，按照不同的零部件優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)選擇合適的容器，不是傳統(tǒng)的只考慮容器的實(shí)用性能來(lái)選擇，提升容器的時(shí)效性以及裝配質(zhì)量。

2.3 裝配工藝可視化技術(shù)

航空發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)中，裝配人員按照裝配卡上的指標(biāo)裝配，簡(jiǎn)化裝配流程，提升工作效率，由于不能通過(guò)圖片以及文字對(duì)裝配過(guò)程動(dòng)態(tài)處理，導(dǎo)致操作人員很難發(fā)現(xiàn)后續(xù)出現(xiàn)的問(wèn)題。可視化技術(shù)將文字信息與二維、三維技術(shù)結(jié)合，動(dòng)態(tài)檢測(cè)裝配過(guò)程，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。

3 裝配制造數(shù)字化

航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配制造數(shù)字化主要問(wèn)題除了工裝、裝配工藝外，還有裝配管理、裝配檢查。裝配制造數(shù)字化是通過(guò)發(fā)揮數(shù)字化優(yōu)勢(shì)來(lái)提升裝配的質(zhì)量和生產(chǎn)能力，提升裝配的效率和質(zhì)量。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配零件數(shù)量多、復(fù)雜程度高且大部分不是標(biāo)準(zhǔn)部件，精準(zhǔn)度很難控制，導(dǎo)致航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)還停留在傳統(tǒng)手工操作和半自動(dòng)化的裝配方式，裝配精度依賴于人為的鑒定。在裝配定位方面，航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)依賴于剛性裝配工裝定位、劃線定位等方法，適用特定型號(hào)的發(fā)動(dòng)機(jī)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)變化，需要重新定制裝配工裝以及裝配軟件、設(shè)備，增加生產(chǎn)周期，無(wú)法保證航空發(fā)動(dòng)機(jī)的精準(zhǔn)度。

航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)向數(shù)字化發(fā)展，傳統(tǒng)的剛性定位向自動(dòng)化、數(shù)字化發(fā)展，提升發(fā)動(dòng)機(jī)裝配效率。柔性裝配作為航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配數(shù)字化技術(shù)的技術(shù)手段，此種工裝技術(shù)應(yīng)用在不同尺寸、不同型號(hào)零部件的裝配中，滿足裝配中對(duì)不同產(chǎn)品的定位，確保裝配的精準(zhǔn)度。該裝配技術(shù)可以短時(shí)間內(nèi)快速的研制且制造成本低，此技術(shù)包括數(shù)據(jù)采集、處理系統(tǒng)、柔性工裝技術(shù)。

柔性裝配檢測(cè)技術(shù)。通過(guò)光學(xué)測(cè)量與補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行裝配檢測(cè)，利用激光跟蹤儀等數(shù)字測(cè)量系統(tǒng)監(jiān)督裝配過(guò)程，對(duì)裝配產(chǎn)品的測(cè)量以及相關(guān)控制點(diǎn)(關(guān)鍵特性)的位置，建立產(chǎn)品零部件基準(zhǔn)坐標(biāo)系統(tǒng)。

數(shù)字測(cè)量技術(shù)由傳統(tǒng)的測(cè)量發(fā)展成集監(jiān)督與測(cè)量于一體的綜合測(cè)量技術(shù)。對(duì)于裝配數(shù)字化來(lái)說(shuō)，從被動(dòng)轉(zhuǎn)為主動(dòng)，從單一轉(zhuǎn)為多樣的測(cè)量技術(shù)，提升裝配工作的精準(zhǔn)度。通過(guò)由點(diǎn)及面，發(fā)揮數(shù)字測(cè)量技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，形成先進(jìn)的裝配數(shù)字化技術(shù)。裝配技術(shù)正在逐漸發(fā)展成為集數(shù)字、網(wǎng)絡(luò)、靈活、精準(zhǔn)于一體的數(shù)字化技術(shù)，提升我國(guó)航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量。

4 結(jié)束語(yǔ)

研究航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配技術(shù)的數(shù)字化，提升發(fā)動(dòng)機(jī)裝配工作效率，加強(qiáng)創(chuàng)新能力，學(xué)習(xí)國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)裝配的數(shù)字化，提出可行的解決方案，促進(jìn)我國(guó)航空事業(yè)的發(fā)展。