數(shù)字化柔性裝配的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計

摘 要：數(shù)字化柔性裝配的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計是一種新型的飛機裝配設(shè)計方式。通過該項技術(shù)可以很好的促進飛機裝配和制造活動的開展。文章通過對數(shù)字化柔性裝配飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的相關(guān)闡述，分析了數(shù)字化柔性裝配設(shè)計的相關(guān)方法。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；柔性；裝配；設(shè)計

1 數(shù)字化柔性裝配的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計概述

介于飛機制造的裝配工作周期長、占用場地大、工作量大以及工作效率低等特點，在現(xiàn)階段的飛機制造過程中，如何減小飛機裝配工作量以及裝配難度、縮短飛機裝配時間、提高飛機裝配質(zhì)量等是飛機制造行業(yè)主要考慮的問題。隨著科技和航空產(chǎn)品制造技術(shù)的發(fā)展，一些國外先進航空公司提出了飛機柔性裝配概念。與傳統(tǒng)裝配技術(shù)相比，該裝配技術(shù)適用范圍更加廣泛，裝配過程更加簡化，只需較少的勞動力，同時能夠保證良好的裝配質(zhì)量。數(shù)字化柔性裝配技術(shù)的工作原理是：通過飛機數(shù)字化的設(shè)計，進行飛機裝配的數(shù)字量傳遞，通過結(jié)構(gòu)化的裝配工藝技術(shù)和工裝設(shè)計制造技術(shù)以及數(shù)字化定位和檢測技術(shù)等，充分結(jié)合柔性裝配技術(shù)的需求以及特點，進行飛機數(shù)字化柔性裝配。

2 數(shù)字化柔性裝配的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)

該技術(shù)是通過數(shù)字化的飛機設(shè)計來對飛機進行數(shù)字化的裝配。在進行飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的環(huán)節(jié)中，通過對裝配過程中可能出現(xiàn)問題的綜合考慮，真正確保飛機在裝配過程中能夠快速、高效、優(yōu)質(zhì)地實現(xiàn)裝配。數(shù)字化柔性裝配的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計技術(shù)主要包括以下方面：

2.1 分析飛機的裝配結(jié)構(gòu)以及裝配性能

對飛機裝配結(jié)構(gòu)的分析就是在飛機設(shè)計過程中對飛機可裝配性的分析。飛機裝配性能分析需要在飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計完成之后進行，通過對分級結(jié)構(gòu)的裝配性能分析來幫助改進飛機裝配結(jié)構(gòu)，從而滿足飛機數(shù)字化柔性裝配的要求。

2.1.1 對飛機采用模塊化方式進行設(shè)計。可以在設(shè)計前對飛機的各個組成部分進行分析，了解飛機各個部位的特征以及屬性，然后根據(jù)分析對飛機進行模塊化的設(shè)計，從而方便飛機的裝配工作。

2.1.2 采用整體性的結(jié)構(gòu)設(shè)計。為了方便飛機的裝配工作，需要減少飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計中的零部件以及組件的數(shù)量，盡量采用整體結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.1.3 促進設(shè)計的多功能化。可以采用一些多用途零部件來進行飛機的裝配，通過多用途零部件的作用來簡化飛機裝配的工作量。

2.2 運用三維數(shù)字化模型預裝配以及裝配虛擬仿真等技術(shù)

通過三維模型數(shù)字化預裝配技術(shù)可以對飛機進行相關(guān)的檢驗以及分析，確保飛機的可裝配性。同時，利用零部件的三維造型和對產(chǎn)品的數(shù)據(jù)管理等方式可促進飛機結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)、整個飛機的系統(tǒng)設(shè)計過程以及零部件的檢查等活動，確保設(shè)計環(huán)節(jié)的有效性和準確性，減少飛機裝配過程中的更改等問題。同時，借助虛擬環(huán)境和三維數(shù)字化模型進行飛機設(shè)計時，可以對飛機的部件對合以及飛機設(shè)備的安裝進行仿真模擬，通過對實際裝配過程的模擬，對飛機的設(shè)計方案進行檢驗，確保飛機安裝的順利進行。

2.3 柔性裝配結(jié)構(gòu)設(shè)計

進行柔性化的飛機裝配，需要對飛機結(jié)構(gòu)中的相互位置關(guān)系進行合理的空間定位以及檢測工作。例如，進行無型架的裝配時，需要運用激光準直定位技術(shù)，這就需要進行飛機上的激光定位孔系結(jié)構(gòu)設(shè)計。所以，在進行飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應結(jié)合柔性裝配結(jié)構(gòu)的功能特征來進行，以方便飛機柔性裝配定位以及檢測的實現(xiàn)。

2.4 裝配公差的分析和綜合

裝配公差的分析和綜合是以對飛機裝配形位精度的控制為目標的，并且建立在飛機裝配結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)之上，通過人機交互來進行飛機裝配公差封閉環(huán)的確定，然后根據(jù)對約束圖的求解就可以準確的得到飛機的裝配公差組成環(huán)，通過尺寸鏈的生成來提取飛機裝配尺寸和裝配公差信息。此外，還可以利用“補償環(huán)”設(shè)計以及在飛機裝配中進行統(tǒng)一狀態(tài)控制和測量等方法減少飛機裝配誤差，提高飛機裝配的精度。

3 數(shù)字化柔性裝配飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本要素

3.1 對結(jié)構(gòu)裝配定位點的合理選取

對飛機裝配進行定位點設(shè)計是為了減少裝配的制造環(huán)節(jié)，同時也可以保證零部件的外形及性能。因此，需要飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計人員以及裝配作業(yè)人員共同進行裝配定位點的選取和確定。實際操作過程中，需要注意對蒙皮類薄壁組件以及框、肋類組件的定位點選取。

3.2 飛機裝配中的自動制孔鉚接結(jié)構(gòu)

不同于傳統(tǒng)的手工鉚鉆方式，數(shù)字化柔性裝配飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用自動裝配制孔技術(shù)進行飛機裝配，通過自動化的鉚鉆方式、對裝配連接件校正基準孔和預定位孔的準確合理布置，提高了飛機裝配效率和裝配精度。

3.3 飛機分離面的劃分以及結(jié)構(gòu)開敞性

飛機的分離面分為設(shè)計分離面以及工藝分離面兩部分。進行柔性裝配工藝需要對飛機分離面進行合理劃分。在具體設(shè)計中，對飛機分離面的劃分要做到便捷性、規(guī)范性、通用性以及開敞性的綜合協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

3.4 飛機裝配過程中的結(jié)構(gòu)設(shè)計

數(shù)字化柔性裝配技術(shù)對飛機裝配的精度要求比較高，因此對飛機裝配過程的結(jié)構(gòu)設(shè)計十分重要。具體需要考慮以下幾點：

3.4.1 需要注意考慮飛機零部件在制造以及裝配過程中的力學性能變化問題。在飛機零件的制造和裝配過程中，需要注意環(huán)境溫度因素，還需要對零部件的連接狀況以及重力因素進行考慮，減少制造和裝配過程中零部件外形和尺寸的變化，減少誤差，確保裝配以及飛機使用過程中零部件的性能。

3.4.2 需要對飛機裝配中不同連接方式測量基準進行分別考慮。例如，對半硬殼式機身段和活動面之間的對接；對機翼和機身之間的對接等。針對不同的飛機裝配和連接方式，測量工作需要采取不同的標準。

3.4.3 需要注意不同的制造工具以及裝配設(shè)備對飛機零件結(jié)構(gòu)設(shè)計的不同要求。數(shù)字化柔性裝配方式需要運用新型制造和裝配工具，從而適應飛機制造發(fā)展的需求。

4 結(jié)束語

飛機制造是一項系統(tǒng)化的工程，需要較高的技術(shù)水平，對零部件制造工藝與裝配工藝都有較高要求。通過數(shù)字化柔性裝配的飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計，可以解決現(xiàn)階段飛機裝配過程中遇到的很多難題，簡化飛機裝配工序，提高飛機裝配效率和裝配質(zhì)量，從而促進飛機制造業(yè)的發(fā)展。

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作者簡介：陳建平（1972，6-），男，籍貫：貴州，單位：中航通飛研究院，職稱：副高，研究方向：飛機結(jié)構(gòu)設(shè)計。