大型飛機數字化裝配技術研究

李城 李進平

摘 要：通過分析數字化裝配技術背景和發展現狀，指出了數字化裝配技術在保證大飛機結構長壽命、高可靠性、高效率、低成本等方面的意義，強調飛機數字化裝配技術已成為我國飛機裝配技術的重要發展方向；文章對數字化裝配自動精密制孔、數字化對接平臺、系統集成控制等技術進行了概述。希望可供行業內人員參考，共同推進大型飛機數字化裝配技術研究。

關鍵詞：大型飛機 數字化 裝配 制孔

中圖分類號：V26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）12（c）-0005-02

大飛機制造是衡量大國工業綜合實力的重要組成部分，大飛機機體結構特點是尺寸大、可靠性要求高、壽命要求長。我國是世界上少數幾個具備大飛機制造能力的國家之一，但我國在飛機數字化裝配領域尚處于初步發展階級，隨著飛機復合材料運用比例的提高，以及對飛機產品質量和生產效率的提升要求，數字化裝配技術已經成為我國飛機裝配技術發展的新方向。對大飛機數字化裝配技術的研究將對我國大飛機裝配水平及航空企業數字化制造水平的全面提升起到重要的推動作用。

1 數字化裝配技術研究現狀

隨著時代的發展，大型飛機也在逐步發展，其結構技術更加復雜，這也為大型飛機裝配提出了挑戰，如今，傳統的飛機裝配技術已經不能滿足飛機裝配的發展需求了。首先，大飛機結構復雜，裝配工作量大，手工制孔包含定位鉆模、制初孔、擴孔、鉸孔、锪窩等操作過程，制孔效率遠不如設備制孔鉆锪一次成型，裝配周期難以滿足生產進度要求，手工制孔大量采用鉆模也增大了工裝成本，同時增加更改成本和更改貫徹周期。其次，飛機制造上復合材料運用越來越廣泛，傳統手工制孔不利于工人健康，且復合材料制孔容易出現劈裂、分層、灼燒等問題，手工制孔難以復合材料制孔質量要求。最后，制孔質量不穩定，手工制孔、劃窩方式，無法有效保證精確的制孔孔徑、制孔垂直度及锪窩深度，影響連接強度及飛機表面齊平度。數字化裝配能有效提高飛機結構連接疲勞強度，提升生產效率，降低工人勞動強度和生產成本，利用數字化進行飛機裝配是發展的必然趨勢。

世界航空制造業巨頭波音、空客、洛克希德。馬丁公司等在20世紀80年代已開始發展飛機數字化裝配技術，現已廣泛運用于飛機大批量裝配生產，大幅提升了飛機產量。目前國內數字化裝配應用規模有限，在壁板自動鉆鉚技術上運用相對成熟，機身總裝、翼盒總裝、活動翼面裝配的數字化裝配運用已取得一定成果，技術尚未成熟，主要還是依賴人工操作完成。

2 數字化裝配技術概述

2.1 自動化精密制孔

飛機結構故障絕大部由結構連接部位出現裂紋并擴展引起，為滿足大飛機長壽命連接以及高效率和高可靠性的技術要求，我國已飛機數字化裝配作為航空制造的重要發展方向。

自動化制孔設備具有法向檢測、相機找正、磁感找正、自動壓緊、刀具檢測、自動探孔等功能，可一次性高速完成制孔并锪窩，實現自動找正/自動制孔/自動安裝臨時緊固件。設備定位精度可達0.1m，重復定位精度0.05mm以內，制孔孔徑精度達到H8。對于常見的航空材料為鋁合金、鈦合金和復合材料，可以完成混合夾層結構的一次性制孔，制到不同夾層材料設置自動調整轉速、進給速度等制孔工藝參數。現代自動化制孔技術研究包括數字化測量技術、數據集成與控制技術、離線編程技術，以及加工工藝流程分析和工藝參數研究等內容。

2.2 系統集成控制技術

飛機數字化裝配的過程中，需要很多系統的協調配合，這些系統共同為數字化裝配提供數據，系統集成控制技術將這些數據進行整合，保證數據之間的交互協調。系統集成控制技術的研究主要包含以下幾個方面：首先，需要研究數據采集技術，以及能夠配合數字化裝配系統的多系統集成[5]。其次，要對數據處理的標準和系統接口技術進行研究。最后，需要進行三維控制技術和實時監控反饋的在線控制技術研究。

2.3 飛機中壁板結構的裝配

壁板結構是飛機機翼和機身中的常見結構，依據壁板裝配工藝性分析，壁板結構便于利用好數字化的裝配技術，結合自動鉆鉚設備攻關關鍵技術難點與技術方案、工藝流程，可使用壁板預裝配柔性工裝系統、壁板自動鉆鉚系統、壁板拼接柔性工裝系統等完整的壁板組件數字化裝配系統，飛機壁板結構的裝配過程中運用這些系統，實現壁板組件的數字化裝配流程，自動采集相關數據進行分析處理，將整個系統的數字化協調能力充分發揮出來，對壁板組件的裝配以及后期工作的開展提供了很大的便利，顯著提升壁板組件裝配效率和產品質量。

2.4 數字化對接平臺

利用數字化支撐定位的設備，可以確保在機翼的安裝過程中，始終處于安裝姿態，通過對數據的傳遞可以實現對設備運動方向的控制與約束，調整定位姿態，最終實現飛機外翼與中央翼的有效對接。對接區多采用自動化的設備進行制孔，采用高干涉緊固件連接，有助于提升部件的疲勞壽命。在機翼的上下翼面需要分別安裝一臺柔性加工機床，配有自動鉆鉚裝置，制孔和鉚接可一次完成。通過激光設備可以對飛機機翼的不同位置進行定位，同時獲得更好的數據反饋，反饋給數控定位系統進行姿態調整，也可以進行機翼對接后的扭曲度測量。

3 數字化裝配技術發展

數字化裝配技術在很多方面都有著廣泛的應用，當其應用在飛機裝配上時，可以為飛機裝配提供了完善的裝配過程記錄信息，也使得飛機裝配更加精細化，提高裝配質量和生產效率。我國這些年來加大了這方面研究力度，并取得了一定成果，但數字化裝配系統控制技術發展與運用需求結合不夠深入，這需要在飛機數字化裝配運用中不斷探索、驗證、發展，制定科學的發展戰略來促進數字化裝配技術發展。熟練掌握現有技術的同時，不斷引入新的設備和技術[6]，加大數字化裝配技術人才培養力度，以滿足將來飛機制造產業發展需求。

4 結語

綜上所述，對于大型飛機的裝配，采用數字化裝配技術有助于提高產品質量、生產效率，是實現未來大型飛機批量生產的必然選擇，然而，目前我國在飛機裝配領域仍然以人工操作為主，勞動強度大，生產周期長，制造成本高。我國需要加強自動化精密制孔技術、系統集成控制技術，以及數字化裝配技術運用方面的研究。有了技術人員的不懈努力，相信不遠的將來，數字化裝配技術將會廣泛運用于我國飛機制造產業中。

參考文獻

[1] 成書民，張海寶，康永剛.數字化裝配技術及工藝裝備在大型飛機研制中的應用[J].航空制造技術，2014（22）：10-15.

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[3] 董一巍，李曉琳，趙奇.大型飛機研制中的若干數字化智能裝配技術[J].航空制造技術，2016（Z1）：58-63.

[4] 周園，張莎莎，周旭.大型飛機數字化裝配技術初探[J].科技創新導報，2015（15）：96.

[5] 宋利康，朱永國，劉春鋒，等.大飛機數字化裝配關鍵技術及其應用[J].航空制造技術，2016（5）：32-35.

[6] 季青松，陳軍，范斌，等.大型飛機自動化裝配技術的應用與發展[J].航空制造技術，2014（Z1）：75-78.