飛機數字化裝配技術發展與應用

宋杰

【摘?要】數字化裝配技術的出現極大彌補了傳統裝配工藝不足，在裝配精度、效率、經濟性上都得到明顯改善。從目前技術發展水平上看，主要問題依然集中在安裝調姿上。在數字化裝配過程中，要求系統能夠實現對飛機6個空間自由度位置及姿態的精準控制，并對整個作業過程中發動機位置及姿態數據進行監督和記錄。

【關鍵詞】飛機;數字化;裝配

前言

對接安裝作業位于飛機裝配的末端，安裝質量在一定程度上決定了飛機運行的安全性和穩定性。相較于飛機研發，有關裝配的技術水平比較滯后。數字化技術的發展和應用給裝配技術創新帶來新的切入點，有必要對相關工藝進行研究。

1飛機數字化對接安裝工藝優勢

首先，數字化對接安裝工藝采用激光測量系統，定位飛機的位置和形態，對比分析后再以站位控制系統調整到指定位置。基于數字化技術的對接安裝平臺及調整定位裝置的精確度極高，有效規避傳統對接安裝過程中需反復手動調整位置的麻煩，實現快速、精準定位。其次，飛機數字化對接安裝平臺中設置電動機構，發動機位置及姿態的調整依靠專門的數字化調整裝置及定位裝置完成，大大減輕作業人員的工作強度，安裝對接工作自動化水平明顯提升，節約人力資源成本。最后，數字化對接安裝在精準測量的狀態下進行，不涉及傳統裝配過程中依靠人眼及工作經驗進行操作的過程，裝配誤差被控制在最小范圍內，飛機裝配質量和效率更高。

2數字化裝配系統實現分析

2.1現狀分析

1）新品研制設計與工藝設計缺少協同。目前，在設計完成并審簽下發后，才開始進行工藝設計，因此對于設計階段出現的裝配干涉問題及裝配工藝性問題不能提前發現。

2）新品的研制裝配周期不能有效控制。由于設計及工藝設計不在一個平臺上進行，且目前的工藝設計主要為二維裝配工藝設計形式，因此在新品研制時特別是對于復雜產品的裝配是否存在干涉、裝配順序是否合理等，均在實際裝配過程中才能暴露出來，從而影響新品的研制進度。

1.2實現目標

1）引入新的工藝設計模式，基于三維工藝方法提升工藝設計能力，形成三維裝配仿真動畫，實現對裝配工藝的理解更加透徹。

2）實現設計和工藝數據的交互和協同應用，在設計研制階段，實現利用三維工藝設計提前分析發現產品的工藝問題，避免材料、工時的浪費，同時實現基于工藝BOM進行工藝設計和工藝資料管理。

3）實現工藝信息向生產制造過程的推送，從而實現集設計—工藝—制造為一體的數字化技術路線，同時實現可視化裝配指導，避免錯裝、漏裝，提高裝配效率和裝配質量。

3裝配單元空間六自由度調姿路徑規劃技術

裝配單元空間六自由度調姿的目的是為了定位，即確定裝配單元在飛機坐標系內的位子。確定裝配單元在飛機坐標系內的位姿后，需要將該姿態與設計數模進行比較，以確定其姿態的符合性。若裝配單元實際測量的姿態不符合設計數模，則需要就其姿態進行調整，使其符合數模。從一個姿態到另一個姿態的變化，裝配單元需要運動一定的路徑。將裝配單元想象成為一個質點，從一點到另外一點可以通過多個路徑實現，其中一條路徑是最優化的，選擇這條最優化路徑的過程就是調姿路徑規劃。

數字化裝配平臺完成各項裝配操作。數字化對接安裝工藝流程中的裝配平臺相較于傳統平臺新增以電力驅動的鏈條傳動裝置，在提高飛機裝配精確性的基礎上，減輕作業人員工作壓力。在實際工作中，數字化裝配平臺需根據裝配機型進行量身定做，借助數字化調整裝置，對飛機位置、姿態進行自動調整，保證裝配過程安全性和精確性。

數字化安裝流程為：第一，飛機整機調姿。第二，飛機機調姿安裝。將飛機吊裝至指定調整位置并固定。激光測量系統與集成管理中心協同作業，計算當前飛機姿態調整所需的參數。管理中心依照得出的數據，向數字化裝配平臺中的調整裝置下達調資指令，改變飛機方位。作業人員啟動驅動按鈕，傳動系統將飛機向指定位置推進，進入接近發動機固定支架時，配合手搖方式進行慢速推進直至飛機達到指定位置[2]。固定飛機，集成管理中心向各子系統下達安裝完畢指令，子系統恢復到初始狀態，完成安裝操作。第三，安裝后檢查。對飛機姿態的精確度進行檢驗，并進行通電檢查，確保飛機裝配達到相關技術要求。

4總裝脈動生產線發動機安裝案例

以大型飛機發動機裝配為例，對一種新型的發動機裝配系統進行介紹。基于數字化技術的大型飛機發動機安裝徹底打破以往以鋼絲繩吊裝發動機的形勢，消除發動機吊裝過程中因柔性擺動而導致的發動機安裝位置難以控制、安裝精度不足的問題，真正實現可控的數字化發動機調姿過程。目前被提出的新型數字化裝配系統結合剛性提升結構、支撐系統、數字化調控系統、氣懸浮柔性補償等模塊，依照發動機與吊掛之間的連接形式，將前端主交點設計為鉛錘銷軸與球鉸連接，預留間隙有限;將后端設計為插頭與插耳連接，預留單邊縫隙2mm，以提供更大的運動靈活性。飛機發動機快速、精準對接可通過對兩交點依次進行精確調姿，以前交點為主，在完成一個交點3準確對接之后，再對其他交點的對接姿態進行調整，其余自由度通過自動補償即可完成調姿。此外，該發動機裝配工藝還將發動機的運輸、調姿、對接、保護等工作相整合，在安裝安全性、便捷性上提升明顯，可用于大中型飛機發動機快速、精確對接。隨著相關技術的優化和發展，該工藝將在飛機發動機裝配領域得到進一步的推廣。

結束語

飛機安裝對接數字化有其必然性和必要性，有利于提高飛機機裝配精度、降低裝配難度并控制裝配成本。數字化對接安裝工藝的研發和應用極大填補了我國飛機自動化裝配領域的空白，逐漸提高飛機裝配能力與自主研發能力間的匹配程度，促進航空事業進一步發展。

參考文獻：

[1]趙永濤.飛機數字化裝配中工業機器人應用[J].數字通信世界，（10）：202-203.

[2]郭寶林.淺談基于數字化技術的航空發動機裝配[J].內燃機與配件，（18）：36-37.

（作者單位：中航飛機股份有限公司）