飛機裝配智能制造體系構建及關鍵技術

趙越

【摘?要】智能裝配關鍵技術的應用，構建航空發動機智能裝配技術體系總體框架，為即將量產機型或新機研制裝配生產提供新技術、新方法，加強中國發動機制造裝配技術中的薄弱環節，為不久的將來能夠制造出具有競爭力的國產航空發動機高端裝備提供借鑒。

【關鍵詞】飛機裝配;智能制造體系;關鍵技術

前言

當今航空工業迅猛發展，飛機的研制任務日益增多，航空運輸業的快速發展帶來新型飛機需求量的急劇增長，傳統的機庫式飛機裝配模式，各個工序之間相互影響、互相牽制，直接影響物料、人員、設備、工具等的高效使用，導致現場問題反饋和處理緩慢、裝配周期長，這樣的裝配模式已無法適應現代飛機快速研制的要求。為滿足新的業務需求和挑戰，智能制造體系應運而生。

1智能化裝配技術發展面臨挑戰

1.1裝配工藝規劃重組和節拍優化，不確定性因素多

基于傳統固定站位裝配模式的變革，需要從裝配工藝源頭開始進行工藝梳理，重點對工藝防錯、防呆、防漏優化重組，結合發動機裝配的構成，按站位合理分解裝配工藝路線、節拍控制、裝配任務、裝配BOM、工藝裝備、檢測設備及器具等，涉及業務面廣、協調難度大、硬件投入成本高，諸如此類的問題將帶來很多不確定因素。

1.2裝配線建設技術路線不清晰，風險大

國外航空發動機制造商，根據飛機總裝脈動生產線的成功應用經驗，結合新一代發動機的技術特點，借鑒水平脈動式裝配模式，實現精益化制造，極大地提高了裝配效率;而國內長期以來受技術體系習慣約束，航空發動機裝配仍沿用“兩裝兩試”的串行裝配流程和相配套零件制造工藝，單元體模塊化設計的獨立性、通用性均不強，單項關鍵新技術、新裝備運用不成熟，信息化管理存在盲區。

1.3裝配模式受習慣性束縛，改變困難，效率低

航空發動機裝配習慣于傳統的生產組織形式、生產流程和工裝工具。工藝規范體系不系統、不配套、不統一，涉及人員頻繁離線、清洗、標印、領物料、尋找工具、工裝等。以可視化和信息化為代表的新技術運用，與傳統生產工藝設備不配套、不融合，資源數據信息不完整、更新不及時，人機交互不友好，極大地影響工作效率，與生產人員績效考核指標抵觸，使生產組織模式變革的阻力加大。

1.4裝配物料信息交互實時性差，配送環節不暢通

航空發動機結構包括數千或上萬個零件以及由這些零件組成的組件、部件、單元體和系統附件及成品件。其中存在裝配執行過程中的零部件信息標識、識別管理、質量追溯困難等問題。物料信息采用人工傳遞，實時性差，物料配送效率不高，對于裝配現場出現的質量問題，配送料響應性慢等問題普遍存在，嚴重影響整體交付周期。

1.5信息化技術實施深度不夠，缺乏制造數據源

發動機的裝配信息流包括裝配工藝數據管理、設備狀態管理、執行過程管理、質量狀態控制等執行層面數據。其業務流程復雜，質量要求嚴格。基于固定站位傳統裝配模式，配套工裝、工具和檢測器具，采用機械式或半自動化設備，無法完成與信息化管控系統的深度集成，缺少數據采集所必要的傳感器軟硬件接口，造成發動機采集質量數據不完整，物料信息、生產進度、設備狀態無法及時準確獲得，生產計劃自動排產失效，制造質量數據可信度不高。

2智能化裝配技術體系

2.1規劃仿真優化技術

針對發動機裝配產能需求，根據生產線建設條件，基于數字化環境下對單元體和總裝產線的相關工裝、設備、物流系統等進行布局建模，根據裝配工藝流程虛擬動態模擬產品的生產制造流程仿真，評估并及時發現單機或混線生產中制約產線平衡的瓶頸因素、裝配工藝可行性、裝配操作人機工程可達性等仿真，從而制定出前瞻性的決策和優化實施方案，使產線產能布局最優、效率最高，減少產線硬件成本投入和縮短建設周期，降低產線構建的風險。

2.2智能檢測技術

在發動機裝配過程中，如葉尖間隙測量、裝配深度尺寸測量，管路裝配檢查等，使用的檢具形式主要采用機械式檢具，以手工測量肉眼讀取完成，測量結果由檢驗人員手工記錄，而對發動機外部裝配如管路裝配、保險絲等，檢查往往依靠人工目測，檢查手段簡單且評判標準難以統一，在實際執行過程中發動機外部錯（漏）裝、錯（漏）保、磕碰劃傷及管路間隙不合格等外觀質量問題頻發。主要技術研究重點：（1）在線數字化測量和分析技術;（2）基于人工智能外部裝配質量智能檢測技術，對裝配管路、保險絲等按要求進行檢查;（3）單元體自動對中檢測技術。

2.3智能裝備應用技術

發動機裝配存在大量對接裝配，需采用螺栓連接、大過盈量的軸孔配合等，對擰緊力矩、壓裝力和位置具有精確控制要求。航空發動機的裝配操作步驟多、結構復雜，作業交叉現象嚴重，傳統裝配托架無法滿足現有發動機多方位、多角度的裝配需求;對于傳統總裝脈動裝配需要用行車吊運方式在1個工位裝配完成后，到下1個工位繼續裝配，無法滿足脈動生產的節拍需求;對于動力渦輪類相對質量較大零部件的安裝，操作人員難以用托舉來完成對其進行位姿調整和對接，使之易發生磕碰，損傷產品的風險較高等。針對上述情況，結合發動機結構特點定制化開發智能裝備與智能管控系統集成，實現裝配過程質量數據的自動采集、分析、決策和追溯。通過智能化裝配應用，提高發動機的裝配質量和穩定性。當前主要技術研究重點：（1）航空發動機裝配緊固件智能擰緊技術;（2）關重件精密配合力位控制精準壓裝技術;（3）發動機裝配支撐多自由度柔性定位技術;（4）基于AGV移載脈動裝配輸送對接技術;（5）外部管路AR輔助裝配技術;（6）人機協作輔助裝配技術;（7）基于機器人自動化涂膠技術;（8）基于水平懸掛式脈動裝配輸送系統。

結束語

總之，智能化航空裝配生產線是借助數字化、智能化、網絡化技術，通過集成、仿真、分析、控制等手段，實現航空脈動裝配生產線的動態感知、實時分析、自主決策和精準執行。

參考文獻：

[1]張森棠，付龍，賀芳.面向航空發動機的數字化生產線探索與實踐[J].航空制造技術，2015，37（22）：73-77.

[2]劉超，趙洪豐，胡一廷，等.數字化裝配在航空發動機裝配中的應用研究[J].航空制造技術，2015，58（21）：46-50.

（作者單位：中航飛機股份有限公司）