基于模塊化裝配的某型直升機部裝線策劃

◎劉勝 孔垂峰 熊俊

一、概述

飛機裝配是根據尺寸協調原則，采用裝配工裝、工具、設備等將飛機零件依據設計圖樣和技術要求，按規定的裝配流程進行定位、組合、連接形成更高一級裝配件或整機的過程。如只考慮成本的因素，單架生產或少量生產一般盡量減少工裝品種，采用人工裝配方法。而大批量生產的飛機裝配實現低成本則需要盡量增加平面化作業，提升標準化作業，縮減單架機生產周期。綜合考慮裝配質量、裝配成本和裝配效率，不斷改進飛機裝配方式，提高飛機裝配技術水平是現代飛機制造的必然趨勢。

與民航大型客機的裝配方式相比，直升機機身外形變化較大，采用統一的數字化裝配技術難度大；機身結構尺寸相對較小，布置數字化調整、定位工裝空間小，對數字化設備的集成度要求較高；直升機制造存在多品種、小批量的特點，裝配過程更改頻繁。因此直升機裝配不能直接采用民航大型客機的裝配思路，應充分考慮直升機裝配的特點和需求，采用模塊化裝配的思路進行直升機部裝生產線的策劃。

二、基于模塊化裝配的直升機部裝線策劃

直升機部裝生產線是根據產品數據和工藝方案，將直升機從零件裝配成組件、部件，并最終形成機身結構的裝配線。直升機部裝生產線由不同裝配站位串聯、并聯組成，每個站位包含不同的裝配單元。裝配單元由裝配和加工兩部分工作組成，裝配工作包括產品的定位、夾緊、調姿、檢測、分解、再定位等工序；加工工作包括產品的制孔、锪窩、涂膠、連接等工序。

直升機部裝生產線一般包括：廠房、裝配工裝、加工設備、測量設備、工作梯臺、運輸設備、能源設施等。直升機部裝生產線規劃的主要內容包括如下方面：

A.依據直升機產品數據制定滿足質量、產能、成本等要求的機身結構裝配方案；

B.規劃組件裝配工裝、部件裝配工裝、總裝配工裝、架外工裝、臨時放置架的結構形式和結構尺寸；

C.根據裝配站位技術要求，規劃加工設備的品種、形式；

D.根據裝配站位要求和工裝、設備特點，規劃工作梯臺的結構形式和移動方案；

E.根據移動方案和接口形式，規劃移動車的形式；

F.依據裝配方案，規劃廠房尺寸、吊車參數、通道寬度、跨數與跨寬，地面平整度、地面承載力、物流大門等要求；

G.綜合考慮廠房、裝配工裝、制孔設備、工作梯臺、移動運輸車等方案，規劃能源布局方案，包括：壓縮空氣設施、吸塵設施、配電設施、弱電設施等。

1.直升機機身結構組成。

直升機機身結構一般由前機身（包含座艙罩）、中機身、過渡段、尾部結構（由尾梁和尾斜梁組成）、平尾、動力艙整流罩、其它整流罩及口蓋組成。圖1 為美國UH—60A 直升機結構示意圖。

圖1UH-60A 直升機結構簡圖

2.直升機部裝方案。

（1）裝配基準的選擇。

飛機的部裝方案設計首先要依據飛機的特點確定裝配基準及裝配流程。在選擇定位基準和裝配基準時應遵循以下四個原則：

①裝配基準與設計基準統一的原則。

②裝配定位基準與零件加工基準統一的原則。

③裝配基準與定位基準重合的原則。

④基準不變原則。

依據直升機特點，直升機的主要性能和飛行安全主要取決于升力系統、傳動系統、動力系統以及飛控系統，這些系統的制造準確度必須保證。所以優先考慮這些關鍵系統的安裝接口作為直升機機身結構裝配的首要定位基準。機身結構首要定位基準如下：

A.主機身定位基準：主減速器安裝接口、發動機安裝接口、機身與尾梁對接接口、起落架安裝接口、短翼安裝接口

B.尾段定位基準：機身與尾梁對接接口、起落架安裝接口、中部減速器安裝接口、尾部減速器安裝接口

首要基準確定后，依據定位基準和裝配基準選擇原則，可以采用主要的框、梁作為第二、第三基準，即裝配基準以骨架為基準。通過裝配工裝定位框、梁，裝配形成骨架，蒙皮貼合骨架定位鉚接，整個裝配過程實現裝配基準由零件向組件、部件、大部件對接進行基準傳遞，裝配誤差由機身內部向外部積累。基準傳遞還應考慮裝配過程總的定位基準和定位方式，各零部件之間的約束關系，各零部件與型架之間的關系，基準對下一級裝配過程中的影響。為了減少直升機裝配誤差積累，應在直升機研制產品設計、工藝設計高度并行階段，盡量統一產品設計基準、制造基準、裝配基準和檢測基準，并依據產品連接結構、零件類型特點，確定合理的設計補償和工藝補償。

（2）直升機部裝典型工藝流程。

直升機部裝典型工藝流程，一般分為組件裝配、部件裝配、架內總裝對接、總裝架外以及大部件對接，如圖2 所示（按國內直升機制造廠常規工藝分工，前四部分為部裝工作內容）。其中，前機身裝配、中機身裝配、過渡段裝配及座艙罩裝配為并行工序，架內總裝對接及總裝架外為串行工序。

圖2 直升機部裝裝配流程圖

（3）模塊化裝配單元的確定。

基于模塊化裝配的部裝線策劃，是在傳統產品模塊化的基礎上，基于飛機產品弱剛性的特點，依據工裝定位、夾緊、保形的需要，將裝配工裝進行模塊化的設計、制造，并隨產品實現不同裝配站位間的轉移，使產品從組件向部件裝配、各部件對接的轉移過程避免工裝拆卸和產品二次定位，通過模塊化工裝隨產品移動，實現產品快速的站位轉移、減少應力釋放環節提升產品準確度，減少產品二次定位的誤差積累環節，提升產品裝配精度。所以直升機研制應在工藝策劃階段，充分考慮研制階段和批產階段的不同要求，以實現研制階段和小批生產的順利過渡為目標，在保證產品模塊化制造的同時，進行裝配工裝的模塊化設計、制造和應用。模塊化裝配單元的確定主要依據以下原則確定：

A.裝配單元為設計分離面或工藝分離面，結構剛性較弱，應力釋放結構變形較大，二次定位難度大。

B.裝配單元內包含重要的系統接口，需要在整個機身結構裝配過程中保證接口的準確度。

C.產品及裝配工裝結構適合模塊化工裝設計，可通過吊車、AGV 車等移動方式依靠快速定位器進行準確、快速的站位轉移。

圖3 某型機模塊化裝配單元

（4）配套設備的選擇。

現代飛機專用數字化自動加工設備已經普遍應用在大型客機裝配線，在進行新的直升機部裝線規劃時，從產品質量提升，生產效率提高及工藝穩定性的角度出發可以適當選擇適合直升機裝配特點，技術成熟度高的數字化、自動化設備進行直升機部裝工作，主要從以下方面考慮：

A. 選用的設備可有效提高產品質量、生產效率及工藝穩定性；

B.選用的設備技術成熟度高，質量穩定性好；

C. 選用的設備可較好的適應直升機結構特點，較好的與工裝、梯臺結合；

D.選用的設備具備較好的通用性，具有一定拓展應用空間。

3.工作梯臺規劃。

工作梯臺廣泛應用于飛機產品的裝配、測量、制孔、連接、檢驗等過程，一般都是圍繞產品和裝配工裝四周進行布置，是工人工作可達性和方便性所必須的輔助裝置。工作梯臺可分移動式平臺和固定式平臺兩種，為了便于模塊化設計和移動，采用可移動式工作平臺。

可移動式工作梯臺進行模塊化設計，應用時根據需要進行組合，避讓時可拆成小模塊移開。模塊化的工作梯臺，不僅制造工藝性好，也避免了大尺寸結構的焊接，使用工藝性也得到提升。

可移動工作梯臺的形式與可移動裝配工裝一樣，有多種形式。依據工作梯臺的尺寸、重量合理規劃移動方式，可選擇人工手動移動、專用自動移動、通用設備移動方式等。

4.部裝線工藝布局。

部裝線工藝布局應充分考慮機身結構的裝配流程，綜合考慮研制階段、批產階段的產能規劃，按站位管理模式進行生產線的整體工藝布局，并遵守以下原則進行：

A.工藝布置應符合工藝分工原則，與生產對象、生產批量相適應，盡量縮短工序周轉路線。

B.工藝布置時，要進行生產流程分析，按生產流程將廠房整體進行功能分區，合理規劃功能區生產面積，最大化的利用廠房空間。

C.適應廠房內外運輸要求，線路短捷順直，工藝布局合理，物流高效。

D.功能區內按工藝流程要求，進行設備和工裝等必備生產資料配置，滿足產品上下架、周轉以及不同工裝、設備同時開工和維護的空間。

E.實行工裝、設備定置管理，確保工作環境整潔、安全，工作人員相互之間交流方便，所需要的零件、工裝距離工作位置近，工作人員方便休息。

5.配套設施規劃.

配套設施包括壓縮空氣接口、電源接口、網絡接口等。傳統的裝配工裝固定不動，這些接口連接好后不會拆卸。采用模塊化的工裝及工作梯臺后，配套設施規劃的位置要綜合考慮工裝、工作梯臺移動需求，不同的工作站位應設置配套設施接口，或者依據工裝及工作梯臺的移動路徑進行匹配移動。

6.廠房規劃.

廠房規劃有兩種情況，一是利用現有廠房進行改造，二是按生產線需求新建廠房。前者是在現有廠房的基礎上規劃相應工藝布局，后者是依據理想的工藝布局進行廠房規劃，思路截然不同。不管采用那種形式，廠房規劃都要綜合考慮廠房尺寸、吊車參數、通道寬度、跨數與跨寬，地面平整度、地面承載力、物流大門、壓縮空氣設施、配電設施、弱電設施等，主要從以下幾方面進行規劃：

A.以預期的需求產量以及規劃的產能為基礎，以實現研制階段和小批生產的順利過渡，減少重復投資為目標，在研制階段整體考慮部裝生產線方案，提出工藝分離面、工裝品種、加工設備、工作梯臺及生產線物流、面積等需求，并依據項目整體規劃分階段實施。

B.充分考慮廠房的設備、設施配置情況，合理規劃生產線工藝布局，最大化利用資源，減少項目建設，降低改造費用。

C.合理建設廠房物流大門、物流通道，合理規劃零件庫房、組件裝配、部件裝配、架內總裝對接及架外區域，合理規劃物流方向，縮短周轉距離，減少不必要的周轉環節和周期。

D.工裝、設備、工作梯臺布置要考慮產品上、下架及物流空間，在保證安全距離的前提下，盡量減少生產面積占用。

E.在完成廠房的規劃后，對廠房、設備、設施、工裝、工作梯臺等要素進行三維建模，進行生產線運行電子模型推演，驗證生產線布置的合理性。

7.生產線運行仿真。

生產線運行仿真是指應用計算機技術，結合部件裝配的工藝流程、制造資源等信息，建立生產線仿真模型。模型包括工藝裝備、物流設備、暫存區、檢測設備等實體模型和實際生產中的工藝流程、人員操作情況、設備運行狀況及各類生產決策數據等邏輯模型。對裝配線進行定量仿真分析，判斷生產線的瓶頸、生產能力、故障分析等指標，驗證裝配線是否滿足產能需求，然后根據這些數據對工裝數量、線邊緩存進行優化。

8.實際效果評估。

直升機部裝生產線最終需要通過實際生產進行效果評估，評估分為兩個階段進行：

（1）功能驗證階段

在生產線建成投入使用后，通過2-3 架機進行生產線的功能驗證并依據實際使用情況進行功能優化和完善。

（2）產能驗證階段

在完成功能驗證后，需要通過一定架次的批量生產，驗證生產線的產能規劃是否達到要求，識別生產線產能制約環節，并制定改進措施，以確保生產線產能需求。

三、結論

基于模塊化裝配的直升機部裝線策劃是基于現代化直升機產品設計、工藝設計及裝配技術基礎，以精益化管理為目標，考慮型號研制及批產的順利過渡連接，采用模塊化裝配的設計思路，統籌規劃工藝流程、裝配基準、裝配單元、協調方案、工藝布局及相應的工作梯臺及配套設施。通過模塊化裝配的部裝線建設，可優化工藝流程，提高生產效率，提升產品質量，減少工藝布局面積，提升設備利用率，有效的縮短生產周期，提升生產線效能。