脈動生產線模式下飛機總裝配關鍵技術研究

穆志國 張博雅

（航空工業西安飛機工業（集團）有限責任公司，西安 710089）

總裝配是飛機研制生產過程中的關鍵環節，對于飛機的最終質量、生產周期、性能發揮以及出勤率都具有重要的影響。受制于機上工作空間以及各系統的完整程度，傳統模式往往造成大量的返工、拖期等問題，嚴重影響了飛機的總裝配周期乃至裝配質量。脈動生產線是一種先進的飛機裝配組織模式，它將單一位置集中裝配變換為多個站位協同裝配，實現多個站位多架飛機同步生產，極大地提高了飛機裝配效率與裝配質量，有效減少了交叉作業的出錯量與返工率，已逐步成為國外飛機總裝配的主流模式，為我國飛機的制造模式帶來了良好引領和示范效應。

1 主要研究內容

近年來，隨著脈動生產線理念的逐漸深入以及在國外取得的良好效果，中國航空制造工程研究所的程濤等研究了飛機裝配中數控定位器的設計[1]，浙江大學的柯映林等研究了飛機大部件調姿的數控定位器布局及行程優化方法[2]，逐步突破了飛機定位支撐設備、數控定位器、飛機移動設備等基礎技術，使得脈動生產線在我國飛機總裝配中的應用成為了可能。

1.1 站位布局與規劃技術

在明確總裝配階段工作總量以及相互之間的串并行關系之后，總裝配階段工藝流程如圖1所示。

圖1 某型飛機總裝配工藝流程圖

基于此，某型飛機總裝配脈動生產線采用4個站位，飛機大部件進廠完成接收檢查及必要的準備工作后，首先進入一站位，完成總裝配工作后從四站位出站。

一站位為“對接、管路及起落架安裝”站位，主要負責機身各大部件的接收檢查、機身前段與機身中段的對接，對接區域外部帶板的安裝，機身前段地板的安裝，機身前段與中段各類支座的安裝、各系統導管的安裝、部分電纜的敷設以及固定，前起落架、主起落架的安裝等[3]。

二站位為“電纜、成品附件安裝及通電試驗”站位，主要完成儀表、無線電、雷達等系統機身電纜的敷設固定及收頭，機身油箱的安裝，操縱臺、儀表板的安裝以及液壓系統成品附件安裝，液壓系統清洗密封試驗，各電氣系統導通、絕緣及阻抗測量。

三站位為“部件安裝及系統試驗”站位，主要完成機身后段與機身中段對接、左右平尾安裝于發動機安裝，各系統機載成品安裝，全機供壓供電后起落架收放試驗、舵面調整試驗、座艙氣密試驗以及各電氣系統功能試驗等。

四站位為“總檢及交付”站位，主要完成雷達罩、座椅、各類口蓋的安裝，完成平顯測量、雷達測量、起落架測量、慣導測量與全機水平測量，完成全機的清洗檢查及總檢。

1.2 大部件數字化調姿對接技術

數字化調姿對接技術是通過數字化測量系統與數控調姿機構的組合，在控制軟件的驅動下以測量數據為調姿對接依據，通過調姿算法計算出部件的運動入位路徑，通過數控調姿機構的運動實現部件姿態的變換，從而完成大部件的對接[4]。

以機身中段與機身前段對接為例，調姿控制軟件通過獲取測量設備的測量數據，以機身中段調姿測量點為目標點位，以機身前段調姿測量點為初始狀態，通過調姿算法計算出機身前段由初始位置到目標位置的變換矩陣，進而解算處機身前段的調姿入位路徑，在連體坐標系下將調姿運動參數分配給支撐機身前段的四個數控定位器，生成各自的運動參數，數控定位器協同運動完成機身前段的姿態調整。

在大部件姿態計算過程中，飛機部件和整機的姿態用x、y、z、α、β和γ共6個量來表示，其中x、y、z表示飛機部件（或整機）的坐標系原點在參考坐標系下的坐標值，α、β、γ分別表示俯仰角、側翻角和偏航角。根據測量點的理論坐標值與實際測量坐標值，計算出飛機部件或整機的姿態，即已知兩個相互對應的點列xA和xB，求兩個點列之間的轉換關系，即：

其中，矩陣v表示從點列xA到點列xB的變換參數，函數f表示從點列xA到點列xB變換函數。假設用方向余弦矩陣R表示剛體的當前姿態，剛體的位置用平移向量T表示，設點xAi∈xA，xBi∈xB，則有：

假設剛體先平移，然后旋轉，旋轉的方法為先繞現場坐標系x軸運動，再繞現場坐標系y軸運動，最后繞現場坐標系z軸運動，則有：

為求解點集xA和xB之間的轉換關系，通過簡化和矩陣奇異值分解（SVD）的方法，得到了兩個對應點集間的轉換關系。設點xAi∈xA，xBi∈xB，帶權值的最小二乘表達式為：

在某型飛機大部件調姿對接控制平臺中，采用姿態向量v=[αβγt1t2t3]T表示剛體姿態。其中T=[t1t2t3]T表示剛體旋轉之后的平移量，(α,β,γ)表示剛體的X-Y-Z歐拉角（或RPY角）。旋轉矩陣R用歐拉角可表示為：

已知旋轉矩陣R時，可以通過公式（6）求解歐拉角：

其中，Rij表示旋轉矩陣R的第i行第j列。在獲取R、T后，即可得到大部件在裝配坐標系下的姿態，由數控定位器組實現對部件的數字化定位，進而實現其調姿調整。

1.3 飛機站位間移動技術

某型飛機總裝配脈動生產線采用4個站位且4個站位采用直線布局，飛機在一、二、三、四站位各站位間需滿足同時移動的需求，即4個站位的飛機同步“脈動”，當第四站位每出站一架飛機時，前3個站位的飛機向后一個站位“脈動”一次，實現一個總裝配生產節拍的跳轉。根據其移動特點，設計了一套基于傳送帶運輸的飛機站位間移動方法，該系統由傳送帶、驅動電機、減速機、剎車機構、鏈條、導向輪、驅動輪以及電器元件等組成，在移動飛機時傳送帶承受飛機全部的載荷[5]；驅動電機采用感應式直線電機，通過減速箱帶動兩側主傳動軸轉動同時帶動鏈輪轉動傳輸鏈條，傳輸鏈條帶動鏈板（傳送帶）向前運動，進而實現飛機的向前移動，布置在軌道上的導向輪確保傳送帶做直線運動。傳送帶系統最大承載大于40t，最大輸出扭矩滿足4個站位四架飛機的同時運動，運動速度為3m/min。

2 結語

脈動生產線作為目前先進的飛機總裝配生產組織模式，在提高飛機裝配效率與質量方面發揮著重要作用。面向某型飛機總裝配，完成了總裝配脈動生產線的總體設計，研究了脈動生產線模式下飛機總裝配面臨的生產線規劃布局、大部件調姿對接、飛機支撐及移動方式等關鍵技術，為該型號飛機總裝配脈動生產線的建設提供了技術基礎并得到了良好的應用。