航空發動機數字化裝配技術分析

曹成

（空軍工程大學航空工程學院，陜西西安 710000）

0.引言

在現代社會下，我國對航空發動機的運行提出了嚴格標準。航空發動機裝配技術水平影響著發動機運行水平。所以，要從優化航空發動機裝配技術的角度出發，構建技術升級方案。在信息時代下，應用將數字化技術融入到航空發動機裝配技術之中，以此強化發動機運行效果，保證航空工作的順利開展。

1.國內外在裝配方向的研究現狀及分析

國內外專家積極地探究了裝配工作，希望提升裝配工作水平。國外研究現狀：國外學者從系統辨識與控制器設計兩部研究了裝配工作。從系統辨識的角度來講，Tutunji T等研究了基于脈沖響應的遞歸辨識算法，應用該種算法可以保證裝配工作效率。從控制器設計的角度來講，Ahmed Rubaai等發現了傳優化的模糊PID控制器在加快發動機相應速度方面具有積極的意義。Wlison Latombe等研究了裝配圖，優化了裝配順序。在這種情況下，可以節約裝配時間，降低裝配工作出錯率。國內研究現狀：我國在航空發動機裝配技術方面的研究時晚于國外。不過，研究人員針對航空發動機裝配技術發展提供了有效思路。劉春針認為應該將激光跟蹤儀的機器人用于裝配定位工作之中，以此保證裝配工作的精準度。陳哲涵等在裝配檢測工作方面進行了研究，認為要積極地構建裝配檢測數據模型。石宏指出數字化裝配技術在提高航空事業發展水平中具有重要價值，因此要加大對字化裝配技術推廣力度。

2.傳統發動機裝配技術存在的問題

航空發動機裝配成本占發動機成本的40%，裝配工作量占整體工作量的50%。由此可見，裝配工作水平極大地影響著航空發動機成本以及工作效率。在航空發動機數字化裝配技術未出現之前，主要采取傳統的人工航空發動機裝配方式開展此項工作。在傳統航空發動機裝配工作模式下，航空發動機裝配工作質量，工作效率，工作成本等都不能夠得到充分保障。傳統航空發動機裝配工作方式的問題主要表現在以下方面：裝配失誤。人工是航空發動機裝配工作的主體，也就是說，很多的航空發動機裝配工作是依靠人工完成的。不過，人工在航空發動機裝配工作中容易出現一些問題，進而影響了裝配工作質量[1]。比如，在裝配中，將原本需要裝的零部件裝到了其他的位置，同時還存在漏裝的問題。在裝配完航空發動機后，就需要開展檢查工作，而在發現航空發動機運行問題后，就需要拆卸零件等，這樣既延長了工作時間，又增加了裝配成本。精準性不高。人工在進行航空發動機裝配測量工作時容易出現誤差，從而降低了發動機運行水平，影響發動機壽命。工作人員能力及專業水平存在差異。有的工作人員航空發動機裝配工作素養高，實踐能力高，但是有的工作人員能力及專業水平并不高。因為工作人員能力及專業水平存在差異，他們在配合航空發動機裝配工作方面會存在問題，進而影響發動機性能發揮。為提高航空發動機裝配工作水平，我國需要加大對航空發動機數字化裝配技術研究力度，促進裝配技術有效發展。

3.數字化技術的應用

隨著科學技術發展，數字化裝配技術呈現了數字化發展特征。通過將數字化裝配技術應用在航空發動裝配中，提高了裝配工作效率，節約了裝配成本。所以，航空發動機數字化裝配技術受到了人們廣泛關注。航空發動機數字化裝配技術包括數字化裝配工藝設計、數字化檢測技術、數字集成控制技術。數字化裝配工藝設計。主要通過形成航空發動機三維模型的方法，為航空發動機裝配工作提供可靠的依據。在開展數字化裝配工藝設計工作時，會出現三維過程圖和多媒體動畫，而工作人員需要重點研究三維過程圖和多媒體動畫，以此提高航空發動機裝配工作效率與質量。數字化檢測技術。在數字化檢測技術下，可以大幅度地提升航空發動機裝配工作的精準度。坐標測量機、激光跟蹤儀、激光雷達、激光掃描儀等是在航空發動機裝配工作中常應用的數字化檢測技術。數字集成控制技術。通過應用數字集成控制技術，有利于保證設計、定位、鉆孔、連接等數據交互、協調。同時可以促進各種信息共享，進而強化航空發動機裝配工作效果[2]。數字集成控制技術屬于系統穩定運行的關鍵技術，所以要重視此項技術。

4.數字化裝配的關鍵技術

4.1 虛擬裝配技術

虛擬裝技術在航空發動機裝配工作中起著監督、指導作用。在虛擬裝配技術下，可以模擬裝配工作，進而實施技術應用監測工作。虛擬裝技術在數值計算、裝配工藝規劃、工作面布局、裝配操作模擬等方面發揮著重要的價值[3]。隨著數字化技術的發展，虛擬裝配技術也得到了有效發展，以此保證發動機裝配工作質量。

4.1.1 虛擬裝配系統結構建立

虛擬裝配系統結合了硬件、軟件等，屬于集成性的系統。虛擬裝配系統會呈現CAD系統中零件信息，并利用這些信息，形成虛擬零件模型。相關人員需要應用虛擬裝配系統，推進裝配操作工作[4]。在開展裝配操作工作時，要跟蹤視點，識別各項功能。同時要科學地應用虛擬現實算法，確保技術應用水平。應用虛擬裝配系統會輸出仿真結果，包括產品裝配模型、零件裝配軌跡、干涉檢查報告、裝配過程動畫和零件裝配順序文件等。在這種情況下，可以更好地開展裝配研究工作。裝配過程動畫顯示了裝配過程，裝配技巧，裝配方法等，有利于指導工人參與裝配工作，提高工人裝配素養以及技能。正因如此，相關人員會將裝配過程動畫納入培訓方案中，科學進行裝配培訓教育活動，增強工人裝配實踐能力。

4.1.2 裝配模型建模技術

在裝配模型建模技術下，會先對產品進行三維設計處理，再進行二次輕量化處理。由于裝配體靜態結構的構建影響著裝配水平，相關人員需要應用裝配模型建模技術對該結構進行優化、處理[5]。與此同時，要通過交互技術的方法，反應結構，調正結構。通過應用裝配模型建模技術，可以把裝配關系分離化和時序化。在這種情況之下，就可以更好地完成交互工作，為裝配工作的順利推進奠定可靠基礎。

4.1.3 裝配過程仿真技術

仿真技術即通過精準地模仿裝配工作，為實際工作提供指導。裝配過程仿真技術包括兩項內容，具體如下所述。一種是可裝配性分析。應用裝配過程仿真技術，可以清楚地了解裝配工作。同時可以及時發現裝配工作中的問題，進而改進工作，從而解決問題。此外，可對裝配工作進行科學、有效驗證，進而對裝配工作開展可行性分析活動[6]。另一種是裝配精度分析。應用裝配過程仿真技術，分析零部件制作精度，從而優化裝配工作。

4.2 裝配工藝過程數字化柔性設計

4.2.1 實體建模技術

實體建模技術即對裝配產品進行三維建模，在建模前，要準確地測量裝配產品的尺寸，并記錄產品尺寸。在開展實體建模工作中，要盡快地測量主模型涉及的產品尺寸[7]。通過開展實體建模工作，可以減少裝配工作誤差，提高裝配工作的精準度，保證裝配工作水平。

4.2.2 工藝過程設計技術

裝配工藝指導著實際裝配工作，應用良好的裝配工藝，可以提升裝配產品的質量。發動機型號不同所需應用的裝配工藝也不同。相關人員需要研究不同發動機型號涉及的裝配工藝，以此確保裝配工作有效開展。通過應用合適地裝配工藝，可以解決材料，保證裝配工作的精準性，加快工作速度，保證工作質量。相關人員有必要構建工藝件、設備、工裝、測具、量具等工藝資源庫，以此優化工藝。同時要開展相關管理工作，把控裝配工藝。

4.2.3 基于形位公差的裝配容差分析技術

形位公差的裝配容差分析技術即通過應用科學、有效的計算方法，分析零部件與容器差異。其中，要根據零部件特點，推進容器選擇工作，以此保證裝配工作質量[8]。

4.3 裝配工藝可視化技術

通過應用裝配工藝可視化技術，可以動態監測裝配工作。這樣可以更及時、有效地發現裝配問題[9]。雖然裝配工藝可視化技術有利于指導裝配工作，提高裝配工作，但是因該技術還不夠成熟，尚不能夠廣泛地應用到裝配監測工作中。

5.裝配制造數字化

裝配制造數字化是一項復雜、系統的工作。相關人員要積極研究裝配制造數字化工作，掌握裝配制造數字化應用技巧[10]。當前，我國主要通過工人與技術相互配合完成裝配工作，我國裝配制造工作具有半自動化特點。對于工人來講，其需要增強裝配工作能力，按照裝配工作流程開展裝配工作，保證裝配工作精度以及質量，剛性裝配的方式以及劃線的方式是傳統的航空發動機定位主要應用方式。這種兩種方式具有應用局限性，既適合有限型號的發動機，又不廣泛適用于其他型號的發動機。相關人員需要根據發動機型號選擇合適地定位技術，提高定位水平。為提升裝配工作水平，要積極研究裝配工藝，并科學地應用裝配工藝開展實踐工作。隨著新技術發展，裝配互數字化技術將會成熟發展。未來，裝配制造數字化技術也會得到廣泛應用。

6.結語

數字化裝配技術可以保證航空發動機裝配生產效率，提高航空發動機裝配水平。由于數字化裝配技術水平尚不能夠滿足裝配需求，我國需要繼續優化數字化裝配技術，促進數字化裝配技術快速發展。