飞机数字化装配技术发展与应用

飞机数字化装配技术发展与应用

发布时间：2022-10-09T08:01:17.221Z 来源：《科技新时代》2022年3月6期作者：权冬许文艳

[导读] 在当前的飞机装配制造过程中，设计模型向实际产品传达的环节较多，

权冬许文艳

中航西安飞机工业集团股份有限公司陕西西安 710089

摘要：在当前的飞机装配制造过程中，设计模型向实际产品传达的环节较多，相关工作人员需要对大量的装备进行装夹定位，从而导致装配过程中的装配协调线路较为复杂。现阶段，为保证装配工作的精度，应用基于模型的定义（ModelBasedDefinition，MBD）技术制定相应的装配方案，成为了保障零部件与工艺装备之间协调性的有效方式之一。

关键词:飞机；数字化装配技术；应用

前言

近年来，在航空企业工艺越发复杂的情况下，对飞机装配工作的进度要求不断提升，原有的串行生产方式已经无法适应飞机的生产要求。现阶段，为切实提升飞机装配工作的效率，相关工作人员可以将MBD模型应用到飞机研制的过程当中，以确保飞机并行协同研制过程中，相关工作人员可以获取高精确度的数据集成信息。

1基于MBD的飞机装配工艺

在飞机装配设计过程中，依据MBD模型状态成熟度升降管理原则，相关工作人员在流程设计不同成熟度阶段的工作内容有所不同。

1.1飞机结构设计人员的工作流程

在飞机装配工作过程中，飞机结构设计人员的工作从概念设计阶段一直延续到详细设计阶段。具体来说，在开展飞机装配工作的过程中，MBD模型的状态成熟度处于ML1阶段时，飞机结构设计人员需要对飞机的整体结构进行设计；当成熟度处于ML2阶段时，飞机结构设计人员需要对飞机的部段结构进行设计；当成熟度处于ML3阶段时，飞机结构设计人员需要对飞机的零组件进行结构设计；当成熟度处于ML4阶段时，飞机结构设计人员需要对飞机的零件结构进行详细设计，并对零件的装配结果进行数字化仿真，然后调整存在干涉问题的零件结构；在解决零件结构设计问题后，成熟度上升至ML5阶段，此时飞机结构设计人员可以对飞机的MBD数字模型进行完整定义。

1.2装配工艺设计人员的工作流程

在概念设计阶段，装配工艺设计人员就已经参与到并行协同研制工作过程中。在MBD模型状态成熟度处于ML1时，装配设计人员需要制定装配工艺的总体设计方案以及工艺研制计划，并确定装配协调工作的具体方法与零部件交付的实际原则。当状态成熟度达到ML2时，装配设计人员需要依据飞机的具体设计结构与工艺特征，将较为复杂的MBD模型划分成相对简单并具有独立功能的装配单元，并依据装配工艺基准对装配单元转配准确度的要求为装配结构选取合适的定位方式。当状态成熟度达到ML3时，装配设计人员可以对装配工艺方案进行细化设计，以明确装配单元中各个零部件的具体交付状态，并将零部件因装配定位、工艺补偿等要求需要添加的装配孔、导孔等信息反映给设计部门。

1.3关键装配特性的识别与研究

在开展飞机装配工作的过程中，受装配零部件数量较多、装配环境较为复杂的影响，零部件装配工作的协调性与准确度相对较低。现阶段，为切实解决上述问题，在飞机装配过程中需要提高对装配零部件协调特征、关键特征尺寸、配合关系的关注度，并明确零部件的装配特性关系，从而在后续零部件装配过程中降低不协调、返修等情况的出现概率。

1.3.1关键装配特性分析

关键装配特性是指在实际装配过程中，参与到装配工作中零部件的结构、尺寸、形状等会对装配协调工作产生影响的几何特征。装配协调性则是指参与到装配工作中的零部件相互之间几何参数相互配合关系的一致程度。在基于MBD飞机装配技术应用的过程中，关键装配特性不仅明确了零部件装配工作中应重点控制的对象，还映射了装配设计的部分要求。这种情况的出现一方面为装配质量监测工作提供了参数依据，另一方面降低了以关键装配特性为中心的监测数据模型构建的难度。

2AR技术在飞机制造设计中的关键技术

现代飞机内部结构复杂，航空仪器精密，性能要求更为苛刻。在飞机设计的过程中，利用AR技术可提前展开飞机性能测试、机身总体布置和人机工效分析评估等工作。增强现实技术促进飞机设计和制造的自动化及智能化发展，充分发挥了AR技术潜在的巨大应用价值。 AR技术仍在快速发展。要完成AR技术与飞机设计制造流程的高效融合，实现其大范围、规模化的应用，需要突破解决以下一些关键技术。

2.1基于AR技术的飞机设计制造技术体系

根据飞机设计制造的实际过程，以AR技术在飞机设计制造各个阶段的应用需求为切入点，形成平台建设方案；研究AR系统与飞机研发相关集成软件的关联特点，明确数据传输与转换的要求，确定数据在设计过程中的业务状态控制方法；研究基于AR技术的飞机设计制造应用技术规范，为其在设计开发过程中的应用提供技术支持。

2.2AR系统建模技术

AR建模是以三维建模为基础，包含几何设计、物体运动和物理属性建模等。几何建模设计是飞机设计制造的基础，对于相关数据的处理必须进行“轻量化”设计以保证消除视觉延迟，防止对设计人员造成模拟障碍。物体运动建模必须要由真实模拟物体、人体的运动、位置状态，防止出现物体位置重叠、人体穿墙等不符合自然规律的现象发生。物理属性建模则是对建模物体重量、形变以及表面纹路等物理属性的表现，是系统中较高层次的建模要求[7]。而在传统的飞机设计制造中，大都是基于图纸的设计，极大限制了设计人员的可操作性；在飞机设计制造中采用虚拟产品建模开发，能够对虚拟物体进行构建、设计、制造和分析，使其在工程计算上极大地优化工作流程，提高飞机研发效率。

2.3人机交互技术

实现三维人机实时交互技术是增强现实应用于飞机设计制造领域中的关键。主要难点包含：虚拟物体在真实场景中的定位问题、基于AR设备响应的灵敏度问题、虚拟场景与真实场景叠加与区分问题、虚拟触觉反馈问题等。其技术先进而复杂，具有较大挑战性。

结束语

一般产品装配工作只占工作总量的20%左右，但飞机装配工作占据了飞机研制工作量的40%～50%。在当前我国航天航空事业飞速发展的背景下，为切实满足国家对飞机的战略、国防需要，将MBD技术应用到飞机装配工作中，可以在保证飞机装配工作质量的同时，降低飞机装配所需的成本，并缩短装配工作的周期。

参考文献：

[1]徐海峰.基于MBD的飞机数字化装配工艺协同设计研究[D].南京：南京航空航天大学，2019.