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

作者：赵鹏

来源：《科学与信息化》2017年第33期

摘要数字化技术的应用是飞机研制发展史上的一次重大飞跃。数字化装配技术由数字化装配工艺技术、柔性工装技术、激光检测与补偿技术、数字化钻铆技术、数字化数据管理以及集成技术等组成，是机械、电子、控制、计算机等多学科交叉融合的高新技术。本文就飞机数字化装配技术发展与应用进行了讨论。

关键词飞机；数字化装配技术；发展；应用

1 数字化装配

数字化装配是现代航空制造企业装配技术的发展方向。从20世纪90年代开始，国外的波音、空客等先进航空制造企业陆续开发和应用了三维虚拟制造软件，多以飞机装配典型结构为应用对象，建立飞机装配的数字化设计制造模式和数字化协调技术体系，利用网络技术及数字化技术，建立工艺设计流程，实现3D装配工艺设计及验证、仿真，实现车间、工厂布局数字化及仿真，实现现场工人操作的可视化等[1]。

2 飞机数字化装配技术国内发展现状

国内的飞机装配，虽然在局部上也采用了较为先进的技术，如采用catia技术进行了包括建立型架标准件库和优化型架及参数设计，对工装、工具和产品的装配过程进行了三维仿真等，开始采用激光测量+数控驱动的定位方式，部分机型还采用了自动钻铆技术等，但总体上与发达国家相比还存在较大差距，具体表现在：①飞机设计制造仍主要采用串行模式，工装、工艺设计与产品设计脱节，制造模式未真正实现到并行模式的转换，导致飞机装配协调困难、返工率高；②尚未实现人机交互的装配仿真以及装配路径的优化；③仍然采用以专用工装为主的刚性定位装配方式，导致飞机制造成本居高不下；④数字化装配应用规模有限，尚未实现一个完整型号真正意义上的全面数字化[2]。

3 飞机数字化装配技术应用

3.1 数字化定位技术

以数字化为基础的定位技术包括数字测量定位技术、特征定位技术、柔性定位技术等。数字测量定位技术是指针对飞机产品的结构特点、定位要求，借助数字化测量设备或系统进行飞机零部件的定位；特征定位技术利用数字化定义、数控加工的具有配合关系的配合面、装配孔或工艺凸台、工艺孔等设计或工艺特征，实现零件之间的相互定位，保证装配的一致性和高装配质量；柔性定位技术是指通过采用柔性工装满足不同产品的定位需要。随着飞机装配质量越来越高的要求，数字化定位技术已经成为飞机零部件高效、高精度定位的重要保障。

3.2 装配连接技术

飞机制造中装配连接质量直接影响飞机结构的抗疲劳性能与可靠性。高性能航空器的机械连接结构必须采用先进的连接技术，如采用干涉配合铆接、电磁铆接、新型紧固件、孔挤压强化等来提高连接结构的抗疲劳性能与可靠性，减轻结构重量。而采用自动化或半自动化的连接设备则能显著提高工作效率及连接质量的稳定性。另一方面，先进标准连接件的选取和安装工艺（如安装工具、干涉量的确定等）也应作为装配连接技术研究的重要内容。研究内容主要包括：基于柔性机械臂的装配连接技术研究；自动钻铆机压铆原理与结构技术研究；电磁铆接技术研究及应用；干涉连接技术研究及应用。

3.3 数字化检验测量技术

传统的测量技术已难以满足飞机制造中快速、高效、高精度检测要求，数字化检测技术已成为打通飞机复杂零件与大尺寸零部件设计、制造、装配、检测一体化流程，提升检测效率与水平的关键环节。应采用基于数字化检测设备（三坐标测量机、激光跟踪仪、激光雷达、激光扫描仪、iGPS等）的产品三维检测与质量控制手段，建立数字化检测技术体系，开发计算机辅助检测规划与测量数据分析系统，制定相应的数字化检测技术规范，以实现提高检测效率与质量的目标。波音公司正在开发三维激光扫描成像技术，可以通过摄像头和激光扫描传感器捕捉工厂和装配中的飞机三维图像，在未来的飞机总装线中，机器人手持该设备扫描飞机和制造环境，然后与设计文档对照，就可以安全地装卸部件并精确地定位自动化装配设备。

3.4 高效长寿命连接技术

随着飞机耐久性和可靠性要求不断提高，长寿命连接是大飞机研制必将广泛采用的连接方法。干涉配合能提高结构疲劳寿命，已成为结构延寿的主要工艺方法。为提高结构疲劳寿命，国内外各先进飞机制造中均采用了大量干涉配合紧固件。高性能航空器的机械连接结构必须采用先进的连接技术，如采用干涉配合铆接、电磁铆接、新型紧固件、孔挤压强化等来提高连接结构的抗疲劳性能与可靠性，减轻结构质量。而采用自动化或半自动化的连接设备则能显著提高工作效率及连接质量的稳定性[3]。

4 提高数字化装配技术的发展对策

4.1 制订产业发展规划

组建由设计部门、制造部门、科研机构和高等院校等不同单位的专家组成的联合攻关团队。系统化研究和总结国内外飞机数字化技术应用的成功经验，吸取其发展过程中的教训，制订好数字化技术、数字化装配应用的产业发展规划，技术发展策略。统一部署和协调数字化技术的实施和计划，做到有序、协调，可持续突破关键技术，为产业化奠定基础。

4.2 完善相关的规范与制度

整合厂、所数字化技术发展的资源，打通厂、所数字化产品设计、工艺设计协同工作的平台；制订或完善相关的规范与制度，深化工艺设计与产品设计、工装设计与产品设计的并行工程，通过机构重组和流程优化真正建立并行工程的支持机制。

4.3 加大数字化装配技术产业化研究的投资力度

引进数字化装配工艺设计、装配过程仿真与数字化检测软件；通过可行论证投资建设飞机壁板自动钻铆装配单元、翼梁自动钻铆装配单元；引进国外柔性工装设计软件和典型的柔性装配单元，通过使用、消化，研究建立柔性工装设计体系；深入开展飞机装配的数字化仿真与验证、数字化装配协调技术研究，形成数字化装配的规范、制度和标准。

5 结束语

综上所述，数字化装配技术代表了现代飞机制造的发展方向，其研究和应用既是技术的革命，又是观念的革命，更是管理的革命。深入研究并逐步应用数字化装配技术，在提升产品质量和生产效率的同时，更能促进我国航空产品生产的观念性改变及管理体制的变革，攻克我国飞机装配及制造技术中的薄弱环节，实现飞机制造技术水平的重大突破。

参考文献

[1] 王康，陈永利.浅谈飞机柔性装配技术[J].科技视界，2013，（32）：98.

[2] 成书民，张海宝，康永刚.数字化装配技术及工艺装备在大型飞机研制中的应用[J].航空制造技术，2014，（22）：10-15.

[3] 李洋，桑龙.浅谈飞机总装自动化装配生产线[J].装备制造技术，2011，（10）：132-134.