飞机自动化装配技术及设备应用调查报告

INDUSTRY SURVEY

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航空制造技术·2011 年第 19 期　

飞机自动化装配技术及设备应用调查报告

飞机自动化装配技术是现代军民用飞机保证结构长寿命、提高装配质量和效率、实现快速批量生产、满足尽早向用户交付飞机产品需求的关键飞机制造技术，也是先进飞机装配技术的发展趋势。飞机结构装配过程复杂，今后需要开展面向飞机装配的设计技术研究，在设计对接形式时要充分考虑自动对接装配的要求，特别是测量点的布置；其次是要实现大部件自动对接系统的装备化、标准化、模块化和系列化设计，以便推广应用。

本调查以“飞机自动化装配技术及设备应用”为主题，主要调查对象涉及飞机自动化装配设备厂商、航空企业用户和科研机构。其中，飞机自动化装配设备厂商包括德国宝捷自动化有限公司、意大利柯马公司、捷姆科、KUKA、海克斯康、AIT、德国施耐德公司等；航空企业用户包括成都飞机工业（集团）有限责任公司、西安飞机国际航空制造股份有限公司、沈阳飞机工业（集团）有限公司、昌河飞机工业（集团）有限责任公司等；科研机构包括北京航空制造工程研究所、北京航空航天大学、南京航空航天大学等。

本刊记者 良 辰

调查对象本次调查以飞机自动化装配设备厂商、航空企业用户和科研机构为主要对象，分析了飞机自动化装配技术及设备应用的现状与发展趋势。调查对象的分布如图1所示。飞机装配的特点飞机装配是根据尺寸协调原则，将飞机零件或组件按照设计要求进行组合、连接形成更高一级的装配件或整机的过程。在飞机制造尤其是大飞机的制造过程中，飞机的部件尺寸大、零件数目多、精度要求高、协调

过程多、工作量大，这就对其装配提出了很大的挑战。飞机装配按规模可分为组件装配、部件装配和总装。其中，大部件装配（部装）阶段的主要工作是机身

段装配、机翼装配和尾翼装配。机身

段装配主要是机身壁板或蒙皮与桁条的定位和连接、壁板与框的连接、桁以及机身上半部分与下半部分的对接、机身与地板的定位和连接。机翼装配主要包括机翼大梁的装配、机翼壁板与桁条的装配、肋与大梁的装

配、壁板与骨架的定位和连接。尾翼装配则与机翼装配类似。部装使用的主要工艺装备有自动钻铆机、自动钻孔设备、测量设备、自动托架、柔性工装等，部件装配的自动制孔可以大大提高产品质量和效率，减轻劳动强度。机体对接（总装）阶段主要工作有机身段的对接、机翼与机身的对接、水平和垂直尾翼与机身的对接、起落架的安装、发动机的安装等。总装使用的主要工艺装备有柔性定位器、激光跟踪仪（或IGPS）、自动钻孔

Survey Report of Aircraft Automatic Assembly Technology and

Equipment Application

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2011 年第 19 期·航空制造技术

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设备、车间内地面运输车、空中吊装运输系统等设备以及整体控制系统。飞机装配按阶段可分为定位、制孔和连接。装配的每个阶段需要相应的自动化设备和数字化辅助装配平台来支撑。定位包含了数字化柔性装配工装型架，有数控定位器、夹持单元等；制孔有五座标制孔设备、便携式制孔装置、机器人制孔等；连接包含了全电气铆接、电磁铆接和高锁螺栓安装；飞机总装主要体现在机身段、机身、机翼等大部件对接。自动化装配技术的发展现状传统的飞机大部件对接主要靠工装和工艺补偿来保证大部件之间的协调，在对接部位留余量，采用吊车与牵引配合进行对接，最后进行精加工。这种对接方法精度低，已经不能满足现代飞机研制的要求。飞机大部件自动化对接装配技术是现代飞机制造不可缺少的必备技术；另一方面大型飞机机体结构尺寸大、结构装配空间较开敞，也易于实现自动化装配。图2反映了飞机装配成本、产量、装配自动化水平、装配效率、装配质量、装配系统投资诸因素之间的关系（Branko S, Assembly Techniques for Space Vehicles, 2000）。近10余年来，国外飞机装配技术发展迅速，以波音777、A340、A380、F-12、F-35等为代表的新型军民用飞机集中反映了国外飞机制造技术的现状和发展趋势，在装配技术上基于单一产品数据源的数字量尺寸协调体系，实施数字化尺寸工程技术，通过装配仿真实现装配过程自助化，应用柔性模块化的工装技术、加工和检测单元并集成应用为一系列的自动化装配系统进行机体结构的自动化装配。世界航空发达国家的飞机自动化装配技术,已从由单台数控自动钻铆机和数控托架组成的自动钻铆系统向由自动化装配工装、模块化加工单元、数字化定位和检测系统、复杂多轴数控系统和离线编程与仿真软件等组成的自动化装配系统发展,大部分基于CATIA 平台进行设计, 保证了装配系统与飞机产品的数字化协调。装配技术是我国飞机制造过程中的薄弱环节。近年来除购置数控自动钻铆等自动化设备之外，在通用柔性装配工装的研制方面投入了大

量资金，重点针对飞机大部件对接开发了部段对接柔性装配工装，但自动

化装配工艺水平、自动化生产线的设

计规划和制造与国外差距大。目前，

我国在飞机设计上已基本采用MBD 技术，装配过程采用基于数字量尺寸

传递协调的方法，零件加工过程大部分采用数控加工，零件的可装配性和准确性大大提高，这些都为自动化装配技术的应用提供了坚实基础。国内飞机装配技术的发展建议迄今为止，飞机装配技术已经历了从人工装配、半自动化装配到自动化装配的发展历程，目前快速发展的

柔性装配将自动化装配技术推向了

一个新的高度。柔性装配技术是一种能适应快速研制和生产及低成本制造要求、设备和工装模块化可重组的先进装配技术。它与数字化技术、信息技术相结合，形成了自动化装配技术的一个新领域。要加快自动化装配技术的发展，需要注意以下几个问题。（1）发展自动化装配技术的关键是模块化结构的自动化装配系统，其核心技术为自动化装配工装单元技术、自动化加工单元技术、装配自

动化检测技术、自动化装配系统集成技术、装配数字化定位技术、数字化装配工艺规划技术等。

（2）积极组织开发和配置自动托架系统，加强自动钻铆技术的研究，提高自动钻铆设备的应用。（3）以国内研制为主，结合引进国外先进技术，实现柔性装配工装、加工单元和检测单元的国产化，以满足国内航空工厂对飞机柔性装配系统的需求。

（责编　晓立）

图 1　调查对象分布飞机自动化装配设备厂商

航空企业用户科研机构35%

53%

12%

图2　装配自动化水平与单机成本的关系

自动化装配（高效率）

飞机生产架数

半自动化装配

手工装配（低效率）原型机、验证机等大批量生产飞机

高

中

低

1

10

100

10010

1

1000

单机装配

成本曲线单机装配相对成本/%

装配系统投资强度（装配系统精密程度）