基于飞机数字化装配技术的研究

数字工厂与应用技术论文题目：基于飞机数字化装配技术的研究

班级： 05021104

姓名：张木

学号： 2011301279

基于飞机数字化装配技术的研究

摘要：当今世界，航空工业的重要性不言而喻。其中飞机的装配过程是一项复杂的系统工程，涉及飞机设计、工艺计划、零件生产、部件装配和全机对接总装的全部过程。飞机数字化装配技术的实施可以缩短生产周期，降低生产成本，相对于传统装配方法有很大的质量提升。本文简要介绍了现今飞机数字化装备技术的内容，并对数字化装配技术的未来进行了展望。

关键词：数字化装配技术；飞机设计对装配技术的影响；型架并行设计及柔性设计；自动钻铆系统；容差分配技术；数字化仿真技术；数字化测量系统。

一、飞机数字化装配技术的发展现状

目前，我国飞机装配基本上还沿用20世纪六七十年代原苏联的传统方法，多采用基于模拟量传递方式为主的模线一样板一标准工装的(模板、样件、量规)工作方法。这种工作方法制造周期长、装配协调环节多、协调的工艺技术方法复杂，针对不同装配件采用了大量复杂的、硬性的、专用的实物标准工装和装配工装，其可变性、可重构性差，无通用性且成本高。特别地，在大部件(部段间)对接装配时，甚至还是人工的手扶肩扛操作。这种方式的缺点是：①飞机部件，特别是大型飞机大部件笨重，人工推动困难，效率低；②对接装配质量不高，手工操作时，对接面上孔销配合精度不高，常造成强行挤压装配，易产生应力，对疲劳强度影响大；③在对接装配的协调问题上还是原始的模拟量(实物)传递模式，为了保证对接装配顺利可靠，常常在对接部位设计制造相应的巨大标准工装用于协调，不仅延长了装配周期和无互换性，而且暴露了模拟量传递方式的多种缺点。

随着我国飞机重大型号工程实施，在融入国际航空产业链、数字化技术广泛深入应用等方面不断推进，我国的飞机设计与制造技术得到了飞速发展。在装配技术方面，飞机装配是将零件、组件或部件按照设计和技术要求进行组合、连接形成高一级的装配件或整机的过程。飞机装配由于产品尺寸大、形状复杂、零件以及连接件数量多，其劳动量占飞机制造总劳动量的一半左右甚至更多。

我国的飞机装配技术和组织管理方式，虽然在局部上采用了较先进的技术，如利用激光跟踪仪或计算机辅助经纬仪技术安装型架，少数采用了自动钻铆技术，简化了装配型架结构。但与发达国家相比还存在较大差距因此飞机装配技术已成为制约我国飞机制造技术能力的瓶颈，发展飞机数字化装配技术迫在眉睫。

二、飞机数字化装配技术

飞机数字化装配技术体系涉及飞机设计、零部件制造、数字化自动钻铆系统、数字化互换协调、数字化先进测量与检测和计算机软件等众多先进技术和装备，是机械、电子、控制、计算机等多学科交叉融合的高新技术。其体系结构，主要包括飞机数字化装配关键技术和数字化装配工艺装备两大部分。

飞机数字化装配关键技术主要包括：飞机数字化装配基础技术、应用技术和标准规范；

飞机数字化装配工艺装备主要包括：组件数字化装配系统、部件数字化装配系统和飞机总装数字化装配生产线。

三、飞机设计对装配技术的影响

在飞机的设计阶段，对飞机空间结构、机构运动和装配工艺以及人机工程进行分析，确保产品的无干涉和可装配等特性；对局部样机进行系统优化，实现对产品的空间结构优化、机构运动优化、装配模拟优化以及数字样机的整体优化。飞机数字化装配实施成功的关键在于将数字化装配的具体需求融入到飞机结构设计中，即面向数字化装配的飞机结构设计。在结构设计过程中，需要融入与装配相关的关键点：

1、遵循面向数字化装配的飞机设计原则；

2、考虑数字化装配的定位、检测、支撑要求；

3、定义在数字化装配过程中需要的关键特性（如定位点、参考点、测量点等）；

4、在主要结构件上建立装配自定位特征、安放光学测量设备的工艺接头；

5、实现面向装配误差的结构设计补偿；

6、实现面向数字化装配过程的飞机数字样机仿真。

四、自定位与无型架定位的数字化装配技术

4.1飞机结构和装配型架的并行设计

民用飞机的结构尺寸愈来愈大，如目前最大的超大型客机A380，双层客舱，高24m，长73m，翼展宽80m，标准机型载客550～650人。飞机结构的大型化对设计人员提出了新的挑战。由于结构尺寸的增大，设计人员需要解决承载和空气动力外形方面所遇到的许多问题，从而导致设计周期更长，设计更改更多，这必然影响工装的设计，制造周期，延长了产品的上市周期。

要缩短产品上市周期，在飞机结构设计的同时就应开始工装设计，即飞机产品和飞机工装的并行设计。由于工装的设计依据来源于飞机产品数据，要在最终产品数据还未确定的情况下进行工装设计，工装的部分结构必须独立于产品数据。工装和产品并行设计的一个基本思路是改变传统的工装结构，将其划分为独立于产品数据或只需要基本数据的标准结构和依赖于最终产品数据的专用结构件两部分。装配型架的标准结构部分主要有立柱、底座、辅助支撑等，专用部分主要有用于定位桁条的刻度板、接头定位件等。专用件一般尺寸较小，设计、加工制造周期很短，并且不需专门的大型加工设备。标准结构尺寸大，结构复杂，往往需要专用大型加工设备，其设计、制造周期长。标准结构的设计不需要最终产品数据或只需一些基本数据，因此在飞机产品设计的初期就可进行设计制造，当产品最终版本发放后只需较短的时间就可完成专用结构的设计制造。标准件和专用件采用确定装配设计方法，装配非常方便，并且不需专用安装工具，装配周期短。这样，在产品设计完成后很短时间内型架就可投入产品装配。

确定装配和并行设计方法在A380壁板装配型架的设计制造中取得了巨大的成功。空中客车英国公司以三维零件实体定义和开发的智能设计系统为工具，制造工程师可以将零件几何特征很快转换为桁条定位指针(Stringer index)，用于定位每一个桁条。

4.2装配型架的柔性设计

大型飞机的装配型架更加庞大，制造周期长，占地面积大。传统的装配型架采用刚性结构，一套型架只能装配一个组合件或部件。柔性装配型架可以装配不