数字化技术在飞机装配中的应用(doc 10页)

数字化技术在飞机装配中的应用(doc 10页)

数字化技术在飞机装配中的应用研究

飞机装配数字化技术的应用, 使我国航空产品的开发发生观念性的改变, 促进企业管理体制、型号研制过程的一系列变革, 并向着开放式的、具有快速应变能力物创新能力的现代型企业方向发展 .

国内外飞机装配技术现状

1.1 国内现状

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（Computer Aided Theodolite ，CAT ）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，主要表现在：

（1 ）上述技术尚不配套，应用上不成熟，加上我国多年来对飞机装配技术缺乏研究，资金投入不足，仅满足于能把飞机制造出来，目前飞机装配还是沿袭着过去几十年来批生产的手工作业模式；

（2 ）飞机的设计制造仍主要采用串行模式，制造模式未实现根本转变；

（3 ）数字化技术的应用规模较小，还未实现一个完整型号的全面数字化；

（4 ）各环节虽然已实现数字量传递，但仍存在信息孤岛现象，未打通飞机数字化设计制造生产线，模拟量传递依然大量存在；

（5 ）工装、工艺设计与产品设计脱节，未能充分实现并行工程，造成飞机装配协调困难，返工率高；

（6 ）在装配技术方面，虽然局部采用了数字化技术，如在协调方式上局部采用了数字量传递方法，但模拟量传递仍然是当前众多企业飞机制造的主要协调方法；

（7 ）采用专用工装装配，光学仪器测量安装仍是目前飞机装配的主要手段，未能在数字化装配技术方面实现新的突破，导致飞机制造成本居高不下；

（8 ）装配工人在现场工作需要仔细翻阅大量的图纸、工艺文件，而且经常会出现工作上的失误，造成装配质量问题，影响装配周期。

1.2 国外现状

飞机产品数字化设计制造技术是20 世纪80 年代后期以来，随着CAD/CAM 、计算机信息和网络技术的发展，以美国为首的西方发达国家开始研究并首先采用的一项新技术。这项技术以全面采用数字化产品定义、数字化预装配、产品数据管理、并行工程和虚拟制造技术为主要标志，从根本上改变了飞机传统的设计与制造方式，大幅度地提高了飞机设计制造技术水平。美国波音777 飞机的研制，由于全面采用了该项新技

术，使研制周期缩短50% ，出错返工率减少75% ，成本降低25% ，成为数字化设计制造技术在飞机研制中应用的标志和里程碑。

目前，以波音公司为代表的飞机设计制造公司的数字化技术已经成熟应用到多种飞机的研制过程中，并取得了很好的效益。

(1) 洛克希德·马丁公司在研制JSF 战斗机X-35 过程中明确提出：要使JSF 飞机装配制造过程的周期缩短67% ，其中单架周期要从15 个月缩短到 5 个月；工艺装备由350 件减少到19 件，即减少95% ；制造成本降低50% 等，此外, 洛克希德·马丁公司在JSF 装配中还应用了一种十分先进的龙门钻削系统

（JGADS ），它使用激光定位、电磁马达和“ 压脚” （pressure foot ）进行精密钻孔，加快了装配过程，形成紧配合，产生光谱表面，不仅减少了摩擦，还满足了JSF 耐久性需求，其钻孔出错率仅为百万分之三，优于世界钻孔百万分之三点四的质量标准，而且在处理大型零件时能容易地拆卸、移动和重新装配，还取消了75% 的钻孔工具和工装，使部件的安装工作节省了90% 的时间。

(2) 波音公司在研制X-32 机时也是如此，当零部件汇集到JSF 方案验证机总装基地——加利福尼亚州帕姆戴尔时，已见不到通常陪伴在飞机生产线上的巨大型架，取而代之的是一种通用支架，用它支撑JSF 的主要部件，利用 4 部Zeiss 激光跟踪仪对它们进行空间定位和其他装配工作，并取得了很好的效果。在X-45 无人驾驶战斗机项目中也采用了这一先进技术。随着X-32 装配工作的进展，工人们开始佩带一种挂在腰间的微型计算机，该机通过单目镜片，能把装配顺序和装配好的部件状态投射到正在装配部件的上方，让工人方便直观地进行装配工作，无需再细读图纸，翻阅工艺文件，使装配周期缩短50% ，成本降低30% ～40% 。

洛克希德·马丁和波音等飞机制造公司在飞机装配技术方面采取了以下的技术措施：

·设计制造并重，产品设计与装配设计紧密结合，实施并行工程。

·在生产组织和管理上广泛采用精益生产的思想和方法，精简了工作业务流程。

·全面采用数字化设计制造技术, 大范围进行数字装配过程仿真模拟。

·建立单一产品数据源，实现工程BOM 、制造BOM 以及维护BOM 的有效转换，保证数据传递过程中的一致性。

·普遍采用数控自动钻铆技术，大幅度提高了铆接质量和进度。·采用计算机辅助光学仪器（激光跟踪仪、电子全站仪）进行飞机定位测量和直接安装技术。

·大幅度简化工装，采用统一结构的动态工夹具的设计和使用技术，甚至不用专门型架，便可直接进行飞机装配安装工作。

·利用先进的装配互换协调技术，尽量减少在装配过程中使用连接件，段件对合时不再钻孔。

·建立了基于模块的飞机构型方法，具有完善的更改管理措施，已形成了数字化制造技术体系。

·装配过程的工艺补偿件等采用液态垫片等先进技术手段。

通过对国内外装配技术现状的比较，我们可以得出如下结论：

数字化技术的应用不仅从软、硬件的角度出发，更重要的是融合了所有设计、制造的数字化过程，以产品数据集为中心，利用数字化设备和装配仿真技术，使生产线上的产品在装配过程中真正得到有效控制。利用该技术可以建立起一套有效的产品结构及产品发放过程控制机制，建立相关的工作规范和制度，保证飞机装配所需的数字量信息的正确传递。

数字化技术应用研究内容

2.1 建立飞机数字化装配协调体系

数字化装配是飞机数字化协调体系的有机组成部分。建立数字化装配协调体系，需要从以下几个方面考虑：

(1) 建立基于企业网的协同工作环境。

建立企业内部的网络化协同工作环境，其范围要涵盖设计部门、工装设计制造部门、零部件制造部门、装配部门等主要产品模型的使用单位。以便装配部门能够及时有效地与上述部门进行沟通和协同。

(2) 飞机产品结构管理与控制技术。由于一种基本型号的飞机有众多改型，为了解决重用性的问题，需要进行产品的构型管理，实现按照架次管理的要求。

(3) 建立企业各部门间通过网络进行协调的管理规范。必须建立一整套的规范来约束企业各部门之间的工作，包括数字签名审核制度、工作流控制制度等内容，使飞机装配可以通过工作流来驱动工程设计与制造事件，实现数字化装配过程的自动化。

2.2 面向装配的并行数字化定义技术

数字化装配应从数字化预装配（Digital Pre-Assembly,DPA ）开始，其基础是并行数字化定义环境，在面向装配的设计(Design For Assembly ，DFA) 和分析环境中，需要包含的主要功能为：产品定义系统、早期计划、工厂工作流程模拟、基于文本/3D 模型的工艺计划、装配分析、人机工程模型、人机工程分析、人机工程模拟、数字化质量保证、成本和效率核算、3D 工作指令向MES 系统传递、执行。

在进行并行的产品数字化定义结束前，需要完成产品结构件的建模、产品结构的工艺分析、数字样机装配仿真、数字化装配过程设计(Digital Assembly Sequence ，DAS) 以及数字化工艺装备定义（Digital Tool Definition,DTD ）等工作。而装配仿真、装配过程设计和工装设计直接影响到产品的可装配性，因此，实现并行产品数字化定义将能有效地减少因设计错误或返工引起的更改，从而提高装配件生产质量，缩