国内飞机数字化装配技术现状研究

初桂兰

(中航飞机股份有限公司西安飞机分公司 培训中心，陕西 西安 710089)



国内飞机数字化装配技术现状研究

初桂兰

(中航飞机股份有限公司西安飞机分公司 培训中心，陕西 西安 710089)

摘要：通过对国内外飞机数字化装配技术发展的现状和发展的趋势进行分析与总结，对比了国内外飞机数字化装配技术发展的差距，介绍了飞机数字化装配技术发展的关键技术，提出了国内航空制造企业掌握和突破飞机数字化装配关键技术的思路。

关键词：航空制造;装配技术;数字化

当今社会计算机信息技术和自动化技术飞速发展，以此为基础的现代制造技术发展的总趋势是向精密化、数字化、柔性化、集成化、虚拟化、智能化的方向发展。飞机制造作为制造业中的最先进技术的代表，也正向数字化、信息化和设计制造试验一体化的方向发展[1]。

现代飞机的加工制造能力是衡量一个国家工业基础、科技水平、综合国力以及国防现代化程度的重要手段。飞机装配作为飞机制造的核心环节，其劳动量约占整个飞机制造劳动量的40%~50%，飞机装配技术是一项难度大、涉及很多学科领域的复合性集成技术。飞机装配过程中涉及了千万个零部件、工装夹具、工量具、装配操作等，具有整体结构复杂、工艺难度大、装配误差难控制的特点，是整个飞机制造过程的关键和核心环节[2]。提高飞机装配技术水平在飞机制造中具有决定性意义。目前国内航空企业的制造能力已经具备了一定水平和规模，但是，我们必须清醒地认识到，与国外顶尖飞机制造厂商相比，国内飞机数字化装配技术仍有较大差距。

1国内外飞机数字化装配技术发展现状

飞机数字化装配技术是随着计算机辅助设计、机械制造、计算机网络技术的发展，在美国、欧洲等发达国家兴起的的一项先进技术。该项技术由数字化数据管理、柔性工装技术、数字化钻铆装配技术、激光测量技术、补偿技术和集成应用技术等构成，改变了传统的飞机设计、制造和装配方式，极大提高了飞机制造水平。

我国数字化技术还处于起步阶段，虽然有部分企业不断借鉴国外先进技术，但与美国等发达国家对比还有很大差距，具体表现在：

(1)工艺、工装设计的时间与空间相较于产品设计滞后严重，给飞机装配协调带来很大困难；

(2)装配工人在现场工作严重依赖图纸及工艺文件，工作失误几率高，装配质量问题频发，影响装配周期；

(3)虽然部分环节已经实现数字化传递，但飞机大部件和总装基本处于传统装配阶段；

(4)对接装配质量不高，手工操作易造成对接面上孔销配合精度不高，对飞机疲劳强度影响大；

(5)系统检测仍然采用单系统、分离式、一线检测设备，尚未完全形成基于以产品为对象的数字化装配及检测体系和数字化检测生产线，很难做到过程管控或过程再现。全机测量安排在装配完成后，发现问题易造成返工复杂的情况[3]。如何提高飞机装配质量和工作效率是当前亟需解决的问题。

2飞机装配面临的各项关键技术

现代飞机装配技术的特点是工艺分离面较多、装配准确度高、长寿命连接以及大批量生产等，按照传统装配技术显然不能满足现代飞机研制和批生产的要求，迫切需要研发新的装配技术，以达到提高现代飞机装配质量和效率、保障飞机研制能力的目的。国外飞机制造领域已经全面运用了精益制造思想及先进工艺流程设计理念、大部件数字化对接系统装备、整机线缆集成检测、系统在线检测等技术手段，装配质量和工作效率提高很快。主要表现在以下几个方面。

2.1数字量装配协调及容差分配技术

数字量装配协调及容差分配技术是确保飞机装配准确度、提升航空产品质量的关键。以往飞机产品装配生产中，生产组织者仅凭经验将容差分配给零件、部件及工装型架。而产品装配完成后公差能否达到产品设计的最佳技术状态则难以确定。应用数字化装配技术后，通过数理统计和计算机手段，技术人员在零件数模的基础上，对于关键的质量特征设定公差和装配顺序，按照装配容差分配技术要求，建立容差分配数据库，多次调整容差分配，进行装配模拟与仿真，从而优化容差分配，找出最佳的公差分配方案，使得零件加工、工装设计与部件装配公差得到合理分配，以提高装配质量、降低装配成本[4]。

2.2基于三维的可视化工艺设计

在工艺准备、组织协调、生产制造、产品检测等环节利用三维模型，实现工艺设计、工装设计、生产制造以及产品调试检测等数字量的传递和过程监控，将可视化的工艺设计贯通整个飞机装配过程。

由于装配工艺设计及流程设置的合理性、正确性直接影响产品质量、生产效率、制造成本及周期，而基于二维图形的装配工艺设计，不能做到事前发现装配干涉缺陷，已经成为制约产品生产的一个因素，不能满足新产品研制周期短、生产任务急的要求。在装配工艺设计环节，应用产品数模和工艺装备数模，合理进行装配工艺流程的设计与有效装配路径规划，并进行装配仿真，可以最大限度地发现设计不协调，实现设计问题及装配问题的早期暴露和解决，避免在生产过程中的返工与生产报废，可以大幅度提高劳动效率、缩短研制周期和降低研制成本。

2.3数字化装配工艺仿真技术

飞机装配工艺仿真技术是飞机装配工艺设计的重要环节。利用仿真技术在计算机上模拟实际装配过程，直观地评判装配方案的好坏，发现产品装配工艺方法设计缺陷和装配平台构建的不合理之处，形成反馈。其主要过程为：装配环境三维布局设计，通过真实物理三维坐标系与相应三维模型坐标系的匹配，获得包括装配对象外形、构建平台结构、测量及定位设备布局等信息的完整仿真模型；仿真参数设置和流程控制，对接定位及测量装置的布局与测量数据实时反馈的可视化展示；仿真运行验证与结果分析，精度检测及反馈重设计等整个飞机装配环境[5]。

通过装配过程仿真分析，将可行的装配工艺方案及其对应的对接平台引入装配现场，以飞机部件外形样件为对象，以实物装配资源为平台，以装配仿真过程为依据，实施装配，消除潜在的装配缺陷，优化工艺流程和系统布局，以达到高效、精确的装配。

2.4数字化柔性装配技术

柔性装配技术是飞机生产制造的发展趋势，它是集激光跟踪测量技术、全闭环控制技术、多轴协调运动控制技术、系统集成控制系统、测量系统和软件等部分组成的对接系统[6]。飞机大部件对接工作的特点是尺寸大、数量多、外形精度要求高。要保证装配质量，提高装配精度和效率，针对大部件装配结构相似的特点，在大部件装配时采用数字化柔性装配技术，可以有效解决品种多、小批量的生产现状，同时减少产品改型带来的资金投入。它主要包含数字化对接技术、精加工技术、精确检测技术、集成控制技术、柔性装配型架设计与制造等。

2.5系统数字化在线检测技术

系统数字化在线检测技术是飞机装配完成后，完成单元系统测试；模拟部分传感器信号，使相应系统运作，检查其工作特性；激励系统在一定的环境下，检查特定环境下系统的工作特性；完成系统的地面激励模拟检测；完成系统故障隔离、故障定位，为飞机故障排除提供资料。以往系统通电检测时，系统工作在地面空载状态下，系统很多的指标无法测试，只有飞机飞行试验时才能验证。在线测试系统可代替传感器模拟系统工作环境，向机载系统提供各种激励信号，从而检查各系统在任何条件下的技术战术指标与功能等是否满足要求，能够做到实时、动态监控各系统信息等。数字化检测技术是飞机设计与制造的桥梁，是保证飞机质量的重要技术[7]。

3应对策略

从我国航空工业的实际情况出发，如何才能按照“总体规划，分步实施”的要求提高飞机装配技术要求，实现数字化的飞机装配，满足现代飞机设计、质量指标和批生产的要求？为达到飞机数字化总装配水平，应采取以下对策：

3.1注重国际合作

通过国际化合作的模式，根据对外合作具体内容，可开展联合工作、专题评审、咨询、工程技术人员培训等多种形式的合作模式。利用国际上现有的优势技术资源，引进国外典型机身等大部件的数字化装配生产线，汲取、学习国外在飞机装配方面的经验，统一协调和部署数字化技术的计划和实施，用较短的时间突破飞机在装配方面的技术瓶颈，缩短关键技术的攻关时间。

3.2产、学、研结合跟踪世界先进装配技术

飞机装配技术的发展是涉及到计算机网络、自动化控制、机械制造、传感与侧量、仿真、系统工程等多学科的系统知识，仅靠一个部门、一个系统很难在短时间内完成项目的开发与应用。

加大数字化装配技术研究的投资力度，建立装配技术研发中心，采取企业、研究院所、高校联合攻关模式，综合各方的长处，跟踪飞机装配技术的发展，学习和借鉴国外先进的数字化装配技术，研究飞机生产流程，开展基于数字化工装的协调技术、数字化模拟仿真技术、激光跟踪测量技术、数字化定位技术等多种先进技术的应用，逐一突破关键技术，实现系统集成应用，为后续飞机装配技术的关键提供技术支撑，确保飞机装配系统在技术上的先进性和实用性以及在生产上的可行性。

3.3夯实工艺技术队伍

飞机工艺技术系统在飞机制造企业里的地位相当重要，关系着如何将设计信息准确无误、经济高效、可持续发展地转化成工人可操作的操作指令，从而生产出符合设计要求的高性能的产品。如果工艺技术落伍，在产品设计初期由于没有制造技术的支撑，设计师不得不降低产品的技术性能，即使产品性能要求再高，但由于制造技术的落后，只能制造出不符合设计要求的产品，从而使得产品性能大打折扣。

由于技术基础薄弱，技术积累不够，制造企业里工艺技术没有得到足够的重视。要设立工艺技术研发中心，进行技术数据积累，夯实工艺技术队伍整体基础水平，为数字化装配做好技术铺垫。可以先完成各单项技术的突破，进行各单元技术的应用，最后实现各单元技术在飞机数字化装配中的集成应用。

3.4挖掘自身潜力，建立人才激励制度

美国、欧洲等发达国家的飞机装配技术经过人工操作装配、半自动化机械装配和自动化及柔性装配的发展历程。当前中国飞机装配与自动化、数字化、智能化的行业发展趋势与要求相比还有较长的路要走。面对装配技术水平与现代航空企业的差距，以国际合作为牵引培养具有现代化装配思路的领军人才，建立健全人才激励制度，对有经验、有技术的设计、工艺人员加大奖励，依靠产学研的项目开发模式，依靠独立自主、自主创新的精神，注重企业内部装配人才的挖掘与培养，为国防建设和现代化军队建设提供强有力的技术保障。

4数字化装配应用展望

数字化装配技术代表了现代飞机制造技术的发展方向，是技术、观念以及管理的全面变革。深入研究、逐步掌握应用数字化装配技术，能够在提升飞机质量和工作效率的同时，促进我国航空产品生产的观念及管理体制的变革，实现飞机制造水平的重大突破。

中航西飞的新舟系列飞机和支线客机ARJ21局部应用了数字化技术，采用数控加工、数控检测、激光测量定位等技术，为我国航空制造技术数字化装配和研发奠定了基础。中航沈飞与大连四达公司联合研制了具有自主知识产权的飞机大部件自动对接柔性装配平台，实现了在闭环控制情况下飞机六自由度的精确调姿，工装结构大大简化且满足了实际需求，有效地降低了技术风险和控制难度[8]。未来，中航工业将在各种型号飞机的研制中继续推广数字化装配应用，相信经过坚持不懈的努力，我国航空工业也会建成先进的数字化装配生产线，实现飞机装配技术的跨越。

参考文献

[1] 周养萍.飞机部件数字化装配技术发展综述[J].航空制造技术，2013(13):52-54.

[2] 王梅，牛润军.数字化测量技术在飞机外形检测方面的应用研究[J].航空制造技术，2013(20):109-112.

[3] 何胜强.大型飞机数字化装配技术与装备[M].北京：航空工业出版社，2013：273-284.

[4] 王姮，侯志霞，李光丽，等.面向装配的飞机数字化设计技术[J].航空制造技术，2014(21):63-65.

[5] 安志勇，曹秒，段洁.数字化测量技术在飞机装配中的应用[J].航空制造技术，2013(18):48-51.

[6] 李西宁,胡匡植，李维亮，等.飞机数字化柔性装配工装技术[J].航空制造技术，2013(12):40-43.

[7] 冯子明.基于三维模型的飞机数字化快速检测技术研究[J].航空制造技术，2011(21)：32-35.

[8] 郭洪杰.飞机大部件自动对接装配技术[J].航空制造技术，2013(13)：72-75.

[责任编辑、校对：梁春燕]

Reflection on Improving Airplane Assembly Technology

CHUGui-lan

(Training Center,AVIC Aircraft XAC,Xi'an 710089,China)

Abstract：On the basis of comparison,the paper analyzes and concludes the current situation and development trend of domestic and overseas airplane assembly technologies,introduces the key to the development of airplane assembly technology,and illustrates how aviation manufacturing enterprises can command key airplane assembly technology and make breakthroughs.

Key words：aviation manufacturing;assembly technology;digital assembly technology

中图分类号：V262

文献标识码：A

文章编号：1008-9233(2016)01-0040-04

作者简介：初桂兰(1963-)，女，山东淄博人，高级讲师，从事航空制造技术教学研究。

收稿日期：2015-01-07