飞机薄壁组件数字化柔性装配研究

刘卫东　广 伟　姚 展（中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司，陕西　汉中　723213）



飞机薄壁组件数字化柔性装配研究

刘卫东广 伟姚 展
（中航飞机股份有限公司汉中飞机分公司，陕西汉中723213）

摘要：现有的飞机装配工装仍沿用专用装配型架装配飞机组件，是制约飞机研发、制造，增加资源耗费，装配效用亟待提高。当前，飞机数字化设计及制造、装配工装定位柔性化、装配工装装夹柔性化等柔性装配基础技术已基本成熟，飞机柔性化装配系统构建正当其时。飞机薄壁组件样式繁多、数量庞大，装配难度相对较大，但曲面连续性好，装配工艺大同小异，数字量少，为柔性化装配创造了条件，是飞机柔性化装配重要突破口。

关键词：数字化柔性装配；飞机制造；薄壁组件

柔性化装配是基于数字化、自动化技术而发展起来的一种装配制造技术，具有敏捷度高、精确、快速、高效等优点，相较于传统的人工或自动装配，可靠性强、成本相对较低、装配速度快，是未来装配制造领域的的核心技术。飞机装配是一个复杂的系统过程，耗时长、成本高，一条装配系统适应性长，无法满足多型号飞机的装配，装配已成为制约飞机制造行业的重要瓶颈。在此背景下，飞机柔性化装配应运而生，其主要通过一套装配工装完成多个产品装配的制造技术，极大的拓展了装配工装的适应性，提高了生成效率。飞机薄壁组件几乎覆盖机体全身，样式繁多，且数量庞大，对装配水平提出了更高的要求。当前，数字化技术飞速发展，日新月异，充分的挖掘数字化柔性装配在飞机薄壁组件中的应用价值非常必要。本次研究试探讨当前飞机薄壁组件数字化柔性装配现状，并提出展望。

1 飞机柔性化装配

1.1 飞机装配

当前，全世界飞机生产厂商数量仍十分有限，现仍在生产的飞机型号也较少，飞机制造从某种程度上说是一种垄断行业。各国飞机装配仍普遍采用专用装配型架装配飞机组件，即依据飞机的设计模型，结合CAD等手段，通过数字量协调传递线路，按照指定的路线、程序进行部件装配。在研发一种新的飞机后，需要新研发一套装配架，或对原有的装配架进行重大调整，这一过程十分漫长，直接影响新型飞机的研制。鉴于此，许多发达国家致力于研发一种柔性专配，多点阵成形真空吸附式万能柔性工装系统是当前一款比较成熟的系统，其主要通过模块化的阵列组成，通过数字化调整，以分布阵列上的吸附点，满足不同型号产品的钻孔、连接等装配工作。该系统并非飞机装用装配架，还被广泛用于汽车、轮船等工业品制造。X-35是洛克希德·马丁飞机制造公司研发创造的一种专用的龙门钻削系统，极大的节省了人力，缩短了装配之间。

1.2 飞机柔性化装配基础储备

目前尚无专门针对飞机薄壁组件装配的柔性装配系统，但从现有的其他领域柔性装配工艺来看，飞机数字化设计及制造、装配工装定位柔性化、装配工装装夹柔性化、适合装配工装尺寸调整的柔性化结构设计、复杂曲面数字识别、自动钻孔、多轴系统控制、自动铆接技术等技术已基本成熟，为飞机柔性装配系统的构建提供了可能。

1.3 飞机柔性化装配需解决的问题

1.3.1 数字量协调

前文提到，数字化设计与制造是飞机柔性化装配的基础，数模的构建是开展装配的依据，数据还是开展柔性化装配的标准，柔性化装配其本身便是依据数字量开展机械运动的过程。数字化统一了装配过程所需要的控制量，为实现系统构建提供了条件。飞机的柔性化装配不仅仅是原有的装配工艺与工装结合，而是对计算机、电子、制造等多个学科的综合化集成。

1.3.2 分离面划分

飞机的分离面分为设计与工艺分离面，前者是指可拆卸部件之间的分离面，是方便制造、装配的单元分离面。分离面的构建对于飞机柔性装配具有重要意义，理想的分离面构建应规范、便捷、通用，这一定程度上要求飞机设计者在飞机设计之处便充分考虑柔性配装问题，设计需要符合现有的分离面设计标准，以保证配装过程中的承重托点、定位销坐标可算。

1.3.3 柔性连接、定位于夹紧问题

飞机是一种复杂的高科技产品，且不同于汽车等工业产品，保密性非常严格，当并无飞机标准化、规范化配装与设计平台，一定程度上限制了配装工装通用化。但飞机场内部可设立复合自身设计特色的标准。当前飞机柔性连接、定位和夹紧标准目前还处于探索阶段。

2 数字化柔性装配在飞机薄壁组件装配中的应用

飞机薄壁组件几乎覆盖机体全身，样式繁多，且数量庞大，主要由铝制，质量轻且薄，装配难度相对较大。但不同于飞机内部组件，其曲面连续性好，装配工艺大同小异，数字量少，柔性化装配需重点应在于准确的定位曲面上的点。飞机薄层曲面多采用贝齐埃曲线拟合。誓将Ai，j作为空间定位点，则可表示为Ai，j（X，Y，Z，ny），X、Y、Z为点的空间坐标值，ny为点的空间法矢量，任意点的位置变量主要为曲面零件厚度、装配调节、装配工装，据此我们可以计算曲面上任意一点的数值。定位点越多，则装配越精确，但与此同时工作了越大，可供装配的空间也越小。零件的曲面形状是已知的，采用柔性装配即将曲面上的点输入至装配控制程序，后者定位装配机械，使其运动到想要的位置，进行操作。当装配的薄层变化时，只需要重新定位，便可以调整柔性架装配位置，满足装配需要。

3 展望

柔性化装配是解决当前飞机研制时间耗时长、资金耗费巨大的重要途径，其不仅可用于飞机研制，在其他复杂工业制成品制造领域也有巨大的发展潜力，可以说是未来机械产品制造的核心技术。当前，应以技术实现难度较小的薄层装配为突破口，集成现有的相关技术，构建成熟的柔性化装配工装体系。

参考文献

[1]何春燕.制造业企业数字化管理平台是适于应用[J].数字军工，2008（07）：44-47.

[2]曹增强.国外大型飞机装配型架设计的新方法[J].航空制造技术，2006（02）：60-61.

[3]邹方.飞机数字化柔性装配关键技术及其发展[J].航空制造技术，2006（09）：30-35.

中图分类号：V415

文献标识码：A