大型飞机部件数字化对接装配技术研究

吴江珑 杨强

摘要：为了克服大型飞机部件对接装配过程中的难度，相关研究人员建立了先进数字化技术的柔性装配技术体系。本文根据以往工作经验，对传统飞机大部件对接装配的缺点及工作站原型系统进行总结，并从数字样机的装配过程仿真、基于数字化标准工装的数字化协调技术、机械随动定位装置及控制软件、激光跟踪测量技术四方面，论述了大型飞机部件数字化对接装配技术的应用。

关键词：大型飞机部件数字化对接；装配技术

前言：

飞机装配工作具有很大难度，涉及到的专业知识也较多，在一定程度上决定着分级的制造成本和装配质量。在传统飞机大部件对接上，主要以刚性工装对接为主，依靠工艺补偿确保大部件之间具有较强的协调性，在精细加工之后，利用吊车装置来完成对接工作，但这种方式的工作效率极低。为了改变这种情况，我国对数字化柔性装配技术进行的研究和应用，并取得了很大成效。

1.传统飞机大部件对接装配的缺点及工作站原型系统

1.1传统飞机大部件对接装配的缺点

截止到目前，我国的飞机装配工作依然以上世纪60年代的苏联传统方式为主，即模线——样板——工装。该种方式所经历的周期较长，装配协调环节也较多，在不同装配件的装配上需要制定不同的标准，不具备较高的可变性，且成本花费较大。另外，在大部件对接装配过程中，还有很多操作环节需要对人工进行利用。在实际操作过程中，人们需要将对接配件放在托架上，在相邻的两个部件之间，对接环面上一般会设置有连接孔和连接销，在人力的推动下，促使一个部件缓缓靠近另一个部件，在所有操作完成之后，才能开展对接工作。该种操作方式具有很多缺点，由于部分飞机部件体积和质量较高，人力很难对其进行操作，降低了对接效率。除此之外，在人工操作过程中，对接面上的孔销配合精度很难得到提升，从而在装配工作开展过程中出现问题，更容易对疲劳度产生影响。最后，在对接装配协调问题上，部分企业依然以原始模拟量传递为主，为了确保对接装配工作顺利完成，工作人员会在对接部位设计相应的工装标准，但这样做很轻易导致装配周期的延长，还会将更多模拟量传递方式缺点暴露出来。

1.2部段对接数字化柔性装配工作站的原型系统

在多种柔性装配技术结合使用下，主要以共同工作为目标，最终实现对各个组件的装配工作，这些成组的柔性装配工作可以构成柔性装配工作站。在该工作站工作过程中，主要以DFATS为支撑点，并将多种柔性装配中的关键技术进行集成，在结构和规模上可以根据具体的工作需求进行变换，规模较大的可称之为工作站，规模较小的可以称之为工装。整体来看，大部件对接柔性装配工作站将产品各个部件按照具体的设计结构信息进行整合，对点位数据能力进行检测，并对各个部件在空间中的位置调整，最终实现对接装配工作的合理开展。在执行机构的作用下，定位装置的作用也能够全面发挥出来，除了支撑对接部段之外，更重要的是利用控制系统对驱动机构进行控制，最终实现定位位置的有效调整。而在控制系统工作过程中，主要是对软件中发出的控制指令进行接收，带动电机伺服来实现执行机构的完善和调整，最终实现对位置测量和目标的有机控制[1]。

2.大型飞机部件数字化对接装配技术的应用

2.1数字样机的装配过程仿真

数字样机属于飞机辅助设计领域中的专业术语，内容以三维产品数字模型为主。在设计工作之中，设计部门会做好完整的飞机三维模型的工程数据收集工作，这其中还涉及到一些工艺信息。另外，根据具体使用用途的不同，工程数据集又可以分成3类子数据集，具体包括零件制造数据集、装配数据集和检验数据集，在这些子数据集的作用下，可以将一些无关的功能信息剔除出去，为后续对接装备技术的实施创造有利条件。由于大型飞机部段的零件尺寸较大，涉及到的零件数量较多，在利用数字样机进行对接时，需要对装配过程进行虚拟仿真分析，该项操作的优点如下：对于几段之中可以互换的大型部段，人们可以通过虚拟仿真软件来探查和开辟路径障碍，最终得到合理的装配序列。其次，由于对接装配序列可能有很多种，但由于大型飞机部段的对接时间较长，工作难度也较大。为了降低工作难度，相关工作人员可以利用过程仿真对其进行模拟，最终实现对装配序列的优化和选择。

2.2数字化标准工装下的数字化协调技术

在实物标工项目之中，不仅需要花费较高的制造成本，维护难度也较高，是所有生产工作的难点所在。为了解决该项问题，研究人员将DMT技术引入其中，该技术属于数字协调技术，以三维数字模型和坐标系基准系统为主，对零件和工装进行制造，这些产品主要应用范围是零件生产、部件内部装配及检验等。在激光跟踪测量上，为了提升工作效果，人们可以将测量特征设置在已经被定义好的坐标系统之中。另外，利用各种软件可以实现实时测量，并将测量后所得到的数据与三维模型中的数据进行仔细比对。从对比结果之中可以看出，从设计阶段开始到对接装配结束，整个生命周期缩短了整整10个月。由于數字化标准工装主要来源与设计阶段，需要与原计划进行对比，从而将设计、制造等情况突显出来。整体来看，数字标准化工装可以对实物标准工装进行替代，将协调作用发挥出来。但数字化标准工装并不是实物，这其中还包括一些部位几何形状和尺寸数字模型，是促进工艺生产的重要依据[2]。

2.3机械随动定位装置及控制软件

在具体的飞机部段对接工作中，机械随动定位装置属于自动化控制下的高精度装置，由于使用对象不同，其结构和工作方式也存在不同。执行机构属于机械随动定位机构，以自动控制方式为主，可实现对定位机构的有效调整，而在驱动机构的带领下，可有效实现部件的定位等工作。总的来说，装配定位工作主要包括硬支柱和吸盘两种形式，二者在工作时均由计算机来指挥。另外，为了提升定位的精准程度，传感技术的应用不能被忽视。柔性装配工作站也可以和其他工艺需求相结合，与其他装配操作技术进行综合，如基准面加工、数控焊接等。与此同时，数字化柔性技术的软件控制系统还包涵很多不同的控制程序，主要作用是对标准数据进行收集，最终为数据传递创造有利条件。

2.4激光跟踪测量技术

如果能够对可控式的机械随动定位装置及数字化协调方式进行应用，工作人员便可以利用光学测量实现位置和空间的合理定位，提升对接装配工作的表现效果。相比之下，数字化光学测量技术也包括很多种类，如非接触型、无导轨型、便捷性高等。截止到目前，应用在该领域的最先进技术便是激光追综仪测量。该项技术的发展时间很短，但却将很多先进技术集中在一起，如光电检测技术、精密机械技术等，在这些技术的作用下，最终实现实时扫描测量，并对三维数据实施直接输入和输出，接口数量也较多，很容易完成和其他数字化设备的连接[3]。

总结：

综上所述，数字化柔性装配技术主要以飞机制造装配技术为发展方向，在各项关键技术及体系的研究上，需要重点对我国飞机制造和装配技术中的薄弱环节进行探讨，彻底改善我国在过去几十年之中所延用的飞机装配协调方式。在这一先进技术的引导下，飞机部件的对接装配效率将会大大提升，为后续发展提供便利条件。

参考文献：

[1]刘航.飞机数字化装配中壁板对接及机身调平技术研究[J].科技视界，2017（36）：242+245.

[2]陈根良，黄顺舟，陈坤勇.面向最优匹配位置的大部件自动对接装配综合评价指标[J].机械工程学报，2017，53（23）：137-146.

[3]杜福洲，张铁军，熊珍琦.舱段类部件数字化柔性对接系统设计与试验研究[J].航空制造技术，2017（11）：24-31.