试论大飞机数字化装配关键技术及其应用

李文权

摘要：为满足大飞机数字化的发展需求，对大飞机数字化装配关键技术进行分析尤为重要。有鉴于此，本文通过对大飞机数字化装配关键技术及其应用进行研究，希望对促进我国飞机制造行业的发展有所帮助。

关键词：大飞机；数字化装配；关键技术

引言：

所谓的大型飞机主要分为两种：一种是起飞重量大于100吨的运输飞机；另一种是座位数≥150的民航客机，一般情况下，民航客机的寿命可达9万个小时，因而，这类飞机对于设计和装配质量提出了十分严格的要求。目前，飞机制造已经初步实现了现代化和数字化的转变，并产生了多种装配技术，这些技术的应用，大大提升了飞机的质量和安全性能。因此，对大飞机数字化装配关键技术及其应用进行分析，具有十分重要的意义。

一、飞机数字化发展概述

技术发展是推动飞机更新换代的主要力量，也是确保新型飞机质量和性能是关键。目前，信息技术被广泛应用于各个领域，飞机制造领域与信息技术相结合，推动了飞机数字化发展的进度，尤其是在飞机设计阶段利用信息化和数字化技术，有利于提升飞机设计质量，强化飞机的设计效果[1]。其次，飞机零件加工制造业也初步实现了数字化的转变，例如：数控机床零件加工车间的应用就是其中的代表，利用计算机对零件加工进行管理，相较于传统的人工管理，其优势十分明显，可以说，数控车间的使用，开创了飞机数字化装配的先河。飞机生产数量也显著增加。例如：波音777就是数字化装配生产的代表机型。智能化的装配制造，更是飞机制造业未来的发展方向。我国大飞机数字化发展进度稍落后于国外，测量技术和测量设备是我国现阶段研究的重点，同时也是我国实现飞机数字化发展的前提条件。

二、大飞机数字化装配关键技术及其应用

（一）三维可视化技术的应用

现阶段在飞机装配车间，二维图形技术已经实现了普及应用，二维图形应用的方向为展示装配进度，例如：飞机装配进度条、饼状图等，但是利用这种方式对装配完成情况进行展示，效果相对较差，无法对展示内容进行细化分解，例如：人们在饼状图上，仅能看到整体装配完成情况，却无法看到单一部件装配完成情况，然而，这些不足可以被三维可视化技术有效解决，将该技术应用于飞机装配进度展示，不仅可以直观展示出飞机装配的完成情况，还能在虚拟环境下，采用不同的颜色，通过构建三维模型的方式，对飞机装配进度进行完美体现，其原理就是利用不同颜色代表不同的装配组件。在进行展示过程中，需要将车间装配任务作为依据，增强模型的简化程度，然后将简化后的数据与模型相结合，就可以构建出一个展示装配进度的信息模型，系统会将该模型作为基础，结合所采集的部件装配状态，为模型进行上色，以此来提高模型的视觉渲染效果，从而让模型一目了然，人们可以在短时间内了解飞机装配的详细情况。

三维模型简化技术是构建飞机装配可视化模型的关键技术，由于飞机在制造过程中，需要装配大量的零部件，为进一步强调飞机装配可视化的效率，对三维模型进行简化十分重要。简化的内容为两点：一是对装配结构进行简化；二是对结构组件外形进行简化和处理。

处理工艺数据。飞机数字化装配有一套标准的工艺和流程，并且装配任务和工艺存在密切的联系，二者是互相对应的关系。因此，对其进行动态性管理十分重要，而处理工艺数据就是实现动态管理的重要途径。

飞机装配进度模型的构建。上述提到过飞机装配进度信息模型由两部分组成一是飞机装配进度简化模型；二是静态生产信息。将二者有效的结合起来，即可完成飞机装配进度信息模型的构建。

（二）数字化测量技术

飞机装配贯穿于飞机生产的始终，无论是在飞机设计阶段，还是飞机试验阶段，飞机装配都发挥着重要的功能[2]。可以说，飞机装配是一项系统且长期的工程。传统的型架定位装配方法，已经无法满足飞机数字化发展的需要。不利于保证新型号飞机的装配质量和生产效率。近些年，各种先进的技术与飞机装配技术相结合，形成了多种先进的装配技术，常用的技术包括以下几种：一是，数控装配技术；二是，激光定位装配技术；三是，机器人装配技术。这些先进装配技术的广泛应用，使数字化测量技术成为了确保飞机装配质量的关键技术。在飞机数字化装配过程中，应用数字化测量技术，可以对裝配设备和装配工艺进行优化，实现对加工参数的有效调整，在提高技术水平，降低装配成本的同时，使大飞机数字化装配的效果得到强化。

（三）自动钻铆技术

自动钻铆技术是大飞机数字化装配的关键技术之一，其技术形式主要有以下两种：一是结合柔性工装设备，例如：机翼翼壁板机械柔性工装，该工装设备具有良好的开敞性，工作人员可以通过控制系统，对该工装设备进行调控，从而实现飞机机翼的自动化装配和铆接；二是将该技术应用于自动化装配系统中，有利于提高系统的柔性。例如：波音公司在进行飞机机翼对接时，就应用自动铆接技术，开发了一次性装配系统，该系统具有可移动性和可拆卸性的特点，并且系统本身的重量较轻，便于移动，利用该铆接系统，可以同时完成多个铆接装配任务。现阶段，自动化铆接技术呈继续发展的态势，由于传统铆接系统应用成本较高，因此，飞机制造行业正在研制并开发低成本的飞机装配技术，目前已知的技术包括以下几种：一是机器人铆接装配系统，该系统甚至可以不利用柔性工装设备，直接对飞机部件进行铆接装配，使装配铆接成本大幅度下降。二是误差补偿技术，误差补偿技术的功能在于确保自动化铆接装配的质量，因为在自动化铆接装配过程中，铆接装配质量会受到多种因素的影响，继而会直接影响飞机质量。但基于CAIAV5平台开发的误差补偿技术，可以对各类影响因素进行分析，并建立误差补偿模型，为修正铆接装配的误差，提供了理论和数据帮助。并且，还可以将补偿数据进行处理整合，建立铆接数据库，从而使飞机铆接装配的效率和质量得到提升。

结论：

综上所述，大飞机装配技术未来的发展方向就是数字化发展，对其大飞机数字化装配关键技术进行研究，具有十分重要的意义和价值。对数字化装配技术进行研究，不仅要阐述其优势，更是要对关键技术内容进行延伸，建立完整的技术体系，以强化技术的应用效果，继而确保飞机数字化装配的质量，推动飞机制造业的发展。

参考文献

[1]宋利康，朱永国，刘春锋，等.大飞机数字化装配关键技术及其应用[J].航空制造技术，2016（05）：32-35+51.

[2]郭洪杰.飞机数字化柔性装配生产线关键技术[J].航空制造技术，2015（17）：40-43.

（作者单位：中航飞机股份有限公司）