飞机数字化装配技术的发展与应用

石新

【摘  要】数字化技术在飞机发动机装配中的应用提高了对接安装的精确性和可操作性，为此本文研究飞机发动机数字化对接安装工艺，介绍数字化对接安装工艺优势、工艺构成、工艺难点，并给出数字化对接安装规划设计方案。总结飞机发动机数字化装配经验，供相关人员参考借鉴。

【关键词】飞机;数字化装配技术;应用

前言

数字化装配工艺系统不仅是一个独立的三维装配工艺设计工具，还可实现与各种管理系统的集成和信息共享，包括PDM系统、ERP系统和MES系统，可从管理系统中获取三维模型进行三维工艺设计，同时将工艺设计的结果直接发布到MES系统上，实现设计、工艺、制造的链接。

1数字化工艺平台关键技术

1.1模型轻量化转化

数字化装配工艺设计是在三维模型基础上进行设计的，完整的三维模型有很多信息对装配工艺设计作用不大，当复杂三维模型加载时会花费较长时间，有时出现显示问题，用轻量化模型可以大大加快计算速度，改进操作性能，使配置过程设计的操作更流畅。本数字化工艺系统提供的三维模型转换工具可以将模型进行批量转换，大大节约时间。

1.2三维装配工艺规划

装配工艺规划是装配过程的重要环节，装配顺序和装配路径直接关系产品的可装配性、装配质量和装配成本。根据三维模型结构，通过虚拟装配环境，规划产品的装配工艺流程和装配活动，通过对产品装配拆卸过程的仿真，验证装配顺序设计的合理性。下面就飞机发动机数字化装配工艺进行探讨。

2飞机发动机数字化对接安装工艺难点

飞机发动机装配作业系统化程度非常高，装配过程复杂，在装配过程中涉及到大量的零部件。由于发动机装配质量直接关系到飞机发动机性能的发挥及运行安全，因此对其装配过程的要求非常严格。装配过程中各道工序必须充分协调、联系，以此来保证发动机装配质量。在部分飞机发动机装配项目中，装配顺序非常灵活，以往采用人工装配的方式需要涉及到较多的作业人员，工序繁杂，受到人员行为、作业环境等因素的影响，发动机安装位置及姿态误差过大、需反复调整、发动机与机身结构相磕碰的问题时有发生，导致飞机发动装配进度及质量受到严重影响。

数字化装配技术的出现极大弥补了传统装配工艺不足，在装配精度、效率、经济性上都得到明显改善。从目前技术发展水平上看，主要问题依然集中在安装调姿上。安装过程中，要求发动机与飞机机身安装仓的轴线位置始终重合，此外还需调整发动机绕轴线的转动，并将发动机平稳推进安装仓。在数字化装配过程中，要求系统能够实现对发动机6个空间自由度位置及姿态的精准控制，并对整个作业过程中发动机位置及姿态数据进行监督和记录。

3飞机发动机数字化对接安装规划设计

3.1规划设计要点

我国飞机发动机数字化安装对接工艺研究起步较晚，在之后的规划设计中，应重点关注以下内容：①由我国自主研发的大型军民航空器还处于研制阶段，目前，对发动机的需求量还无法得出准确的估计，因此在设计脉动总装线时，建议采用模块化的设计方案，完成工艺重构及检测发展成熟后，再依照规划进行大规模建设[3]。②飞机发动机脉动总装流程可被总结为飞机整机调姿、发动机调姿安装、安装后检查（主要进行姿态检查和通电检查），规划设计需重点关注该流程中的调姿和检查环节，并对二次装配过程中，各零部件的识别和存放方式进行创新。③飞机发动机装配生产线需与发动机的具体型号相适应，随着新型发动机研发任务的深入，型号更换、结构调整等工作频繁开展，此时就需要总装脉动线进做出一定的调整以适应新的发动机装配需求。想要实现不同规格、型号的发动机在同一生产线上进行装配，提高总装线的灵活性是关键。例如，融入多种用途的柔性工装，以降低工装存储空间，满足柔性装配、灵活装配的需求。同时，将下线功能及修理系统的完善考虑到规划设计当中。

3.2总装脉动生产线发动机安装案例

以大型飞机发动机装配为例，对一种新型的发动机装配系统进行介绍。基于数字化技术的大型飞机发动机安装彻底打破以往以钢丝绳吊装发动机的形势，消除发动机吊装过程中因柔性摆动而导致的发动机安装位置难以控制、安装精度不足的问题，真正实现可控的数字化发动机调姿过程。目前被提出的新型数字化装配系统结合刚性提升结构、支撑系统、数字化调控系统、气悬浮柔性补偿等模块，依照发动机与吊挂之间的连接形式，将前端主交点设计为铅锤销轴与球铰连接，预留间隙有限;将后端设计为插头与插耳连接，预留单边缝隙2mm，以提供更大的运动灵活性。飞机发动机快速、精准对接可通过对两交点依次进行精确调姿，以前交点为主，在完成一个交点3准确对接之后，再对其他交点的对接姿态进行调整，其余自由度通过自动补偿即可完成调姿。此外，该发动机装配工艺还将发动机的运输、调姿、对接、保护等工作相整合，在安装安全性、便捷性上提升明显，可用于大中型飞机发动机快速、精确对接。随着相关技术的优化和发展，该工艺将在飞机发动机装配领域得到进一步的推广。

结束语

在制造技术高速发展的今天，军品制造业的信息化建设是提升军工企业整体实力的必由之路。在产品设计和生产管理信息化发展相对成熟的同时，数字化装配工艺技术应用成为企业发展的关键问题。数字化装配工艺设计根据三维模型结构，通过在虚拟装配环境下，实现了产品三维装配工艺装配过程的规划和装配过程的仿真，实现了可视化装配指导，使装配人员更容易理解装配工艺，提高装配效率和装配质量;同时对于科研新品实现设计和工艺数据的交互、协同应用，在设计阶段利用三维工艺设计提前分析发现产品的工艺问题，缩短了研制周期，为企业提升核心竞争力奠定了坚实的基础。

参考文献：

[1]田錫天，耿俊浩，唐健钧，等.飞机三维数字化装配工艺设计与管理技术[J].航空制造技术，2015，473（4）：51.54.

[2]郭具涛，梅中义.基于MBD的飞机数字化装配工艺设计及应用[J].航空制造技术，2011（22）：74—77.

（作者单位：中航飞机股份有限公司）