浅谈飞机线束智能化制造技术及装备

任宇航

摘  要：飞机线束制造技术是飞机制造技术中很重要的一部分。随着现代飞机上系统复杂度的提高以及大量电子、电气设备的引入，飞机上导线束数量大量增加。以A380为例，其电线总长超过500km，连接器数量达10000个，所需的生产时间超过10000h。这些线路犹如飞机的“中枢神经系统”遍布飞机的各个角落，其设计、连接制造的复杂性与各种要求日益提高。

关键词：飞机线束智能制造  线束辅助工艺设计系统  线束捆扎设备  整机线缆检测

中图分类号：V262.4                             文献标识码：A                    文章编号：1674-098X（2020）08（b）-0004-03

Abstract： Aircraft cable manufacturing technology is an important part of aircraft manufacturing technology. With the increase of system complexity and the introduction of a large number of electronic and electrical equipment in modern aircraft， the number of aircraft harness increases greatly. The A380， for example， has more than 500 kilometers of wires and 10，000 connectors， more than 10，000 hours of production. These lines are like the "central nervous system of the central nervous system"， which is all over the corners of the plane， the complexity and various requirements of its design， connection and manufacturing are increasing.

Key Words： Intelligent manufacturing of aircraft wiring harness; Wiring harness aided process design system; Wire harness strapping equipment; Whole machine cable inspection

飞机线缆关联飞机电气、航电、火控、操纵等系统，是为飞机各个部件提供动力源、控制信号和数据信息的神经网络。线缆连接的正确性和可靠性在保障整个飞机可靠运行中起着至关重要的作用[3]。然而，由于受线束生产不规律、连接器种类繁多、线束长短不一等诸多因素影响，导致国内外在线束制造如此重要的工艺过程却不得不大量采用手工操作。本文针对工艺准备、线束制造和线缆检测三个阶段，在现有生产模式下，通过先进自动化设备、软件的应用，降低操作人员劳动强度，提高线束生产质量和效率，满足航空线束智能制造需求。

1  工艺准备阶段

由于航空线束生产的特殊性，在工艺准备阶段需要工艺人员绘制1∶1的电缆图版，并制作下料数据表、标志数据表、标准件数据表等8种表格。目前国内外先进的线束生产厂家已通过线束辅助工艺设计系统协助工艺人员完成。该系统由航空线束辅助工艺设计系统和图版打印机组成，其中航空线束辅助工艺设计系统包括：线束图纸辅助设计模块、物料信息管理模块、工艺信息管理模块。

线束图纸辅助设计模块提供对设计图纸的查看、编辑、设计检查等功能。通过对设计图纸的转换与调整，自动生成电缆1：1工装图纸，完成相关电缆工艺图纸的设计工作。主要功能如下。

（1）支持针对电缆设计数据中各类设计对象的查看、编辑工作。

（2）支持图形风格显示控制，使整个图纸的显示满足标准化图纸要求。

（3）支持电缆分支的拓扑结构调整，可以将分支与原有分支的节点断开，并连接到新的节点上，进而快速调整电缆的分支拓撲结构。

（4）支持电缆分支的长度调整，提供自动化的工程计算功能，自动计算电缆中电线的长度、分支的直径、线束的重量，可以设定工程化计算的余量。

（5）提供自动化的工程匹配及优化功能，可以自动选择连接器匹配的接触件，并优化死接头的位置及两侧的电线进线方向。

（6）具有图纸合法性校验工具，能够实现图纸与导线表、物料明细一致性的校验，并根据死接头匹配规则、焊锡环匹配规则、接触偶匹配规则、连接器与后附件匹配规则等进行选用校验。

（7）能够实规航空线束制造全生命周期技术状态的智能管控，统计指定架次使用的设计图纸、图版工装、导线表、物料信息等线束制造基础数据。

2  线束制造阶段

现阶段线束制造包含导线下料、布线、捆扎线束、套标识、剥除绝缘层、端接导线、装配连接器七大步骤，各环节之间工作量占比约为：导线下料13%、布线18%、捆扎线束14%、套标识8%、剥除绝缘层12%、端接导线25%、装配连接器10%。

在导线下料阶段，采用导线激光标印机按下料数据表信息将导线切成定长导线段，并在线身标印图纸要求的导线号。目前已有企业通过将同种规格、同样长度的导线分镞分类，减少导线激光标印机更换导线规格的时间。但由于航空导线规格种类繁多并且长短不一，所以提升设备效率将是提升导线下料效率的唯一解。

目前国内外大部分线束生产厂家在布线及捆扎阶段的工作均由人工完成，自动化程度较低。现有工作流程是在1：1长度的工装图版上，在导线的从区、到区以及分叉处安装销钉，用来固定导线，再由操作人员按设计图纸要求，将导线固定在销钉上，最后每隔20cm进行捆扎。由于导线根数多，长度长，并且工作台宽度较大，导致操作人员长时间伏案工作，工作强度很大。后续可参考汽车行业，借助电子线束布线板，取代手工绘制的工装图版，减少操作人员绘制及修改图版的工作量，并且能显示丰富的生产信息（例如，接线关系、使用工具等）。在导线捆扎阶段可采用线束自动捆扎设备[4]，减少操作人员工作量。在导线下料及布线阶段，国际上先进企业已率先采用龙门自动布线机，并研发适用于自动布线机的专用打号机，可实现导线打号布线全程自动化生产。

导线套标识阶段是在线束相应位置套装印有字符的热缩标志管，标识电缆号、成品号、死接头号及线束号等内容，并用热风机将其加热固定。目前已有企业率先探索在热缩标志管上打印二维码，并通过专用扫描设备读取电缆号、成品号等相关数据，可以有效减少标志管打印字符，提升读取性。

导线绝缘层剥除采用剥线钳进行，但受工人操作熟练程度、线芯尺寸偏差、剥线工具选择、钳口磨损等情况影响，存在导线线芯损伤、断裂，严重时会导致多根线丝断裂等安全隐患，若再补加工会造成材料浪费，提高制造成本。而在航天线束制造时，已采用激光剥线机和热剥钳剥除导线绝缘层。消除人为差错对导线端头质量的影响，提高电缆加工质量与电缆信号传输的可靠性。

导线端接是将导线和端子、插销、死接头等通过压接或焊接的方式连接起来。由前面工作量占比可以看出，导线端接阶段工作量最大，目前均由操作人员手工完成。导线焊接除了传统电烙铁焊接外，也使用自动控温焊锡锅进行，但是由于自动控温焊锡锅焊接时产生的噪声及挥发的气体影响职工身体健康，所以大部分导线端接仍采取压接完成，工作强度大。

连接器装配包括安装插头、打保险、漆封等工作。现阶段仅有打保险阶段采用保险钳完成，安装插头和漆封均为人工完成。插头装配设备将是这道工序迈入自动化的关键，目前国外已有相关企业开展设备研制应用。由于国内自动化仍处于追赶阶段，所以在此方面尚属空白。

3  线缆检测阶段

线束检测分为地面检测及机上测试两部分工作。

地面测试阶段是采用测试设备对线束进行断路、短路及绝缘性能等方面的故障检测。过去大部分厂家采用传统工具，即用三用表、蜂鸣器等进行逐点测试，工作强度大，人为错误多。而现在我国部分厂家也逐渐使用线缆测试仪等自动测试设备对线束进行故障检测，可大幅提高测试效率及可靠性，克服人工测试缺陷，确保产品安全可靠。

机上测试阶段是利用专用的自动测试系统，根据实际被测试飞机的电缆情况编辑测试程序，通过转接电缆及转接工装夹具，实现对飞机整机线束、电缆网、成品功能、系统效能的测试及检查。目前国内主流是采用分布式测试单元（箱），通过转接电缆将被测设备与测试系统相连，完成测试结果输出与显示、提供错误报警信息以及操作与维护数据库。但由于现有测试设备不具备与业务系统交互运行的执行终端，执行过程数据难以产生、捕获、流转，导致数据大量缺失，执行状态难以动态、全面掌控，不利于测试数据的统计、查询，以及知识工程的开展。目前，国际上通常采用整机测试系统解决此类问题，通过采用集成测试平台，围绕飞机各系统功能，实现飞机各系统测试状态的快速反馈与管控，并提供实时、准确的被测成品技术状态情况。

参考文献

[1] 田斌，李青.飞机线束生产计算机辅助工艺设计技术研究[J].机械工程师，2011（3）：72-75.

[2] 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.

[3] 张明，赵伯威.线束自动捆扎设备研究[J].机械工程与自动化，2017（4）：101-102.

[4] 朱吉满，徐本柱，凌欣南，等.汽车线束工艺工序及工序关系自动生成[J].图学学报，2013（2）：38-46.

[5] 曹志良.基于超声波压接技术在汽车线束生产工艺中的研究[J].科技资讯，2016（18）：54-55.

[6] 黄鑫.虚拟环境下的线缆布线技术研究[D].贵阳：贵州大学，2019.

[7] 胡宇威.基于并行搜索策略的三维线缆自动布线技术研究[D].桂林：桂林電子科技大学，2018.

[8] 宋倩.机电产品线缆三维路径规划技术研究[D].南京：南京航空航天大学，2018.