航空发动机数字化装配技术分析

曹成

（空军工程大学航空工程学院，陕西西安 710000）

0.引言

在现代社会下，我国对航空发动机的运行提出了严格标准。航空发动机装配技术水平影响着发动机运行水平。所以，要从优化航空发动机装配技术的角度出发，构建技术升级方案。在信息时代下，应用将数字化技术融入到航空发动机装配技术之中，以此强化发动机运行效果，保证航空工作的顺利开展。

1.国内外在装配方向的研究现状及分析

国内外专家积极地探究了装配工作，希望提升装配工作水平。国外研究现状：国外学者从系统辨识与控制器设计两部研究了装配工作。从系统辨识的角度来讲，Tutunji T等研究了基于脉冲响应的递归辨识算法，应用该种算法可以保证装配工作效率。从控制器设计的角度来讲，Ahmed Rubaai等发现了传优化的模糊PID控制器在加快发动机相应速度方面具有积极的意义。Wlison Latombe等研究了装配图，优化了装配顺序。在这种情况下，可以节约装配时间，降低装配工作出错率。国内研究现状：我国在航空发动机装配技术方面的研究时晚于国外。不过，研究人员针对航空发动机装配技术发展提供了有效思路。刘春针认为应该将激光跟踪仪的机器人用于装配定位工作之中，以此保证装配工作的精准度。陈哲涵等在装配检测工作方面进行了研究，认为要积极地构建装配检测数据模型。石宏指出数字化装配技术在提高航空事业发展水平中具有重要价值，因此要加大对字化装配技术推广力度。

2.传统发动机装配技术存在的问题

航空发动机装配成本占发动机成本的40%，装配工作量占整体工作量的50%。由此可见，装配工作水平极大地影响着航空发动机成本以及工作效率。在航空发动机数字化装配技术未出现之前，主要采取传统的人工航空发动机装配方式开展此项工作。在传统航空发动机装配工作模式下，航空发动机装配工作质量，工作效率，工作成本等都不能够得到充分保障。传统航空发动机装配工作方式的问题主要表现在以下方面：装配失误。人工是航空发动机装配工作的主体，也就是说，很多的航空发动机装配工作是依靠人工完成的。不过，人工在航空发动机装配工作中容易出现一些问题，进而影响了装配工作质量[1]。比如，在装配中，将原本需要装的零部件装到了其他的位置，同时还存在漏装的问题。在装配完航空发动机后，就需要开展检查工作，而在发现航空发动机运行问题后，就需要拆卸零件等，这样既延长了工作时间，又增加了装配成本。精准性不高。人工在进行航空发动机装配测量工作时容易出现误差，从而降低了发动机运行水平，影响发动机寿命。工作人员能力及专业水平存在差异。有的工作人员航空发动机装配工作素养高，实践能力高，但是有的工作人员能力及专业水平并不高。因为工作人员能力及专业水平存在差异，他们在配合航空发动机装配工作方面会存在问题，进而影响发动机性能发挥。为提高航空发动机装配工作水平，我国需要加大对航空发动机数字化装配技术研究力度，促进装配技术有效发展。

3.数字化技术的应用

随着科学技术发展，数字化装配技术呈现了数字化发展特征。通过将数字化装配技术应用在航空发动装配中，提高了装配工作效率，节约了装配成本。所以，航空发动机数字化装配技术受到了人们广泛关注。航空发动机数字化装配技术包括数字化装配工艺设计、数字化检测技术、数字集成控制技术。数字化装配工艺设计。主要通过形成航空发动机三维模型的方法，为航空发动机装配工作提供可靠的依据。在开展数字化装配工艺设计工作时，会出现三维过程图和多媒体动画，而工作人员需要重点研究三维过程图和多媒体动画，以此提高航空发动机装配工作效率与质量。数字化检测技术。在数字化检测技术下，可以大幅度地提升航空发动机装配工作的精准度。坐标测量机、激光跟踪仪、激光雷达、激光扫描仪等是在航空发动机装配工作中常应用的数字化检测技术。数字集成控制技术。通过应用数字集成控制技术，有利于保证设计、定位、钻孔、连接等数据交互、协调。同时可以促进各种信息共享，进而强化航空发动机装配工作效果[2]。数字集成控制技术属于系统稳定运行的关键技术，所以要重视此项技术。

4.数字化装配的关键技术

4.1 虚拟装配技术

虚拟装技术在航空发动机装配工作中起着监督、指导作用。在虚拟装配技术下，可以模拟装配工作，进而实施技术应用监测工作。虚拟装技术在数值计算、装配工艺规划、工作面布局、装配操作模拟等方面发挥着重要的价值[3]。随着数字化技术的发展，虚拟装配技术也得到了有效发展，以此保证发动机装配工作质量。

4.1.1 虚拟装配系统结构建立

虚拟装配系统结合了硬件、软件等，属于集成性的系统。虚拟装配系统会呈现CAD系统中零件信息，并利用这些信息，形成虚拟零件模型。相关人员需要应用虚拟装配系统，推进装配操作工作[4]。在开展装配操作工作时，要跟踪视点，识别各项功能。同时要科学地应用虚拟现实算法，确保技术应用水平。应用虚拟装配系统会输出仿真结果，包括产品装配模型、零件装配轨迹、干涉检查报告、装配过程动画和零件装配顺序文件等。在这种情况下，可以更好地开展装配研究工作。装配过程动画显示了装配过程，装配技巧，装配方法等，有利于指导工人参与装配工作，提高工人装配素养以及技能。正因如此，相关人员会将装配过程动画纳入培训方案中，科学进行装配培训教育活动，增强工人装配实践能力。

4.1.2 装配模型建模技术

在装配模型建模技术下，会先对产品进行三维设计处理，再进行二次轻量化处理。由于装配体静态结构的构建影响着装配水平，相关人员需要应用装配模型建模技术对该结构进行优化、处理[5]。与此同时，要通过交互技术的方法，反应结构，调正结构。通过应用装配模型建模技术，可以把装配关系分离化和时序化。在这种情况之下，就可以更好地完成交互工作，为装配工作的顺利推进奠定可靠基础。

4.1.3 装配过程仿真技术

仿真技术即通过精准地模仿装配工作，为实际工作提供指导。装配过程仿真技术包括两项内容，具体如下所述。一种是可装配性分析。应用装配过程仿真技术，可以清楚地了解装配工作。同时可以及时发现装配工作中的问题，进而改进工作，从而解决问题。此外，可对装配工作进行科学、有效验证，进而对装配工作开展可行性分析活动[6]。另一种是装配精度分析。应用装配过程仿真技术，分析零部件制作精度，从而优化装配工作。

4.2 装配工艺过程数字化柔性设计

4.2.1 实体建模技术

实体建模技术即对装配产品进行三维建模，在建模前，要准确地测量装配产品的尺寸，并记录产品尺寸。在开展实体建模工作中，要尽快地测量主模型涉及的产品尺寸[7]。通过开展实体建模工作，可以减少装配工作误差，提高装配工作的精准度，保证装配工作水平。

4.2.2 工艺过程设计技术

装配工艺指导着实际装配工作，应用良好的装配工艺，可以提升装配产品的质量。发动机型号不同所需应用的装配工艺也不同。相关人员需要研究不同发动机型号涉及的装配工艺，以此确保装配工作有效开展。通过应用合适地装配工艺，可以解决材料，保证装配工作的精准性，加快工作速度，保证工作质量。相关人员有必要构建工艺件、设备、工装、测具、量具等工艺资源库，以此优化工艺。同时要开展相关管理工作，把控装配工艺。

4.2.3 基于形位公差的装配容差分析技术

形位公差的装配容差分析技术即通过应用科学、有效的计算方法，分析零部件与容器差异。其中，要根据零部件特点，推进容器选择工作，以此保证装配工作质量[8]。

4.3 装配工艺可视化技术

通过应用装配工艺可视化技术，可以动态监测装配工作。这样可以更及时、有效地发现装配问题[9]。虽然装配工艺可视化技术有利于指导装配工作，提高装配工作，但是因该技术还不够成熟，尚不能够广泛地应用到装配监测工作中。

5.装配制造数字化

装配制造数字化是一项复杂、系统的工作。相关人员要积极研究装配制造数字化工作，掌握装配制造数字化应用技巧[10]。当前，我国主要通过工人与技术相互配合完成装配工作，我国装配制造工作具有半自动化特点。对于工人来讲，其需要增强装配工作能力，按照装配工作流程开展装配工作，保证装配工作精度以及质量，刚性装配的方式以及划线的方式是传统的航空发动机定位主要应用方式。这种两种方式具有应用局限性，既适合有限型号的发动机，又不广泛适用于其他型号的发动机。相关人员需要根据发动机型号选择合适地定位技术，提高定位水平。为提升装配工作水平，要积极研究装配工艺，并科学地应用装配工艺开展实践工作。随着新技术发展，装配互数字化技术将会成熟发展。未来，装配制造数字化技术也会得到广泛应用。

6.结语

数字化装配技术可以保证航空发动机装配生产效率，提高航空发动机装配水平。由于数字化装配技术水平尚不能够满足装配需求，我国需要继续优化数字化装配技术，促进数字化装配技术快速发展。