航空发动机装配数字化系统分析

刘文博 邓佳男 丁震

摘要：我国航空事业发展速度不断加快，如何保障航空飞机的稳定飞行成为了相关领域所需要研究的重点内容。航空发动机是影响飞行状态的关键因素，也是得以飞行的重要动力源泉，为了能够提高航空发动机的运行效果，需要对航空发动机进行有效维护。传统的航空发动机装配工艺基本都是采用二维工艺规划，现场的装配工作也都是由人工方式来完成。经常会出现碰撞干涉现象、装配工艺规划不合理、装配工人不易操作等一系列问题。采用虚拟装配仿真提前对航空发动机装配工艺进行验证，改进不合理的装配工艺，可以有效避免在实际装配中可能会出现的问题，提高航空发动机的装配效率。

关键词：航空发动机;装配;数字化

引言

近年来，航空运输也逐渐成为我国国民经济发展的重要支柱。当前航空行业发展速度不断加快，有关于航空发动机的科研任务量也逐渐增加，其中航空发动机的数字化装配技术是需要研究的重点内容之一，既可以提高维修质量，保证航空发动机的稳定运行，又可稳步提升装配效率。

1航空发动机特点

航空发动机往往采用钛合金、复合材料、高温合金等诸多特殊材料作为基础材质，而该类材料往往具备硬度大、强度高、韧性强、熔点高和脆性大等诸多特质，难以通过传统模式下的机械切削方式进行有效分割和利用。航空发动机所需加工的型孔位置绝大部分位于复杂型面或复杂零部件结构上，涡轮、燃烧室、喷嘴等部位往往需进行菱形网孔的深加工，该类位置加工一旦发生差错，很容易影响最终生产质量。此外，航空发动机中往往需要在部分薄壁零件甚至弹性零件等低刚度零件表面进行钻孔，其钻孔困难度大大提升，且航空发动机生产制造过程中，还需要在精密控制元件和细微系统零部件上进行直径小于0.1mm的微小孔加工与生产制作，需要在火焰筒的零部件上进行大量的具备不同空间结构形态的小孔加工制作，上述钻孔加工难度较高，极易因工艺不达标或精确度不够而造成质量不合格。

2航空发动机装配线

2.1工作原理内容分析

在发动机生产装配过程中，其装配线部分主要包括以下内容，分别是总装线和分装线以及线上工具等。现阶段，针对总装线以及分装线的工作，主要是使用柔性输送线对工件进行输送，并且线上生产会设置自动化的设备，对生产效率起着积极作用。在柔性输送线内容中，其分为两种，分别是摩擦辊道以及启停式动力辊道。装配线上使用的自动化设备比较多样，不同类型设备的应用对装配线装配能力提升有着极其重要的作用。当前装配线运行方式基本是使用现场总线控制方式，也就是通过现场分布I/O统一控制方式，对不同工位以及不同阶段的通讯功能进行控制。构建现场模式的信息监控方式，过程中主要借助以太网方式，实现线上信息采集以及工位监控等功能。

2.2发动机装配线技术相关要求分析

发动机运行过程中，其本身精度及其质量与发动机装配线息息相关，同时这一阶段的生产也是发动机成型的最终工序，以此对装配线的维护水平以及操作质量予以提升。除此之外，装配线本质上属于工艺流程中的一个环节，其是流水作业的一种，不同工位之间均属于流水性的作业生产，因此需要保证过程中的平衡性。重视分装工作与主装工位之间的关系，其属于对应关系，两个部分工作需要具备流畅的物流以及信息数据传递。最后确保装配线以及相应设备运行过程中，其活动单位具备稳定性，装配线在返修过程以及返修工位中，针对突发性的问题采取针对性地解决措施。

3基于DELMIA数字化航空发动机装配系统

3.1工位流程与人机任务设定

进行虚拟装配总成仿真后，实际装配航空发动机过程中人是必不可少的因素，DELMIA平台能更简单有效地提供基于人机工程的航空发动机虚拟装配仿真。工位流程步骤主要分为：①固定安装燃烧室。②吊运高压压气机。③智能对接与调整。④单元体间紧固件连接。在DELMIA中ErgonomicsModule模块下创建工人模型，设定人体参数性能，规划人机任务工艺，依靠关键帧融合方法来模拟工人在工位工艺步骤中的全部连贯复杂动作姿势来进行人机工程仿真。结合人机工程技术，分析工人全部工作操作步骤过程中的视觉匹配度、肢体工作空间和疲劳易感度，优化不合理工艺。

3.2人机视觉匹配度分析

在人机装配仿真过程中，Ergonomics Module环境下的Openthe Vision Window工艺提供了高效的视觉匹配度分析，能较准确地判断工人在步骤过程中装配航空发动机部件的位置是否在良好的视野范围内，有效检测工人每一个动作姿势的视觉匹配度。通过人机工艺的可视性技术来直观地高亮显示出工人在工位步骤全部过程中不同位置、不同姿势的所有视野范围。

3.3肢体工作空间分析

装配的肢体工作空间旨在工人在某一姿势时上肢肢体在三维空间内所能达到的极限范围，是工人在工作中必须考虑的问题。在人机仿真过程中，Computes A Reach Envelope工艺的可达性技术可以在工人模型周围计算生成一个上肢可伸展极限范围内的壳体，直观显示出工人所有姿势下的肢体工作区域。工人装配航空发动机部件动作姿势的肢体工作空间则通过仿真来衡量工人在工位所有步骤时手臂是否能达到工作处的位置。根据动作经济原则，由包络面壳体可知工人在工位中上肢可操作性一直在舒适区域范围之内。

3.4疲劳易感度分析

从工人姿势强度与安全性考虑，对工人关键的任务动作姿势如提起、抓取、拧紧及检查等工作姿势强度进行更细度评估，确定安装工人是否能位于且可持續舒适姿势状态来完成工作，并分析一直持续工作是否会导致工人身体出现不适等情况。疲劳易感度分析可以通过系统的相关规则对工人各肢体姿势舒适度进行定量综合评价得分，工人模型关键躯干颜色也会相应改变。

结束语

基于DELMIA数字化仿真平台，在DEP模块中实现了虚拟装配总成仿真，结合人机工程技术全面角度评估了工人在任务工序步骤中的视觉匹配度、肢体工作空间及姿势疲劳易感度。采用虚拟装配技术可以提前检测到航空发动机装配优化不合理的装配工艺，提高装配效率并缩短研制周期。在航空发动机制造中具有重要的指导意义，推动航空发动机全面数字化装配的进一步发展。

参考文献

[1]徐延锋.航空发动机装配数字化关键技术研究与实现[D].西安：西北工业大学，2006.

[2]曾亮，常智勇，莫蓉.航空发动机装配数字化系统研究[J].计算机工程与设计，2007（21）：5225-5227，5237.