飞机数字化柔性装配关键技术及其发展研究

王瑜

摘 要：目前，随着社会经济的快速发展，全球经济一体化进程日益加快，飞机数字化制造与设计、柔性化装配定位及装配工装装夹等技术发展日趋成熟，亟待建立柔性化的飞机装配系统。本文在阐述飞机柔性化装配中亟待解决的问题基础上，提出了一些关键工装技术及未来飞机装配发展要求，希望对行业发展有借鉴作用。

关键词：数字化柔性装配；关键技术；飞机制造

0 引言

在飞机数字化制作过程中，柔性装配技术是非常重要的，其主要包含飞机装配工艺、柔性装配工装、激光跟踪测量、计算机数字化控制、机器人闭环定位、移动定位平台及装配仿真控制等重要技术。随着装配数字化柔性技术的广泛应用，全球飞机制造业将呈现出模块、集成、经济、智能及绿色化等新发展方向。

1 飞机数字柔性化装配技术中亟待解决的重要问题

1.1 协调数字量

在飞机数字化柔性装配技术中，数字化设计与制造为其提供了前提条件，数模的构建则为装配工艺提供了依据保障，同时数据为进行柔性化装配提供了参考标准，因此柔性化装配技术就是根据数字量而进行的一种机械运动的过程。数字化将装配中所需的控制量实现了统一，为构建系统创造了条件[1]。换言之，飞机的柔性化装配不是简单的装配工艺与工装技术的结合，而是计算机、电子与指导等不同学科的集成综合化的过程。

1.2 划分设计与工艺分离面

飞机分离面主要包含设计与工艺两个方面，其中设计主要指部件间的可拆卸分离面，其便于制造与装配。在飞机柔性装配技术中，分离面具有不可替代的作用。规范化、便捷性及通用性是理想化的分离面构建模式，这就要求飞机设计人员在设计中要充分考虑装配的柔性化问题，根据现有分离面标准进行设计，从而确保装配中的承重点与可算化的定位销坐标。

1.3 柔性连接与定位夹紧

众所周知，飞机是科技含量非常高的产品，不同于其他工业产品行业，其保密性要求非常高，如果没有飞机标准化、规范化装配及平台，那么就难以确保装配过程的通用性。但是，飞机内部则可根据自身需求设计相应的标准。目前，我国飞机的柔性连接、定位及夹紧标准还处于起始摸索阶段。

2 飞机数字柔性化装配关键应用技术

2.1 虚拟化仿真装配技术

虚拟化装配技术，是在并行设计与环境分析的基础上，实现的一种数字化预装配过程，在这一仿真装配技术中全面考虑了零件的几何与工装信息、BOM定义、作业线路及指令等，及时发现存在的问题，优化工艺程序，从而提高了装配效率，并极大的降低了装配成本。

2.2 柔性化装配技术

在飞机组件装配前，一定要固定好所有部件，动力力学保持良好的外形，这都需要通过工装技术得以实现，因此在飞机装配中工装技术是基础[2]。根据结构与性能可将其分为：常规、模块、柔性及CNC控制等工装。其中多点成形技术是其设计的基础，主要采用以点代面的指导思想，通过应用该技术，极大的缩短了飞机型架制造装配的工期，在装配过程中固定装配型架应用的比较少。采用其重构性，在一套飞机柔性工装中可以配装多个零部件。

2.3 激光追踪测量仪技术

激光跟踪测量仪距离测量比较远而且精度高，广泛应用于我国各航空飞机制造厂。近年来，在飞机装配数字化测量与准确定位安装过程中，将激光跟踪测量仪与手持无限测头及激光扫描等系统融为一体，通过数字化设计光学目标点与优化激光跟踪仪等，使得装配过程中激光跟踪仪的定位范围不断扩大。

2.4 自动化制孔技术

飞机部件连接基本上属于机械连接，主要方式为螺接与铆接，在连接前要对所有零部件制孔。目前我国飞机装配中大多以人工制孔技术为主，该制孔技术受人为因素影响比较大，制孔质量水平有限，装配精度得不到保障，而且装配效率不高，从而影响到产品的整体稳定性，必须要注意的是装配连接的质量决定了产品结构的抗疲劳与可靠性。在实际装配技术中，在金属结构制孔中积累了先进的工艺技术与参数，工艺流程发展相对成熟，但是对于复合材料构件的制孔技术还未建立配套的装配工艺体制。

2.5 现代化机器人技术

根据飞机外形的实际特点，引用机器人技术，极大的提高了装配精度与可达性，在各终端执行器的配合下，装配功能多元化[3]。同时钻孔与铆接工艺实现了自动化操作过程，与激光跟踪测量仪有机结合，对位置补偿实现了高精度定位。

3 现阶段国内飞机数字化柔性装配技术的发展要求

3.1 不断引进与研发现代化工装设备

我国航空制造企业在实际发展中应实事求是，与科研单位加强合作，积极引进现代化配套的工装与数字化设备，构建柔性化的先进加工系统，逐步掌握该技术的核心理念，在此基础上研发的柔性装配工艺具有一定的自主知识产权性，加强研究如泄露检测、在线装配检测及红外自动无损探伤等相关现代化检测技术。

3.2 建立健全行业标准规范化体制

随着社会经济的发展，国内航空企业也尝试对传统的生产管理体制进行创新，不断探索数字化技术研究领域，但是还无法建立完善的行业标准规范体制，因此数字化柔性装配标准规范体制成为企业满足自身发展需求亟待解决的问题。在产品属性与配置规则单一化基础上，逐步建立以产品数据模型为基础，各部门共同协作的综合化生产劳动模式。

4 结束语

综上所述，飞机数字化柔性装配技术已成为国际发展趋势，但是必须要重视前期研究工作，以数字化装配技术发展趋势与生产发展需求为基础，对传统设计、制造、技术及管理等体制积极进行创新，从而实现流程再造、调整生产组织及资源整合等，在此基础上建立现代化的飞机数字柔性化装配工艺流程。

参考文献

[1]刘卫东，广伟，姚展.飞机薄壁组件数字化柔性装配研究[J].中国新技术新产品，2016，（1）：83.

[2]陈修强，田卫军，薛红前.飞机数字化装配自动钻铆技术及其发展[J].航空制造技术，2016，（5）：52-56.

[3]陈文亮，潘國威，丁力平.飞机数字化装配技术发展现状[J].航空制造技术，2016，（8）：26-30.

（作者单位：中航沈飞民用飞机有限责任公司）