航空发动机数字化装配技术的研究

航空发动机数字化装配技术的研究

安国东刘彩虹

湖南南方通用航空发动机有限公司湖南株洲

摘要：近年来，航空业的发展真的是非常迅速。新的飞机、新的发动机、新的航空技术正在出现，人类飞离地球的日期即将到来。在不久的将来，人类将进入一个宇宙航行的时代。针对航空发动机装配中装配不当、装配丢失、装配选择等问题，提出了一套装配过程数字化解决方案。采用装配数字化装配技术，有效地避免了原装配过程中的错误加载和泄漏。利用计算机辅助选择装配，可以帮助在一组产品中找到更快速合理的装配方案。

关键词：航空发动机；装配；过程；数字化

前言：国内许多航空发动机企业仍然采用传统的装配方式，即手动、人工方式安装发动机零部件和整机。装配过程中装配检验部门或人工确认的方式是指装配工人必须有大量的信息来指导装配过程中的正确装配，手动是指整个装配规划和任务是通过人工的方式确定分布形式的。另外，传统的装配方式不利于装配信息的统一管理。装配过程的经验没有很好地积累。其他相关部门也很难查看有关的信息。

通过分析，在发动机装配操作中发现存在以下问题：由于航空发动机装配主要是手工完成的，所以在设备厂发生错误的渗漏现象；在发动机的生产过程中，往往所有的部件都是合格的产品（在指定的公差范围内），但性能出现不同的情况，造成这种情况的原因是与相对位置和相对部件之间运动关系，零件和结构之间的在可接受的范围内，但不在最佳条件；不同水平的装配工进行装配，装配相同的发动机，其性能可能有很大的差异；质量问题缺乏警告，不充分利用现有的装配经验，使质量问题可能重复出现。

针对装配过程中存在的不足和新的需求，提出了一套装配指导和管理的装配数字系统的实现方案。研究了发动机装配操作的关键技术，实现了发动机装配作业的数字化。

1、系统的建设

由于许多关键数据装配系统涉及到产品的三维模型零件信息、装配工艺信息、零件测量信息和实际装配操作信息，主要应用于局域网内部，因此，本系统采用C/S模式的网络体系结构。

为了解决企业中存在的问题，对装配过程进行实时管理和控制，促进整个装配过程数字化。该系统主要通过以下模块实现。

（1）装配任务管理模块。调度程序在装配车间的作用是根据计划部门要求给出发动机生产计划，将发动机各部件的装配任务分配给每个小组。

（2）装配过程可视化模块。根据装配工艺规则定义装配工艺和装配路径，对三维可视化装配过程进行仿真，并输入关键提示信息和报警信息。

（3）装配过程可视化与过程控制。装配车间组长、操作员和检查员加强装配车间的使用。装配组长将任务分解到每个操作组，操作员可以看到操作组的任务和相关的装配信息。操作员在工作步骤的指导下完成装配任务。过程完成后，在系统的支持下提交检查。模块的一个重要功能是对装配工作和检验过程进行标准化管理。

（4）收集管理模块。质检部门可以定制和存储模板，同时还可以对固定信息进行管理和编辑，修改关键零件的清单。

（5）零件优化装配模块。通过工艺、操作员和系统管理员的调用，主要功能是根据仓库中关键装配部件的大小来优化，使匹配单元满足装配尺寸的基础，进一步减小实际尺寸和理论尺寸之间的误差，使之达到最佳的配合尺寸。

（6）通用查询模块。它由具有管理权限的人员使用，提供零件号查询、发动机号查询、装配进度查询和恢复信息查询功能。

2、关键技术

2.1最佳匹配模块

装配车间零件的实际装配可能会出现以下情况：每个装配尺寸链的闭合环的尺寸位于公差带的不同区域，不能达到整体装配精度的最高水平，即整批产品的质量不是最好的。因此，有必要开发一个优秀的匹配模块。当零件按经济加工精度制造时，可通过计算机选择合适的零件组合，找出一组最佳组合方式，从而达到稳定的高装配精度。为了达到上述要求，根据关键尺寸，将需要在仓库中组装部件分组，使零件的尺寸满足公差要求，满足装配间隙和公差带之间的最小距离。

2.2装配过程可视化

装配工人装配与装配工艺的要求，目前只用于文字和图纸说明装配工艺和装配要求，静态文本和图表，便于检查、装配生产过程，但不是实时的指导实际。因此，本模块的目的是显示零件装配顺序和相应的装配操作提示或报警信息，实时指导装配工人的操作，该模块也可用于新装配工的培训。

为了实现装配过程可视化，需要处理以下信息，处理信息的过程是：装配工艺信息，包括文本信息和二维装配图；装配过程动画；提示信息和警示信息，总结和成品装配经验。

2.3装配管理

在装配过程中，每个过程由装配团队完成。在每个过程完成后，检查人员确认签名并将其发送到下一个过程。装配过程中形成的发动机信息的各种形式统称为装配。目前，大多数工厂的装配都是手工填写的，不便于查询和填写内容，不利于装配过程的生产管理。为了解决以上问题，本系统采用电子存储管理。

通过对简历结构的分析，发现简历结构具有明显的层次结构。每个样式由多个网格组成，每个网格由多个列组成。为样式添加模板数据，自定义网格的行数，形成表单模板，并在模板中添加实际数据以获得实际表单。针对装配的结构特点，建立了电子表格管理的通用数据管理结构，将装配信息转化为结构化数据，方便查询统计，实现装配的电子化管理。

（1）列类。提供了列的基本操作，包括定制列的属性，如名称、序列号、数据类型（普通字符、特殊字符）等。

（2）网格类。给出了网格的基本操作，包括自定义网格的属性，如名称、序列号、数据类型（普通字符、特殊字符）等。

（3）表类。片材的基本操作，其中片材是包含多个网格的表格容器。

（4）模板类。该模板操作是一个扩展的类与窗体的数据部分的表类。

（5）文档类。文件操作是一个扩展的类模板类，有完整的数据的数据表。

（6）管理类。对前款所列类、网格类表类、网格类模板类、文档类、一柱管理类的管理生成、破坏、删除和查找的行数。

（7）发动机类。它是航空发动机恢复文件的具体应用，包括一些特定的约束和属性，如圆柱类实例的内容映射到发动机号，或装配图号。

3、系统的实现

根据上述系统结构，针对航空发动机的装配特点，开发了装配数字系统。调度人员完成任务后，首先通过系统平台由工匠输入信息，并将所选择的信息存储在选择模块数据库中。当配料分配时，只需调出所选信息和零件信息，即可计算出零件分组信息表。然后，装配技术人员在系统平台上建立工艺信息，在CAD平台上完成装配设计后，将相关文件上传到服务器上。组装人员在客户端选择一些流程后，将相关格式文件下载到客户端显示。最后，检验员将装配过程中的检验信息实时发送到服务器，车间经理可以通过局域网了解装配进度和装配状态。此外，在装配完成后，检查信息可以自动生成装配。

4、结论

总之，为实现小型航空发动机数字化装配技术，需要结合数字控制系统的要求设计一个通用的系统方案。在控制器的输入输出、传感器信号等方面，逐步满足数字化装配的要求。当然，今后的设计方案还需要进一步完善，充分发挥其实用价值，提供更好的服务。本文开发的装配数字化系统采用可视化环境。在装配过程中，工人更容易正确理解装配过程，根据装配顺序正确选择零件，及时发现装配误差，并反馈给工艺部门。另外，电子简历代替了手工填写的简历，不仅便于生产管理和查询统计，而且在动态生成模式中也得到了广泛应用。

参考文献:

【1】.樊波，并行环境下的DFA技术研究与实现，2001

【2】.李薇，数字化技术在飞机装配中的应用研究-航空制造技术2004（08）

【3】.刘寅，系统分析之路，2011