飞机数字化装配模式研究

飞机数字化装配模式研究

唐文婷池力代月松

中国航空规划设计研究总院有限公司（北京）100120

摘要：随着计算机技术的发展，基于数字化的工艺设计与管理、柔性装配工装、虚拟现实等方面技术从根本上改变了传统的飞机装配模式，为飞机的长寿命、高质量、低成本提供了可能性。本文围绕数字化装配模式展开讨论，详细分析了数字化装配所涉及的工艺设计与管理、柔性装配工装、虚拟现实等方面技术。

关键词：数字化装配；柔性装配工装；柔性装配工装；仿真

从20世纪50年代，数字化技术开始在国外航空企业中应用。飞机数字化设计和制造技术经历了从数字化技术的单项应用、集成应用、数字化协同设计制造和产品全寿命周期管理的发展历程。目前，飞机数字化设计制造技术已在波音、空客等公司的飞机设计制造过程中得到了广泛的应用。国内飞机数字化设计制造水平正在提高，并逐渐形成了飞机数字化装配技术体系。

飞机数字化装配技术主要包括产品数字化设计、柔性装配工装、数字化连接技术、数字化检测、生产线规划与管理和虚拟现实等技术。

1.飞机数字化装配技术现状

近年来，虽然我国飞机装配技术和工艺装备得到发展，各航空企业对装配技术进行了提升，但是飞机装配的数字化程度还较低。国内仍大量采用基于模拟量传递的固定工装型架，以手工装配为主的装配方法，飞机数字化柔性装配研究和应用还很少。另外，我国在飞机装配技术方面的经验欠缺，一些数字化装备并未充分发挥其作用。

造成国内飞机交付周期长和质量差的主要技术原因如下：①固定工装型架使用较多。由于飞机的零部件多、结构复杂，按国内现有的装配模式，需要大量的装配型架。但是新机研制和飞机改型，均产生大量的工装设计和制造任务，严重影响了飞机的交付周期。②由于飞机装配生产线的数字化自动化程度低，严重影响了飞机的装配时间和质量的稳定性，造成装配效率低。

2.飞机数字化装配模式研究

组成飞机的零部件数量巨大、协调关系复杂，其装配过程有别于一般的产品。随着技术的发展，飞机的装配逐步发展为以自动化设备和移动式生产线为主的生产模式。经过几十年的发展，飞机数字化装配技术逐步发展，已经形成了数字化产品设计、柔性装配工装、数字化连接技术、数字化检测、生产线规划与管理和虚拟现实等为核心的数字化装配技术。

2.1数字化产品设计

数字化产品设计使用先进的MBD（基于模型的定义）技术，将产品的三维制造信息与三维设计信息共同定义到产品的三维数字模型中，在功能上完全取代了二维工程图样。数字化产品设计使设计部门和工艺部门能够并行与协同，并行开展装配工艺方案设计。

2.2柔性装配工装

柔性装配工装的应用是当前飞机数字化制造的发展趋势，柔性装配技术不仅能够避免模拟量体系下装配工装用途单一、制造周期长、成本高等缺点，它还可与自动化设备（如自动钻铆设备、机器人制孔设备、自动对接设备）集成，形成数字化柔性装配系统。

飞机的数字化柔性装配技术贯穿于飞机装配的全过程。随着数字化飞机装配技术的发展，装配工装已经发展为自动化柔性装配工装，柔性装配工装具有模块化、数字化、柔性化等特点，这对于降低研制周期，降低工装制造成本起到了巨大的作用，并能够提高飞机的装配质量。

2.3数字化制造设备

在飞机装配过程中，已经出现了数字化自动对接系统取代传统的固定对接型架，数字化对接系统有自动化定位器、激光测量系统和控制系统组成。数字化对接系统可提高飞机的装配质量，且通用性强，可节省大量的装配工装。

为了提高生产效率，针对不同部组件的装配，航空制造企业已经开始使用不同形式的自动钻铆设备和自动制孔设备。

2.4数字化测量

由于飞机生产模式已经逐步向数字化协同制造模式推进，因此，传统的飞机测量技术已无法满足高精度、快速检测的需求。目前，先进测量技术尤其是大尺寸测量技术在飞机部件的加工中，取得了较好效果。数字化测量技术应从飞机装配的工艺需求出发，研究与数字化装配生产线相协调的测量方法及测量设备的配置，覆盖全局的系统集成测量平台，以此提高飞机装配质量。

经过多年的发展，针对不同零部件的结构特征和测量需求，数字化检测主要采用激光跟踪仪、IGPS、照相测量系统、激光雷达、光学非接触照相设备等对零件和工装进行测量，以保证飞机装配精度。

2.5虚拟现实技术

数字化仿真技术是虚拟现实在装配中的重要应用。飞机数字化装配仿真技术是一门多领域交叉的技术，目前在国内外航空企业得到了广泛的应用。飞机装配工作量大、复杂程度高，采用数字化仿真能对各零件的装配过程进行模拟仿真，进而保证装配效果，以达到缩短产品开发周期、减低生产成本以及优化产品性能等目的。

目前，在航空制造企业应用比较多的数字化仿真软件是DELMIA，DELMIA（DigitalEnterpriseLeanManufacturingInteractionApplication，数字企业精益制造交互式应用）是法国达索公司研发的三维仿真软件。其以数字化设计制造为出发点，解决制造过程中的仿真干涉，同时提供了数字化仿真的各项功能，主要功能包括装配过程的干涉仿真、装配顺序仿真和人机工程学仿真。

应用数字化装配仿真技术既可以保证装配工艺的可行性，又可提高装配效率和质量，同时又兼顾了装配成本、人员、设备、空间等资源利用率，通过对仿真结果的优化，得到较优的工艺方案。

2.6管理信息化

飞机装配生产线由装配管理系统对其进行管理，装配管理系统将产品的设计制造数据、仿真数据、数字化设备数据、柔性工装、生产管理等数据进行管理。装配管理信息平台主要负责装配生产执行系统与数字化装备管理。其基本架构如下：

3结语

随着飞机数字化制造技术的不断发展，飞机数字化装配在航空领域的应用越来越广泛，对其进行深入研究有着重要意义。飞机数字化装配技术将促进航空制造业向数字化、信息化以及智能化方向发展。随着人工智能、云计算、大数据、物联网等技术的发展，飞机制造技术又将迈入一个新的阶段。

参考文献：

[1]赵建国，邓春利，郭洪杰.飞机装配协同测量技术应用[J].航空制造技术

[2]李西宁，胡匡植，李维亮.飞机数字化柔性装配工装技术[J].航空制造技术