飞机数字化装配技术的发展与应用

王驰 黄成功

中航西安飞机工业集团股份有限公司 陕西省西安市 710089

摘要：随着我国经济的发展和科学技术的进步，我国的飞机装配技术也得到了长足的发展。测量为条子提供数据支持，控制统领全局，对测量数据进行分析，确定装配单元的初始状态，根据比较结果校形，并规划调姿路径，驱动数控定位器按既定路径运动，对装配单元进行调姿，反复迭代后，确定装配单元在飞机坐标系内符合设计数模要求，即进行定位和制孔连接。本文分析了数字化装配技术的应用，最后总结了飞机数字化装配的优势。

关键词：飞机；数字化；装配技术

中图分类号：V262 文献标识码：A

引言

由于我国的飞机数字化装配技术的发展尚在初期阶段，因此，在实际的应用过程中仍然存在着很多问题。为此，我国飞机制造行业应该加强对数字化装配技术的分析和研究，不断优化数字化装。基于此，本文就我国飞机数字化装配技术在发展中的问题、飞机数字化装配中主要应用的技术以及具体应用等方面做了简单分析，希望对提高我国飞机制造的数字化水平有所启示和帮助。

1 数字化装配技术概述

自20世纪90年代初波音公司在发展B777飞机过程中全面实施飞机数字化设计以来，波音、空客系列飞机都采用了相应的数字化装配技术，包括B777、B787、A340等机型。民用飞机采用数字化装配，不仅可以缩短生产周期、降低成本，提高装配精度和工作效率，而且可以同时适用于几种不同机型，实现柔性化装配。国内在民用飞机数字化装配技术的应用方面还处于起步阶段，与西方发达国家相比还存在很大差距，主要体现在。1)数字化装配技术应用规模小，能生产数字化装配需要使用的定位器的制造商很少，并且精度比起国外的制造商还有一定差距。2)飞机的数字化装配需要在设计过程中实现并行工作，在现阶段很难广泛采用。3)飞机装配中仍然大量采用手工制孔，没有大规模的采用机器人制孔或柔性轨制孔技术，装配效率和装配精度都较低。虽然目前困难重重，但是民机装配采用的数字化装配技术，是国内民机发展的重要里程碑，也是未来民机制造的发展趋势（1）。

2 飞机数字化装配技术的应用

2.1 多系统集成控制

首先，多系统集成控制技术在操作过程中，部分环节和关键点还没有实现联合作用，最直接的体现就是缺乏飞机制造所需要的工艺、计划以及测量数据等。因此，数据之间还没有建立紧密的联系，在很大程度上也影响了数字化技术的应用水平。其次，多系统集成控制技术在装配过程中需要对各项数据进行有效整合和分析，进而实现数据的最大化利用。最后，相关工作人员在进行数据整合时，需要结合飞机的实际特点，从而严格按照飞机的接口标准操作执行，保证多系统集成控制技术的应用有效性。

2.2 数字协调技术

首先，设计协调阶段。该阶段强调利用建模环境，实时传递零件尺寸、几何形状以及协调基准，根据三维模型建立特定基准，通过科学分配公差的方式，使各要素呈现出理想协调性。对数字化协调相关作业而言，要想使作业效果达到预期，关键是要将光学测量融入装配环节，通过在装备结构及装配工艺上加设动态口令（One-time Password，OTP）的方式，发挥光学测量优势。其次，加工协调阶段。该阶段的主要任务是对三维模型做工艺设计和后置相关处理，从而获得以数字量形式呈现的加工指令，然后通过相关指令操控设备装配零件。关于飞机产品特有零件，有关人员应控制其质量，避免出现结构不协调或类似问题而影响产品有效性。最后，装配协调阶段。该阶段可分为两步：一是以数字测量为载体，利用工装零件装配飞机型架；二是根据飞机型架装配相关零件，获得完整的飞机产品（2）。

2.3 长寿命连接技术

第一，通过应用高效长寿命连接技术可以有效提高飞机的耐久性和可靠性，进而增加飞机的使用时间，保证飞机的使用寿命；第二，我国传统的连接技术采用的是铆接以及液压的方式，这种方式虽然连接效果比较好，但是在实际的应用过程中很容易对装配设备造成损害，而高效长寿命连接技术采取的是密封连接的方式，在通常情况下选择的材料是钛合金材料，可以有效避免对装配设备造成损害。同时，通过应用高效长寿命连接技术，还可以结合飞机的实际特点，有针对性地研究相关的长寿命连接单元，最终达到增加飞机使用寿命的效果。

2.4 单元姿态测量技术

其原理是利用激光跟踪仪或I-GPS建立飞机坐标系，测量装配单元在装配系统中的适时姿态，并将测量数据反馈给控制系统进行姿态分析和调姿路径规划。飞机数字化装配测量系统总体上分为三个子系统，即激光跟踪测量系统、数据处理系统、实时动态仿真系统。激光跟踪仪测量系统是飞机数字化装配测量系统的重要组成部分，其主要功能是负责激光跟踪仪与计算机之间的通信，激光跟踪仪初始化，激光跟踪仪静、动态数据采集，前视、后视检查等。该子系统是基于激光跟踪测量仪进行开发的。激光跟踪测量仪与计算机之间的通信采用串口通信。数据处理系统是飞机数字化装配测量系统最重要的子系统，系统大部分的计算工作在这里完成。其主要功能是将激光跟踪测量系统测量的基准点信息转化为模型的位姿信息，并与产品数据集的数字模型进行比对，求出位姿误差，并给出装配件当前的位姿以及装配件的位姿调整方向。在各种位姿转换的过程中，坐标转换是重要的内容（3）。

2.5 仿真装配技术

应用数字化仿真装配技术时，还需要在飞机组件仿真模拟完成后，细致验证飞机组件安装顺序，避免出现模型构建与实际装配情况不符的现象。在进行装配工序验证过程中，应做到对相关零部件安装流程及资源信息的充分掌握，进而为飞机装配实践操作的开展奠定基础。同时还应在利用已有飞机部件装配路径的条件下，在飞机装配仿真中加大对其三维形态的仿真，旨在为装配人员提供直观的部件安装信息。部件组装流程这个环节应在 DPM 中完成，需要做到对组装零部件之间间隙及距离的精准测量，确保飞机装配精度较高，充分发挥各组件在飞机运行过程中的功能。例如，目前大多数飞机制造厂商在开展飞机装配操作时，将借助仿真技术，对各个组装零部件进行外观及大小的仿真，并根据实际数据进行调整，真正做到对部件间位置情况的掌握。另外，利用数字化仿真装配技术，还能对飞机装配过程中的有关参数进行计算分析，在将参数计算结果反馈到设计人员后，能帮助设计人员对飞机部件装配流程、工序及路径等有存在的问题有明确掌握，进一步采取相应的改进措施，进而实现飞机装配流程的优化设计。具体来说，数字化装配仿真装配技术在工业制造领域有重要应用价值，通过加大对该技术在飞机装配上的使用，能为飞机装配质量及效率的提高提供技术支持（4）。

3 结束语

随着时代的发展进步，我国的数字化装配技术的发展水平也越来越高。我国的飞机制造和装配企业也逐渐地开始应用数字化装配技术来提高飞机装配的水平，在很大程度上也提高了飞机的制造质量，促进了我国航空事业的发展。

参考文献：

[1] 郭喜锋,刘顺涛,王雪,梁文馨.面向数字化装配的制孔工艺设计技术研究[J].制造技术与机床,2020(09):30-34.

[2] 李勇, 航天产品数字化装配技术研究与应用. 四川省,四川航天长征装备制造有限公司,2020-08-27.

[3] 吕依儒.基于数字化技术的航空发动机检测探析[J].内燃机与配件,2020(13):152-153.

[4] 冯斌.关于数字化测量技术在飞机装配中的应用探析[J].装备维修技术,2020(02):199.