飞机数字化装配技术概述

飞机数字化装配技术概述

刘倩

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：随着我国科学技术的快速进步，飞机装配技术也历经了从人工装配、半自动化装配到现在数字化装配的发展过程，并在持续探索的过程中逐步形成了一套较为完善的数字化装配技术体系，在很大程度上提高了我国的飞机制造水平，促进了我国航空事业的发展。本文主要介绍了国内外飞机装配技术发展、现状，以及典型的数字化装配技术。

关键词：飞机；数字化；装配技术

一、飞机数字化装配技术的发展背景

飞机装配技术作为飞机制造业的关键，已成为提升航空整体研制水平和核心竞争力的重要手段。我国长期以来，飞机制造以“模线—样板—标准样件”等实物模拟量作为装配协调依据，此种装配方法的尺寸传递与移形环节较多，已无法高效、高质量地保证产品的装配精度，正在逐渐淡出飞机制造的历史舞台[1]。而国外航空制造公司在飞机设计与制造环节已采用全数字量传递、数字化自动钻铆、数字化测量等飞机零部件制造及装配技术，形成了较为完善的数字量装配协调理论[2]。

目前我国航空产品的新机研制面临精度高、任务重、周期短的难点，为进一步提高研制质量、缩短生产周期，亟需研究全数字化的装配协调技术，建立数字化装配理论方法与技术规范，健全基于数字量的尺寸与形状传递技术体系，满足我国航空新机型研制的需求[1]。

二、飞机装配技术的发展及特点

随着数字化的迅猛发展，现阶段商用飞机需求量剧增，军用飞机研制任务增多，这使得先进飞机装配技术的发展显得尤为重要。

1.基于模拟量和数字量的混合工作法

以模线样板为基础的模拟量与数字量传递相结合的协调工作法，通过划线钻孔等转化为用数字量体现的基准孔、安装孔等之间的关系，然后再用型架装配机、光学—机械测量等空间坐标系统确定其相互位置，这种协调工作法可省去大量的标准样件[3]。模拟量与数字量相结合的协调方法已经在C-919、ARJ等飞机型号的制造中取得了成熟的经验。

2.基于全数字化的装配技术

国外的飞机制造公司大量采用数字化技术，波音公司在777的研制中采用了

产品三维全数字化定义等先进手段，将研制周期缩短了50％，成为数字化集成制造技术在飞机研制中应用的标志和里程碑。通过仿真验证所加工零件正确与否，并使用柔性夹具精确装配，取消了大量的工装设备。大量采用装配孔作为协调基准，同时利用自动定位和对准工装系统来夹持定位飞机的组/部件。以上方案实现了飞机产品的准确定位，提高了装配质量与效率，同时降低了制造成本[3]。

3.柔性装配技术的发展

部分产品组/部件的装配采用“零实物标工”，以产品设计数模为依据，在统一基准下把产品、加工工装与装配工装的相协调部位的尺寸形状信息与合理的容差信息进行协调设计，用数字量的方式直接将形状与尺寸信息传递到数字化生产工艺装备中，并通过数字测量设备、柔性工装的控制系统实现所有零件的检测与产品零组件装配[1]。

三、飞机数字化装配的技术基础

飞机数字化装配技术主要针对装配过程中的定位、制孔、连接、测量、掌握等关键环节，构建相应的试验单元，支持数字化装配技术的应用实施，主要包括：数字化装配定位调姿技术、自动制孔技术、高效长寿命的连接技术等。

1.数字化装配定位、调姿技术

传统装配方式下，零件或部件装配的符合性主要依据零部件与工装或型架的符合性来评价[5]。在数字化装配的条件下，任何零部件都可以考虑为一个刚性的装配单元。理论上只要确定这个刚性装配单元空间不共面的三个点即可定位该部件的空间位置，实际上根据装配单元的结构特点，会选用更多的点来评价装配单元的姿态，这些点是装配单元装配过程中的基准点。这些基准点设计在蒙皮（如定位孔）、梁、框、肋和接头等结构件上。将测量所得基准点坐标与产品数模中位置信息对比，得到装配单元装配位置的修正值，将修正值传递给运动控制系统，驱动多个机械随动定位装置协调调整装配单元的位姿，直到装配单元的定位姿态达到公差允许范围内，从而实现装配单元间的精确定位与姿态调整[6]。

2.自动制孔技术

我国现阶段在飞机制孔工作中常采用人工划线制孔，这种制孔方式精度不高，且随着复合材料的大量应用，对飞机结构制孔提出了更高的要求。为此，飞机装配自动钻孔技术应运而生[6]。

数字化自动制孔就是按照数模模型编制数控程序，由机床按照数控程序自动完成制孔加工。如在蒙皮上由五轴机床的制孔工作中，用柔性托架将蒙皮保型并固持，将机床定位块上升至蒙皮定位孔位置，使制孔基准与装配定位基准保持一致，在定位基准统一的条件下完成制孔工作，不仅可以提高制孔精度，同时也能大幅提高制孔效率[7]。

3.高效长寿命连接技术

近年来，航空安全成为了公众焦点，对于飞机部件集中承载结构区域的高强度、抗疲劳连接方法也成为技术发展热点。为提高结构疲劳寿命，国内外各先进飞机制造商均采用了大量干涉配合的紧固件，如采用干涉配合铆接、电磁铆接、新型紧固件、孔挤压强化等来提高连接结构的抗疲劳性能与可靠性，减轻结构质量，并采用自动化的连接设备能显著提高工作效率及连接质量的稳定性。

四、飞机装配技术发展方向

为了实现飞机装配低误差高精度目标，现代飞机装配技术开始往柔性化、自动化、集成化和智能化发展。其中，柔性化的应用，大大提高了飞机的装配质量和效率，智能化更是未来飞机装配技术的主要发展趋势。

1.柔性化

柔性装配工装部分基于三维模型进行关联设计，保证了装配系统与飞机产品的数字化协调的准确性。只有柔性化，才能发挥飞机自动化装配系统的优势，提升质量和效率的情况下最大程度的降低成本[2]。

2.自动化

高效的自动化装配，是现代飞机装配技术最重要也是最明显的表现特征。根据自动化技术实施的工作可体现为：零部件自动化定位或调姿、自动化制孔、紧固件自动化涂胶、自动化连接、自动化检测、自动化运输等。
3.集成化

工艺、工装、设备紧密集成为有机整体，如果想要达到交互和协调的目的，必须要以系统的集成和控制技术为基础，把基于数字化装配技术支撑单元中的各种传感器、装配设备、测量设备通过通讯网络集合在一起，信息共享之后就能协调成一个闭环式控制系统[6]。

4.智能化

飞机智能装配就是将飞机装配过程中的零部件、工装夹具等深度融合，借鉴高度智能化的人体神经系统原理，将智能化装配系统模型构建为与之相对应的物理信息融合系统，逐次建立自动化装配单元、装配生产线、车间、智能检测与监控系统信息获取与集成等技术，形成飞机智能化装配系统[2]。

结束语

近年来，我国在飞机装配技术领域取得了跨越式的发展，在各机型零件生产、装配环节中推进数字化应用，为我国飞机数字化制造积累了大量的实践经验。但是数字化制造、装配技术涉及多学科交叉、各种高新设备互联应用，因此在协调应用方面仍然存在诸多技术难点，如数字化测量手段与数控设备的结合使用，边加工边测量修正等。为此，应在广大从业技术人员中继续大力推广并培训相关数字化知识，让数字化深入人心，让数字化渗透在制造领域的方方面面，让我国的航空事业更上一层楼。

参考文献：

[1] 郭飞燕．飞机数字量装配协调技术研究[D]．西安：西北工业大学．2015．

[2] 梅中义, 黄超, 范玉青. 飞机数字化装配技术发展与展望[J]. 航空制造技术, 2015(18):6.

[3] 高雪松. 基于某型飞机机身装配的技术研究[D]．沈阳：沈阳航空航天大学. 2017.

[4] 何胜强. 飞机数字化装配技术体系[J]. 航空制造技术,2010(23):32-37.

[5] 尤海潮. 数字化装配技术概述[J]. 科技创新与应用,2020(4):161-162.

[6] 李星辰. 关于数字化测量技术在飞机装配中的应用探析[J]. 科学与信息化, 2021(24):62-64.

[7] 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.

刘倩，女，汉族，陕西渭南人，本科，助理工程师，研究方向：飞行器制造，邮箱：[e-mail]，