飞机数字化柔性工装技术研究
飞机柔性装配方法在飞机装配中的应用
飞机柔性装配方法在飞机装配中的应用【摘要】飞机装配是航空制造领域的重要环节，而传统的飞机装配方法面临着诸多挑战，如装配效率低、装配精度难以保证等。
为了解决这些问题，飞机柔性装配方法逐渐被引入。
本文从飞机柔性装配方法的发展历程、优势、关键技术、具体应用案例以及未来发展方向进行了探讨。
通过对比传统方法和柔性装配方法的优劣势，我们可以看到飞机柔性装配方法在提高装配效率、保证装配精度等方面具有明显优势。
未来，随着技术的不断进步，飞机柔性装配方法的应用范围将会更广，推动飞机装配工艺的不断完善。
飞机柔性装配方法的意义和可行性已经得到验证，具有广阔的推广前景，将为飞机制造带来更多的解决方案和发展机遇。
【关键词】飞机装配、柔性装配方法、发展历程、优势、关键技术、具体应用案例、未来发展方向、意义、可行性、推广前景1. 引言1.1 飞机装配简介飞机装配是指将飞机的各个部件按照设计要求组装在一起，形成完整的飞行器的过程。
飞机装配是整个飞机制造过程中的最后一道工序，也是最关键的一环。
在装配过程中，需要确保各个部件的精确配合，保证飞机的结构完整性和航空安全。
飞机装配的复杂性主要体现在以下几个方面：一是飞机的结构复杂，由大量不同的部件组成，需要确保每个部件的位置和连接都准确无误；二是飞机的尺寸巨大，涉及到大量的人力和物力资源；三是飞机的装配过程需要严格遵守航空标准和要求，对操作人员的技术要求很高。
面对这些挑战，飞机柔性装配方法应运而生，为飞机装配提供了新的解决方案。
通过引入柔性装配技术，可以实现自动化装配、智能化装配和高效率装配，提高飞机装配的精度和效率，减少人为因素的干扰，降低装配成本，提高装配质量。
飞机柔性装配方法的发展为飞机制造业带来了新的发展机遇和挑战。
1.2 飞机装配的挑战飞机装配是一项复杂而重要的工程任务，面临着诸多挑战。
由于飞机的结构复杂多样，每一架飞机几乎都是独一无二的，这就要求在装配过程中需要考虑到各种不同的设计要求和特性。
飞机数字化装配技术体系研究
飞机数字化装配技术体系研究【摘要】随着现代数字化技术的发展，基于数字技术基础上的数字化装配技术在工业领域得到了日益广泛的应用。
飞机产品结构复杂性和部件装配准确度要求高，数字化装配技术的应用，有效提高了飞机装配效率和装配精度，提高了生产效率，减少了协调的环节。
本文拟对飞机数字化装配技术体系开展研究，希冀能为进一步提高飞机装配精度与效率提供参考。
【关键词】飞机装配；数字化装配技术；技术体系飞机装配是将各种零部件根据设计的要求和技术规范连接整合成一个整体。
飞机装配劳动量很大，几乎占全部飞机制造劳动总量的一半以上。
同时，飞机产品本身结构具有明显的特殊性和复杂性，装配的零部件不仅数量众多，尺寸较大，而且种类多样，形状复杂，装配难度高，对装配的准确度要求也很高。
装配不当不仅容易造成飞机零件的损坏，而且直接影响装配准确性，对飞机整体装配质量和性能造成不利的影响。
随着数字技术的发展进步，我国航空企业积极学习国外先进经验并加强自主研发，数控加工制造飞机零件的技术水平得到大幅度的提升。
飞机部件数字化装配是一种基于数字化的装配模式，综合了测量、调姿、控制等技术，实现了飞机数字化装配技术的突破，可从根源上改变我国目前航空设施在装配连接时大体上由工人手工操作完成的现状，对优化飞机的装配效率与质量，实现飞机制造的自动化管理，具有非常重要的积极影响。
一、飞机数字化装配技术体系的关键技术近年来，国外飞机装配技术得到迅速发展，实现了飞机装配过程的自动化。
包括自动化装配工装、自动化装配单元、自动化装配系统、自动制孔、数字化装配管理技术等。
这不仅实现了飞机装配工作的自动化和科学化，也提高了飞机制造的质量。
国外装配工装采用数控自动化工装方法，如在空客系列民机的机翼壁板的装配采用壁板工装，而在波音飞机的装配上采用翼梁工装。
这两种工装都属于行列式柔性装配工装。
很多大型民机结构采用自动化的装配工艺，包括数控工装、加工和检测单元、数字化定位技术等。
飞机柔性装配应用及关键技术分析
飞机柔性装配应用及关键技术分析发布时间：2021-05-27T05:57:04.676Z 来源：《中国科技人才》2021年第7期作者：王驰[导读] 近年来，随着我国大飞机发展战略的深入实施以及现代化飞机制造的多样化需求使得传统固定装配夹具式飞机装配模式面临更新换代的挑战。
柔性装配技术作为一种能适应快速研制，低成本制造、模块化可重组的先进装配技术，对提高飞机装配的效率和质量具有重要意义。
航空工业沈阳飞机工业（集团）有限公司辽宁沈阳 110034摘要：随着机电技术、控制技术、计算机技术等相关技术的快速发展，飞机柔性装配技术替代传统固定夹具式装配技术已经成为一种趋势。
由于其具有柔性度高、成本相对较低等优点，柔性装配技术受到了国内外各大飞机制造企业的重点关注。
因此，本文重点研究了飞机柔性装配应用及关键技术。
关键词：柔性装配；飞机装配；飞机大部件近年来，随着我国大飞机发展战略的深入实施以及现代化飞机制造的多样化需求使得传统固定装配夹具式飞机装配模式面临更新换代的挑战。
柔性装配技术作为一种能适应快速研制，低成本制造、模块化可重组的先进装配技术，对提高飞机装配的效率和质量具有重要意义。
1飞机柔性装配技术简介飞机柔性装配技术是指用1套装配工装能够完成2个或2个以上机型产品装配任务的制造技术。
柔性装配技术采用各类数字化装配工艺技术来完成产品的装配工作，它是一种建立在产品全数字化定义基础上的，可重组的，自动化与模块化的装配技术，可实现飞机零组件快速精准定位与装配，减少装配工装的数量和种类。
柔性装配技术采用先进的数字化装配定位技术（如激光跟踪仪），提高了产品装配的定位精度；采用可重组的自动化与模块化的柔性装配工装，减少了固定式装配工装的数量和种类，节约了工装制造成本，提高了生产效率；采用数字化仿真技术，在产品数据集基础上对产品装配协调路线，工艺过程等进行仿真，提高了工艺规划效率。
在上述技术的集成运用下，柔性装配技术显著地提高了飞机的装配效率和装配质量。
飞机数字化柔性装配关键技术及其发展_邹方
装配测试
１． 自动激光超声检测技术 ２． 外形数字化柔性测量技术 ３． 数字化检漏技术
１． 激光超声波检测仪 ２． 三维光学成像测量系统 ３． 便携式计算机辅助红外照相测量系统
可以组成数字化柔性装配系统。 飞机的装配一般分为４个阶段：
装配设计、装配准备、装配进行、装
进入９０年代，人们越来越重视飞 中，各主机厂都不同程度地采用了这 ２００５ 年实现每月生产 ３８ 套机翼，在
机的装配技术。最为著名的有欧洲 种技术。
机翼翼盒自动装配研究项目的第二期
ＪＡＭ（Ｊｉｇｌｅｓｓ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ
洛克希德·马丁公司在先进军机 （ＡＷＢＡ ＩＩ，１９９８ 年启动，为期２年）
Ｍ ａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ）、欧洲 Ａ Ｄ Ｆ Ａ Ｓ Ｔ 研制中采用了“柔性装配技术”，应 中考虑了多种柔性装配技术，以便降
装配关键特征树
务，尺寸调整复杂困难，严重影响飞 机的交付周期；
（２） 由于飞机的部件与全机身装
产品图
装配后的产品
配的自动化水平低，严重影响了飞机
的有效装配时间和加工质量的一致
性，装配效率低；
（３） 模拟量移形技术协调问题多， 约占整个新机研制技术问题的 ８０％，
产品零件图
制造后的零件装配 制造
严重影响周期；
２ ０ ０ ６ 年第９ 期 航空制造技术 31
专 稿 SPECIAL PAPER
用了自动化装配技术，这些工作为我
数字化柔性装配是建立在计算机 完成装配任务，达到优质、高效、低
国开展柔性装配技术的研究提供了一 数字信息处理平台上的融合飞机的全 成本、节省时间。先进的飞机柔性装
定的研究基础。
数字量协调体系，应用计算机信息技 配技术是保证飞机部件和飞机整体性
关于飞机数字化柔性装配工装技术的探索
关于飞机数字化柔性装配工装技术的探索摘要：本文首先对飞机数字化柔性装配工装技术的特点进行总结，对柔性化装配工装关键技术进行分析，对我国飞机数字化柔性装配的发展要求进行研究，对于减少我国飞机数字化装配技术和国外先进水平的差距，实现飞机研发和制造行业的跨越式发展，具有非常重要的意义。
关键词：飞机数字化柔性装配工装技术1、引言飞机数字化柔性装配工装技术是数字化装配技术的重要内容，已经在国内外航空企业得到广泛应用。
到目前为止，飞机装配工装技术已经经历了许多阶段，从最初的手工装配、半自动化装配、自动化装配，再到现在的柔性装配工装技术。
所谓“柔性装配工装技术”，就是基于产品数字量尺寸的，可以进行重组的模块化，以及自动化的装配工装技术。
一方面可以降低制造成本、缩短周期的同时，也提高了装配生产率。
本文对有关飞机数字化柔性装配工装技术进行分析和探讨，不足之处，敬请指正。
2 飞机数字化柔性装配工装技术的特点飞机数字化柔性装配工装技术的最大特点就是能够在产品数字量尺寸传递系统的基础上，以及配合数字化控制技术和系统，对产品装配等工作进行操作。
除此之外，飞机数字化柔性装配工装技术还克服了传统制造方法中模拟量协调系统的基础上装配工装的技术特点，比如说应用单一、生成周期较长、生成成本较高以及生成配合较为困难等。
还有就是，飞机数字化柔性装配工装技术能够实现和自动化制空设备、铆接设备、机器人等设备进行相互集成，达到柔性化装配精确度更高以及提升装配效率的目的。
3 柔性化装配工装关键技术飞机装配主要有以下四个阶段，为：装配设计、装配准备、装配进行以及装配测试，每一个阶段都有一个关键的技术，依次支撑飞机装配工艺技术，能够实现整个飞机装配高质量的同时，保持高效率。
3.1 定位技术飞机装配中柔性化定位技术的使用，可以在一定程度上减少零件结构发生变化的次数，同时也避免传统刚性定位方法中那种定位应力。
框梁类传统装配定位技术是基于工艺孔或者是结构交点孔进行定位，这种方法的工作量较大，而且生成效率较低。
关于大型飞机数字化装配技术分析
关于大型飞机数字化装配技术分析摘要：随着现代工业技术与制造业的不断发展，装配技术得到深入的研究。
从飞机工业的历程来看，飞机的装配技术经过了人工装配、半自动化的装配、机械装配、自动化装配，随着各国经济与技术的进步，数字化装配技术已经开始在多个国家的飞机制造领域得以应用，成为现代飞机制造技术的新焦点。
关键词：数字化；装配；制造；系统；应用1.引言随着社会的进步与发展，航空制造业的竞争形势不断严峻，市场上对于大型飞机的需求则是出现品种多、数量少的特点，一般要求在较短的交货周期内完成。
新的数字化装配技术可以一改传统的人工装配模式，极大地提高效率。
2.数字化装配技术概述目前对于数字化装配技术的定义还不完全，国内外对于其定义的研究还在进行当中。
从其技术发展历程来看，该项技术不仅可以达到快速研制，还能满足生产低成本的制造标准，往往将数字化在飞机设计制造的时候得以更为深层次的应用。
对于数字化装配方法而言，主要包含传统的数字化装配概念中的工装设计、制造及其装配的虚拟仿真，还包含柔性装配方法，更包含无型架装配方法这些自动化技术。
[1]对于飞机的数字化装配技术来说，一般包含数字化装配工艺技术以及数字化柔性装配工装技术，还包含光学检测以及反馈技术、数字化铆接技术与集成控制等多种先进技术的综合应用。
3.数字化装配技术国内外发展现状3.1国外研究现状在上世纪的八十年代，由于现代网络的兴起，加上计算机技术的不断发展，美国波音、洛克希德·马丁公司，还有欧洲的空客公司这些大型飞机公司都陆续地对飞机数字化装配技术进行使用。
国外一些发达国家数字化装配飞机技术的应用已经取得了成功，典型的产品包括波音777、A380与JSF等。
其中洛克希德·马丁公司在进行JSF战斗机研究制造之中，果断地将每架飞机的生产周期由之前的15个月缩短到了5个月，把工装数量从350个降低到19个，实现降低成本一半。
通过采用数字化装配技术后，对制孔的工具与工装大部分进行取消，利用较为先进的龙门钻削系统，充分利用了激光定位、电机驱动的精密制孔，提高了孔的质量，最终节省了九成以上的时间。
飞机工装数字化设计制造技术的研究与应用
数字化传递技术 、精确成形技术 、高精度数 控加工技术 ，实现工装模块化和通用化 ，产 品装配定位准确 、部件装配开敞、效率高。 ３ ３提高工装质量、缩短工装制造周期的需 ．
十分重要的作用。飞机工装 的设计制造水平 是反映一个国家飞机制造水平的关键指标之
一
。
目前 ，我 国飞 机 已基本 实现 了外 形 的三
维设计、结构的 ３ ／Ｄ Ｄ ２ 设计 ， 建立了数字样 机 （ 样段 ） ，实现了结构件 的数控加工等 ，
维普资讯
分迫切 。因此 ， 研究飞机工装数字化快速设 计制造技术 ， 构建飞机工装数字化设计制造
工装 Ｍ Ｓ系统 ，集成 工艺仿 真软件 。实现 工 Ｅ
装设计 制造 与飞机设计 的并行 ，实现 工装设 计 、制造 、管理信 息的集成 与共 享 ，减 少工
装数 量 ，提 高工装设计制造质量 和效率 ，以
满足 飞机 制造 对 工装数 字化设 计 制造 快速
响 应 的要 求 。
体系 ，实现减少工装数量 ，提高工装质量 ， 缩短工装制造周期 ， 提高工装数字化设计制
造快速 响应能力 已成为 飞机 研制生产亟待
解决 的 问题 。 ２ 飞机 工 装设 计 制造 的特 点
关键 词
飞机 工装 数字化 制造技术
幅度减少工装数量 、降低工装制造成本 、缩 短工装周期。如在军机 、民机装配中大量采 用孔定位方式的无外形卡板型架装配，利用
３ １构建飞机制造数 宇化体 系的需要 ．
目前 ，我 国飞机工装设计制造仍采用以 ． 模拟量数据传递为主， 数字量传递为辅的“ 综 合协调 工作法 ，它的特点是 ：采用相互联 系的制造方法 ，在制造工程中主要通过实物 的模拟量 （ 模线、样板、标准样件 ） 来传递 产品的形状和尺寸 ，达到工装生产之间的协 调性及零部件之间的互换性。这种传统的方 法与数字量传递法相比存在以下主要问题 ： ・ 工装设计制造必须严格按规定的串行 协调路线进行统计 ，采用飞机传统制造方法 ，单架 飞机的各类工装约 １ ２ ～ 万项 ， 占用整个飞机 研制生产周期的 １３ ／ ，工装返修率高达 ３％ ０ 左右。 通过建立飞机工装数字化设计、制造环 境和信息传递流程 ，开展 ３ 工装工艺设计 ， Ｄ 实现工装设计 、制造、管理信息的集成和共 享 ，达到工装设计 、制造 、安装 、检测一体 ’ 化 ，不仅可以解决工装工艺性、装配性差的
关于飞机工装设计制造技术之研究
关于飞机工装设计制造技术之研究摘要：为了提高飞机工装设计和制造的质量和效率，提出了提高飞机工装的设计和制造技术效率的建议。
在阐述飞机工装设计与制造的相关内容的基础上，结合当前飞机工装设计和制造中存在的主要问题，从工装柔性、数字化、发展速度等方面分析工装设计与制作的主要技术类型和应用。
关键词：航空航天工业；飞机工装；设计和制造；技术研究飞机制造通常需要大量的综合加工设备、人力、物力和经济资源。
由于飞机产品的结构、工作环境和标准不同于一般机械产品，除了传统的生产方法外，还为不同型号的零件、组件和部件制造特殊的技术设备。
该专用工艺装置用于零件加工成型、装配、测量检验、试验调试以及工艺设备之间的协调运动。
确保飞机零部件的质量，提高劳动生产率，确保飞机制造符合设计和适航要求非常重要。
起初机器的结构很简单，目前很多装配工作都是手工完成的。
工艺设备的要求不仅低，而且精度低。
随着飞行速度和飞机高度的逐渐提高，飞机设计师开始从事空气动力学特性和飞机生产精度的研究。
人工完成飞机上的所有安装工作是不可能的。
目前，工艺设备发挥着重要作用。
1飞机工装设计与制造的主要内容分析低刚度、高规格和高制作要求是飞机结构的主要特点。
为了确保飞机产品设计和制造的准确性和协调性，生产实践强烈依赖于大型成套工艺设备，需要大量的人力、物力和财力。
此外，研发周期长，制造成本高。
在新时代，许多国内飞机发动机制造商已接受订单开发各种飞机产品，这要求扭转当前工装开发和工业设备落后的工作局面，更有效地应对新飞机生产制造的需求。
1.1国外发展现状国外使用数字技术改进和优化传统的飞机设计和制造流程。
实践证明，这种方法可以非常有效地提高效率和节约成本。
安装时间仅为原始建造时间的十分之一，飞机的生产和维护成本减半。
这表明，数字技术在促进飞机制造技术的发展和发展方面发挥着重要作用。
1.2国内发展现状为了顺应全球趋势和发展速度，中国飞机制造商积极采用国外数字化设计和制造技术。
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飞机数字化柔性工装技术研究陈昌伟,胡国清,张冬至(华南理工大学机械与汽车工程学院,广东广州 510640)摘要:中国工装设计制造水平低,已成为飞机快速研制及批量生产的瓶颈。
分析了目前中国飞机装配中存在的问题,总结了国外飞机先进数字化柔性工装的研究及应用现状,综述了虚拟装配、柔性工装、数控钻铆、激光跟踪等数字化装配关键技术,指出了实现中国飞机数字化装配跨越发展的技术途径。
关键词:飞机;虚拟装配;柔性工装;数字化钻铆;激光跟踪中图分类号:V262.4 文献标识码:A 文章编号:1672-1616(2009)09-0021-04 航空工业是国家经济和国防建设的战略性产业,它的持续发展推动了诸如新材料、通信及先进制造等技术的发展。
飞机制造具有结构尺寸大、零件形状复杂且种类繁多、气动外形严格及加工精度高等特点,必须使用大量的装配型架来保证装配质量。
用于设计制造装配型架(简称工装)的生产周期和成本在整机研制中占很大的比例,装配工作量占整个飞机制造总劳动量的40%～50%,且最终产品品质在很大程度上取决于装配的质量[1,2]。
成套工装的设计制造需要大量人力、物力和财力的投入。
目前,国内航空公司面临着多种型号飞机的同时研制及批量生产,工装难以满足装配需求,已成为飞机生产的瓶颈。
1 我国飞机工装设计制造研究现状我国航空工业主要沿袭前苏联的组织生产模式,飞机工装也不例外。
目前,我国工装整体设计制造水平落后,主要表现在:工装设计虽采用了计算机辅助设计(CA TIA),但未充分利用优化分析(CAE)及虚拟预装配技术,致使型架需反复修改;制造能力差,采用外协加工存在资质认证困难、保密性差、交货周期长等问题;整机装配仍采用手工作业或人工控制,精度和效率较低。
与西方先进航空企业相比,我国的工装型架数目多、占地面积大、制造周期长、成本高、安装在型架上的定位件及测量仪器缺乏标准化和模块化,同时以模拟量传输协调各工艺环节的“串行工程”模式,严重阻碍了装配质量的提高及研制周期的缩短。
低效的传统飞机装配技术已成为制约我国飞机快速研制的巨大障碍。
近年来,我国航空企业及科研院校在引进国外先进装配技术的同时,在工装设计方面的研究较多,主要集中在采用CAD技术进行飞机型架及相关性设计,包括型架标准件库的建立和型架优化及参数设计等[3～5]。
在测量技术方面,计算机辅助电子经纬仪(CA T)及激光跟踪仪(L T)等先进设备已逐步用于飞机装配并实现国产化。
在虚拟预装配方面,开展了飞机装配工序可视化仿真、装配路径优化及装配容差分析等研究。
总之,我国飞机工装整体研究格局相对较为零散,工程缺乏系统化。
2 国外飞机数字化柔性工装研究及应用飞机数字化装配技术兴起于20世纪80年代后期,迅速发展于西方航空发达国家。
1994年欧盟提出“基于协作型多功能操作机器人的航空产品柔性装配系统”研究项目[6],其最终目标是实现数字化无型架装配(JAM)。
美国Boeing777研制周期缩短了50%,出错返工率减少了75%,成本降低了25%,成为数字化设计制造与并行工程技术成功应用的典范。
2001年～2004年欧洲的ADFAST项目把研究目标定位于经济实用的重构工装系统(AR T)和集成测量系统上,获得重大突破。
空客公司2005年机翼盒自动装配的AWBA2研究项目应用了多种数字化柔性装配技术,降低了成本,缩短了周期,收稿日期:2008-12-22作者简介:陈昌伟(1985-),男,湖南衡阳人,华南理工大学硕士研究生,主要研究方向为飞机柔性工装。
12・现代设计与先进制造技术・ 陈昌伟 胡国清 张冬至 飞机数字化柔性工装技术研究实现了月产38套机翼。
波音公司在研制737时构建的基于构型控制的数字化制造信息管理系统(DCAC/MRM )[7],及近年来研制787所采用的全球协同管理技术(G lobal C o 2laboration Environment ,G CE ),使得数字化技术平台在同行业航空企业竞争中取得优势,象征性事件是2007年7月8日波音787Dreamliner 的如期下线,同时波音公司宣布已取得1100多亿美元的707架波音787飞机的订单。
洛克希德・马丁公司牵头研制的J SF 战机原型机X -35,采用具有激光定位、电磁精密制孔等数字化柔性装配特点的龙门钻削系统,使装配周期减少了2/3,工装数量由350件减少到19件,成本降低1/2。
Leica L TD500激光定位配合液压校平系统及移动装配生产线,大大减少了对接时间,实现了大部件的对接装配数字化。
先进的装配理念和方法,如决定性装配[8](Determinant Assembly ,DA )、以骨架为基准的自动装配技术等也广泛应用于大型飞机自动化装配。
图1为Boeing787总装及移动概念图。
图1 波音787总装及移动Boeing787机身第43段的复合材料整体筒体与钛合金框件实现了自动化装配。
采用内外两套独立的装置,在装配时实现自动定位、夹紧、制孔、安装环槽钉并完成环圈自动镦铆,由电磁提供铆接动力,目前该技术已在日本三菱重工投入使用。
为实现飞机复合材料平尾升降舵装配,空客公司研制的复合材料升降舵柔性装配系统可自动完成后缘的测量和校准、上下壁板钻孔和锪窝、铆钉选择及供给、注胶、铆接及壁板表面波纹度测量等[9,10]。
3 数字化柔性工装关键技术数字化柔性装配是建立在计算机数字信息处理平台上,一个融合飞机特征的全数字量协调体系。
通过自动夹持、制孔、铆接及无缝校准对接,完成组装、部装及总装。
它能适应飞机的尺寸规格、批量、装配工艺、场地及时间变化,在有限的场地内完成快速装配,达到优质、高效、低成本。
数字化装配关键技术包括虚拟装配技术、柔性(无型架)装配技术、自动钻铆技术及激光跟踪测量/检测技术等。
图2所示为数字化装配技术框架。
图2 数字化装配技术框架3.1 虚拟装配技术虚拟装配是基于并行设计与分析环境的数字化预装配(Digital Preassembly ,DPA ),装配过程仿真综合考虑了零件的几何信息、工装信息、BOM 定义、作业路线、工作指令等,在预装配仿真中发现问题,优化工艺,提高效率及降低成本。
图3所示为国外某航空公司先进虚拟装配环境界面。
图3先进虚拟装配用户界面3.2 柔性(无型架)装配技术柔性装配技术是一种能适应快速研制、低成本制造及工装可重组模块化的先进装配技术。
发展目标是无型架数字化装配平台,涵盖了柔性工装、精确定位与测量、数据采集/处理系统。
无型架数字化装配技术将彻底减少飞机装配对型架的依赖性。
目前国外柔性化装配技术主要表现在以下几个方面[11～14]:a.行列式高速柱柔性工装。
行列式高速柱工222009年5月 中国制造业信息化 第38卷 第9期装适用于壁板及翼梁装配,如波音飞机727、737、777、C -17等飞机翼梁的装配和空客A330系列机翼壁板的装配。
最新的A380壁板及翼梁装配也采用了此类工装。
图4所示为波音727机翼柔性装配现场。
图4 波音727机翼柔性装配b.多点阵成形真空吸盘柔性工装。
多点阵成形真空吸盘工装由一组立柱吸盘组成,吸盘在程序控制下移动定位,生成与装配件曲面完全符合并均匀分布的吸附点阵,能精确、可靠地定位和夹持壁板。
当飞机型面发生变化时,吸附点阵在伺服控制下相应改变。
该工装广泛应用于戴姆勒-奔驰宇航、波音、MD 及EADS 等公司的军、民用飞机生产。
c.移动装配生产线技术。
波音公司将飞机放在由传送链移动的轮车生产线上,使飞机沿生产线移动装配。
通过射频信号实时传送来实现对飞机移动装配生产线的远程控制,并监控飞机移动的情况。
飞机在2个装配台的移动只需1h ,可同时移动7架飞机,并能保证飞机之间的等距及等高。
同时因传送链在地板上,地下总线能够保证恒电流供应及防火等监控管理。
目前,波音公司已经在移动装配生产线上连续建造了波音717、737、757等单通道飞机。
该技术大大缩短了民用飞机交付时间。
3.3 数字化钻铆技术自动钻铆装配生产线,包括部件装配钻铆、对接钻铆及机器人钻铆,综合了数字化整体结构精确制造技术、激光跟踪测量定位、伺服控制等先进技术,实现了对大段壁板的钻铆装配工作,提高了飞机的装配质量及效率。
近年来兴起的电磁铆接在干涉配合铆接、复合材料结构铆接、难成形材料铆钉铆接、干涉配合紧固件安装及改善劳动条件方面有无法比拟的优势[15],将在大飞机制造中发挥重要作用,具有广泛的应用前景。
目前国内有关航空企业及科研院校已着手该项研究。
图5所示为空客A340机翼数控钻加工。
图5 空客A340机翼数控钻加工3.4 以激光跟踪仪为核心的数字化测量技术飞机制造使用的测量设备有:三坐标测量机、电子经纬仪、光学准直仪、激光自动跟踪仪、激光雷达扫描仪、CCD 照相测量系统及室内GPS 系统等[16]。
它们在装配线中用来测量和定位工装或直接定位装配构件,是飞机装配质量的保证。
图6所示为某航空公司实时激光准直仪测量概念图。
图6 激光准直仪测量概念图集激光干涉测距、光电检测、精密仪器、现代数值计算理论于一体的激光跟踪仪是数字化测量/检测的核心,与传统的三坐标测量机相比,具有无接触、便携、高速、高精度、高效及通用等优点,几十米内的测量精度可达±5μm ,完全满足大尺寸部件对接装配的要求。
4 我国飞机数字化柔性工装的技术途径4.1 建立工艺规范化仿真装配体系全数字化工艺规范体系是虚拟预装配技术的32・现代设计与先进制造技术・ 陈昌伟 胡国清 张冬至 飞机数字化柔性工装技术研究基础,创建基于知识工程、实例推理技术及人机交互式装配的工艺规范体系成为必然。
结合目前我国航空制造企业的需求和实际情况,亟待开发一套飞机可视化仿真装配系统。
其一,利用机构仿真、干涉检查及强度分析等虚拟装配技术验证飞机结构、功能及性能的合理性;其二,利用多媒体可视化处理仿真结果,在车间客户端输出,对装配工人具有很好的“示教”效果,避免出错及返工,其流程如图7所示。
图7 规范化工艺虚拟装配流程4.2 引进和开发柔性工装及自动钻铆等关键设备国外先进航空企业的实践证明,采用数字化柔性工装是缩短生产准备周期、降低成本及提高装配质量的有效途径。
国内航空企业可结合自身的需要,先引进部分柔性工装及自动钻铆等关键设备组建局部组件柔性装配中心,然后攻克其关键技术,开发具有自主知识产权的壁板、翼梁、水平安定面升降舵、机身及对接柔性工装系统,逐步实现装配自动化。
诸如泄漏检测、复合材料自动无损探伤、装配在线检测等先进检测技术的研究也要同时进行。
当然,这个过程需要航空企业与国内科研院校开展广泛密切的合作。
4.3 面向装配的数字化标准规范体系及数据管理目前我国航空企业所沿用的苏联生产与管理体系已严重阻碍了数字化技术的发展。