飞机数字化柔性工装技术研究

桀性工装、数控钻铆、激光跟踪等数字化装配关键技术，指虫了实现中蔺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；柔挫薯装；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—１６１６１２００９｝０９—００２１一∞
航空工韭是国家经济秘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 辞形状复杂且种类繁多、气动外形严臻及加工精度 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（简称正装）的生产周 期翻成本在整机研制孛毒很大的毙倒，装配工作量 占整个飞机制造总劳动蹩的４０％～５０％，鼠最终 产品品质在很大程度上取决于装配的质量【ｌ，２｜。 成套王装的设计制造需要大量久力、物力和财力的 投入。目前，网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 成为飞视生产静瓶颈。
·现代设计与先进制造技术· 陈昌伟胡国清张冬至飞枧数字化黍性工装技术研究
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飞机数字化柔性工装技术研究
陈弱伟，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５１０６∞）
摘要：中国工装设计制造水平低，已成为飞机快速研制及批蚤生产的瓶颈。分析了目前中阑飞机
装配中存在的问题，总结了国”飞机先进数字化柔槛工装的研究及应用现状，综述了虚拟装配、
网７规范化工艺虚拟装配流程
４．２季ｌ进和舞发柔性工装及是动钻铆等关 键设备
国外先进航空企业的实践证明，采用数字化柔 烂工装是缩短生产准备周期、降低成本及提高装配 质藿的有效途径。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 建局部组绛柔性装配中心，然惹攻克其关键技术， 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 鑫动诧。诸如瀵漏检溅、复合材料鸯动天损探伤、 装配在线检测等先迸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
客Ａ３４０机翼数控钻加工。
图＿４渡音７２７祝翼柔幢装配 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，生成与装配件曲掰完全符合并均 匀分布的吸附点阵，能精确、可靠地定位和爽持壁
板。当飞机型诞发生变化时，吸附点阵在饲服控制
航、波音、ＭＤ及蝴等公司的军、民用飞机生 下褶成改变。该工装广泛应用于戴姆勒一奔驰宇
蓬５空嚣Ａ３４０祝翼教茬钻加工
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、。它们在装配线孛用来测量和定位置装或直 接定位装配构件，是飞机装配质董的保证。图６所 示为某航空公司实时激光准直仪测量概念图。
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怒虚拟预装配技术的
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２００９年５月 中国制造业信息化第３８澄第９期
基础，剖建基于知识工程、实铡推理技术及入枧交 甄式装配的工艺规范体系成为必然。结合目前我 网航空制造企业的需求和实际情况，亟待开发一套 飞杌可视亿仿真装配系统。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，剥用多媒体可视化 处理仿真结果，在车闻客户端输出，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。
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、 批麓、装配工艺、场地及时闯变化，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渊爨／检测技术等。 图２所示为数字化装配技术框架。
图１泼膏７８７总装及移动
Ｂｏｅｉｎ９７８７枧身第毒３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 独立的装鼹，在装配时实现自动定位、夹紧、制孔、 安装环横钉并完成环蓬鑫动镦铆，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 的复合誊考料升降舵柔性装配系统霹自动完成后缘 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繁等【９，１０】。
霹６激光准直仅测量概念霹
集激光干涉测距、光电检测、精密仪器、现代数 值计算理沦于一体的激光跟踪仪是数字化测量／检 测的核心，与传统的三坐标测繁机相眈，其有无接 触、便携、高速、高精度、高效及通用等优点，几十米 沟的测量精度可达烹５／ｍａ，完全满足大足寸部件对 接装配的要求。
４我国飞机数字化柔性工装的技术 途径
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２００９年５月 中同制造、№信息化第３８卷第９期
实现了月产３８套概翼。 波脊公司在研制７３７时构建的基于构型控制的
数字化制造信息管理系统（ｒ必Ｃ／ＭＲＭ）ｔ ７｜，及近年
来研裁７８７所采用的全球协同管理技术（Ｇｌｏｂａｌ Ｃｏ－
ｌａｌｘ）ｒａｔｉｏｎ Ｅｎｖｉｎｍｎｍａｔ，Ｇ旺），使得数字化技术平台
大粼传砖接装配
ｒｌ＝烈 数字化棠性旋雕平台卜＿——叫 数拄钻铆
零ｆｔｔ６－：／柔性ｌ：装库／垒｜ｌ识ｌ‘２序
圉２数字化装配技术搬架
３．１虚拟装配技术 虚拟装配是基于并行设计与分析嚣境的数字
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，在预装瓢仿真孛发现阙 题，优化工艺，提高效率及降低成本。图３所示为 国外某航窀公闭先进虚拟装配环境界面。
据管理 曩蘸我溪航空企她所浍糟的苏联生产与管理 体系已严重阻碍了数字化技术的发展。虽然近年 来航空企业在数字化工程的实施过程中，根据自身 的需求裁定７一些标准与规范，傻还不足以构成支 持整个行业的标准体系。因此，结合我国的实际情 况，有必要建立一套数字化制造的标准规范体系。 可以先建立急需的、必需的标准，如数字化装配标 准规范体系，强调标准的可执行性、实用性，同时考 虑后续体系表的扩展及动态管瑗的完善。 数字纯应雳技术的核心是数据，数据的生成、 管理及存储遍布飞机制造整个过程。通过实施产 品数据管理（Ⅸ）Ｍ），建立一套基于产品属性和配
装配技术已成隽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，在工装设计方瑟的研究较 多，主要集中在采用ＣＡＤ技术进行飞机型架及榴 关性设计，包括型架标准件库的建立和缎架优化及 参数设计等【３－－５】。在测量技术方蘑，计算撬辅助
电子经纬仪（Ｑ盯）及激光跟踪仪（ＬＴ）等先进设备
在同行业航空企业竞争中取褥优势，象征性事件是 ２∞７年７月８器波音７８死嘛鞠ｌｉｎｅｒ的如期下线，网 时波音公司宣布已取得１ １００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汀战机原翟 机ｘ一３５，采用具有激光定位、电磁精密制孔等数 字他柔性装配特点的龙门钻剿系统，使装配周期减 少了２／３，工装数繁由３５０件减少到１９件，成本降
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理对飞规 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ｌｈ，可同时移 动７絮飞枧，并能保证飞机之闼的等距及等离。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。纠前，波音公司已经柱移动 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数字化柔性工装关键技术
数字化柔性装既是建立在计算机数字信息处
膊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 制造及工装可驻组模块化的先进装配技术。发展 目标是无型架数字纯装酝平台，滋盖了柔性工装、 精确定位与测嚣、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。曩翦国外粱性纯装配技术主要表现在泼下凡 个方面【１１叫４Ｊ：
已逐步用于飞机装配并实现豳产化。在虚拟预装 配方夏，开展了飞机装配工序霹视纯仿真、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，工程缺芝系统化。
２ 国外飞机数字化柔性工装研究及 应用
飞机数字讫装配技术兴起子２０落纪鞠年代 后期，迅速发展于西方航空发达国家。１９９４年欧 盟提出“基于挤作獗多功能操作机器人的航空产 品柔性装配系统”研究项目Ｉ联，其最终霸标是实现 数字化无型架装配（ＪＡＭ）。美国Ｂｏｅｉｎ９７７７研制 髑期缩短了５０％，擞错返工率减少了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。
３．３数字化钻铆技术
窘动钴鳞装配生产线，包括部件装配链鳞、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、侧服控制等先进技 术，实现了对大毅壁板的钻铆装配工作，提离了飞 机的装配质量及效率。近年来兴起的电磁铆接在 于涉配合铆接、复合材料结构铆接、难成形材料铆 钉铆接、干涉配合紧霞件安装及改善劳动条件方面 有无法比拟的优势１１５Ｊ，将在大飞机制造中发挥重 要修用，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所示力空
ａ．行列式高速柱柔性工装。行列式高速柱工
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·现代设计与先进制造技术· 陈昌待胡圜清张冬至飞枧数字化黍性工装技术研究
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装适用于肇板及翼梁装配，如波音飞机７２７、７３７、 ７７７、Ｃ—１７等飞机翼梁的装配和空客Ａ３３０系列 机冀壁板的装配。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。