飞机装配技术论文

南京航空航天大学飞机数字化装配技术南京航空航天大学1摘要飞机装配是飞机制造过程的主要环节,飞机装配过程就是将大量的飞机零件按图纸、技术条件等进行组合、连接的过程。迄今为止,飞机装配技术已经历了从手工装配、半机械/半自动化装配、机械/自动化装配到柔性装配的发展历程。随着计算机辅助设计,计算机辅助制造技术、计算机信息技术、网络技术的发展，数字化装配从根本上改变了飞机传统的设计与制造方式，大幅度地提高了飞机设计制造技术水平。飞机装配协调技术从传统的以模线、样板、标准工装为主要载体的模拟量传递协调系统，发展到现在采用数字量传递的方法进行工装和零、组、部件的制造以保证其协调性,而且在装配过程中采用的数字化测量技术是飞机制造业的一次革命性的变革。飞机装配工装技术伴随着飞机装配技术的发展而发展。一般对于飞机装配产品尺寸较大、形状较为复杂,为了能够更好地保障飞机整体结构上的稳定性和可靠性,目前我国飞机制造企业纷纷采用数字化处理技术,实现对飞机装配整体结构上的加固。本文通过对数字化装配技术的特点以及目前我国飞机装配技术现状进行简要分析,从而对飞机装配数字化应用和技术要点进行详细说明,为全面提高飞机装配协调性和稳定性提供坚实的基础。关键词：飞机装配、数字化装配、数字化测量技术南京航空航天大学2AbstractAircraftassemblyisakeylinkintheaircraftmanufacturingprocess,aircraftassemblyprocessistheprocessinwhichthelargenumberofaircraftpartswerecombinedorconnectedaccordingtodrawingsandtechnicalconditions.Sofar,aircraftassemblytechnologyhasexperiencedfromthemanualassembly,asemi-mechanical/semi-automatedassembly,mechanical/automationassemblytotheflexibleassembly.Withthedevelopmentofcomputeraideddesign,computeraidedmanufacturingtechnology,computertechnologyandnetworktechnology,digitalassemblyfundamentallychangedthedesignandmanufactureoftraditionalaircraft,andimprovedtheaircraftdesignandmanufacturingtechnologygreatly.Thecoordinationtechnologyofaircraftassemblyhaschangedfromthetraditiaonalwayswhichusesmoldlineasthemaincarrier,tothedigitaltransmissionanddigitalmeasurementtechnologyusedintheassemblyprocessistheaircraftmanufacturingindustryisarevolutionarychange.Theaircraftassemblytoolingtechnologydevelopedwithaircraftassemblytechnology.Generallyforaircraftassemblyproductsize,shape,weremorecomplex,inordertobettersafeguardaircraftstructureonthestabilityandreliabilityofthewhole,atpresent,China'saircraftmanufacturingcompaniestoadoptdigitalprocessingtechnology,implementationofaircraftassemblyontheoverallstructureofthereinforcement.Thisarticlethroughtothecharacteristicsofdigitalassemblytechnology,andmadeabriefanalysisofthepresentstatusoftheaircraftassemblytechnologyinChina,whichapplicationandtechnologyessentialsofaircraftassemblydigitaldetailedinstructions,toimprovetheaircraftassemblycoordinationandstabilityprovideasolidfoundation.Keywords:Aircraftassembly,Digitalassembly,Digitalmeasurementtechnology南京航空航天大学3一、概述近年来，随着亚太地区劳动力成本低廉，全球制造业迅速向亚太地区转移，我国正成为世界制造业的重要基地。随着社会的进步和新技术的应用，航空制造业的竞争日趋激烈，工装设计水平是反映一个国家飞机制造水平的关键指标之一。飞机装配是将零件(成部件、组件)按照设计和技术要求进行组合、连接形成高—锻的装配件或整机的过程。飞机装配由于产品尺寸大、形状复杂、零件以及连接件数量多，其劳动量占飞机制造总劳动量的一半左右甚至更多，其制造和装配精度要求高，所以在整个制造过程中飞机装配技术是一项技术难度大、涉及学科领域多的综合性集成技术，它在很大程度上决定了飞机的最终质量、制造成本和周期。为了保证飞机的可靠性和稳定性，装配型架是飞机装配必不可少的工艺装备之一。装配型架设计与产品装配和制造过程密切相关，装配型架不仅影响产品制造和装配精度，而且是把握产品的唯一尺度，其中装配型架的设计和制造在整个生产工艺装配中占很大的比重。装配型架结构是否合理、正确，不但对装配型架本身制造工作量大小、周期长短、成本高低和装配条件有直接的影响，而且也决定着各工件的对接、配合尺寸是否协调一致，对飞机装配的互换协调性、制造质量和进度有很大影响，直接影响整个飞机的制造周期。市场对大型飞机的需求一般都是小批量多品种的且产品的交货周期很短。这对传统的装配工装来说，无论是其成本还是其生产周期都无法满足现在的需求。为了适应现代航空制造业的发展，必须研究开发新的装配技术。因此，经济发达国家对飞机装配技术十分关注，并投入巨资进行研制。针对这一现状，国内飞机制造业数字化工程在飞机装配方面提出了数字化装配技术。飞机产品数字化设计制造技术是20世纪80年代后期以来，随着计算机辅助设计，计算机辅助制造技术、计算机信息技术、网络技术的发展，以美国为首的西方发达国家开始研究并首先采用的一项新技术。这项技术以全面采用数字化产品定义、数字化预装配、产品数据管理、并行工程和虚拟制造技术为主要标志，从根本上改变了飞机传统的设计与制造方式，大幅度地提高了飞机设计制造技术水平。数字化技术的应用是飞机制造业的一次革命性的变革，它将从根本上改变了传统的飞机装配技术。在现代飞机装配中。装配模式已从基于模拟量传递的刚性装配方式发展成为基于全三维数字量传递，以柔性工装为装配定位与夹紧平台，以数控柔性制孔单元和自动钻铆系统为自动化加工设备，以激光跟踪仪等数字化测量装置为在线检测工具，在装配数据及数控程序的协同驱动下，完成飞机部件的自动化装配过程的柔性装配模式，飞机装配已进入了数字化、自动化、柔性化、智能化装配时代。南京航空航天大学4二、国内外发展现状我国的飞机装配技术和组织管理方式，虽然在局部上也采用了较先进的技术，如利用激光跟踪仪或CAT技术安装型架，少数也采用了自动钻铆技术，简化了装配型架结构。但与发达国家相比还存在较大差距，主要表现在：(1)这些技术还不配套，应用上不成熟，加上多年来对飞机装配技术缺乏研究，资金投入不足，仅满足于能把飞机制造出来，还是沿袭着过去几十年来批生产的手工作业模式；(2)飞机的设计制造仍主要采用串行模式，制造模式未实现根本转变；(3)数字化技术的应用规模较小，还未实现一个完整型号的全面数字化：(4)各环节虽然已实现数字量传递，但仍存在信息孤岛现象，未打通飞机数字化设计制造生产线，模拟量传递依然大量存在；(5)工装、工艺设计与产品设计脱节，未能充分实现并行工程，造成飞机装配协调困难，返工率高；(6)在装配技术方面，虽然在局部采用了数字化技术，如在协调方式上局部采用了数字量传递的协调方法，但模拟量传递仍然是当前众多企业飞机制造的主要协调方法：(7)采用专用工装装配、以光学仪器测量安装仍是目前飞机装配的主要手段，未能在数字化装配技术方面实现新的突破，导致飞机制造成本居高不下；(8)装配工人在现场工作需要仔细翻阅大量的图样、工艺文件，而且经常会出现工作上的失误，造成装配质量问题，影响装配周期等等。从国外情况来看，以波音公司为代表的飞机设计制造公司数字化技术应用起步较早，目前已经成熟应用到多种飞机的研制过程中，并取得了很好的效益。(1)洛克希德·马丁飞机公司在研制JSF战斗机x一35过程中明确提出：要使JSF飞机装配周期缩短67％，其中单架周期要从15个月缩短到5个月；工艺装备由350件减到19件，减少了95％；制造成本降低50％等，此外，在JSF装配中他们还应用了一种十分先进的龙门钻削系统，它使用激光定位、电磁马达和“压脚”(pressurefoot)进行精密钻孔；加快了装配过程，形成紧配合，产生光谱表面，不仅减少了摩擦，还满足了JSF耐久性需求，其钻孔出错率仅为百万分之三，超过了世界钻孔百万分之三点四的质量标准，而且在处理大型零件时能容易地拆卸、移动和重新装配，还取消了75％的有关钻孔工具和工装，使部件的安装工作节省90％的时间。(2)波音公司在研制X-32飞机也是如此，当零部件汇集到JSF方案验证机总装基地——南京航空航天大学5加利福尼亚州帕姆戴尔对，已见不到通常陪伴在飞机生产线上的巨大型架，取而代之的是一种通用支架，用它支撑JSF的主要部件，利用4部Zeiss激光跟踪仪对它们进行空间定位和其他装配工作，并取得了很好的效果。在X-45无人驾驶战斗机项目中也采用了这一先进技术。随着X．32装配工作的进展，工人们开始佩带一种挂在腰间的微型计算机，它通过单目镜片，能把装配顺序和装配好后的部件状态投射到正在装配部件的上方，让工人方便直观地进行装配工作，无需再细看图样、翻阅工艺文件，使装配周期缩短50％，成本降低30％～40％。三、飞机数字化装配技术的定义数字化装配是一种能适应快速研制和生产及低成本制造要求的技术。从其发展的历程看,它实质上是数字化技术在飞机设计制造过程中更深层次的应用及其延伸。数字化装配方法不仅包括了传统数字化装配概念中工装的设计、制造及装配的虚拟仿真等,还包括了像柔性装配方法、无型架装配方法等其他自动化装配方法。飞机数字化装配技术是数字化装配工艺技术、数字化柔性装配工装技术、光学检测与反馈技术、数字化钻铆技术及数字化的集成控制技术等多种先进技术的综合应用。数字化装配技术在飞机装配过程中实现装配的数字化、柔性化、信息化、模块化和自动化,将传统的依靠手工或专用型架夹具的装配方式转变为数字化的装配方式,将传统装配模式下的模拟量传递模式改为数字量传递模式。飞机零部件数字化装配系统的工作流程如图1所示。南京航空航天大学6四、飞机数字化装配技术的内容1.数字化装配协调技术数字化协调方法也可称数字化标准工装协调方法，是一种先进的基于数字化标准工装定义的协调互换技术，将保证生产用工艺装备之间、生产工艺装备与产品之间、产品部件与组件之间的尺寸和形状协调互换。数字量传递协调路线如下：(1)飞机大型结构件(与飞机外形及定位相关)如框、梁，桁、肋