大飞机数字化装配关键技术及其应用
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[摘 要]为了满足当前大型飞机数字化的研制需求，需要对大型飞机数字化装配技术进行研究，基于此，本文笔者从实际出发分析了打飞机相关装配技术分析。
中图分类号：V262.4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）02-0383-01
大型飞机通常是指起飞总重量超过100t的军民用大型运输机和150座及以上的大型客机，其中大型客机飞行寿命长达90000h，这种长寿命、高可靠性设计对飞机装配连接技术提出了更高要求。现代飞机制造业中，出现了许多新型连接方式（胶接、复合连接），但机械连接（铆接、螺接）仍是现代飞机制造的主要连接形式，约占70%，而80%的疲劳损伤发生在机械连接部位，所以改善飞机的装配连接技术可以有效减少飞机故障率。[1]自动钻铆技术作为数字化装配技术的重要组成部分，可以大幅提高飞机装配效率，有效保证飞机装配质量，提高疲劳寿命，在飞机装配工艺中得到广泛应用。
1、飞机数字化制造业发展概述
一代飞机，一代技术，提升制造技术，是保证新一代飞机先进性的唯一有效途径。信息技术的发展，实现了飞机三维数字化设计，也有效推动了制造技术的数字化。数控机床在飞机零件加工车间的使用，微型计算机在生产管理中的使用，可视为是飞机数字化制造的开端。基于三维数字化模型的传递体系，使得设计定型、零件生产和工装制造同步，极大加快了新机投产。波音777的无纸化设计制造，具有里程碑式的意义。空客的智能工厂概念，更是将先进制造推向一个极致。数字化制的发展，有效的推动了飞机数字化测量技术的发展。国内当前而言，对测量技术、测量设备方面的研究，是发展先进制造体系的一项基本基础。[2]
2、飞机数字化装配技术分析
2.1、飞机装配进度三维可视化方法
目前飞机装配车间装配进度用二维图形进行展示，如进度条、饼形图等，这种方式是已完成任务比例的图形展示，缺乏直观性，无法直观展示哪些零件已经装配完成，哪些零件正在装配，哪些零件还未装配，而飞机装配进度三维可视化技术可直观展示各个组件的装配状态。飞机装配进度三维可视化是指在虚拟环境下，采用基于颜色的可视化表示方法，用三维模型展示飞机装配进度，即不同装配状态的组件用不同的颜色显示出来。在飞机装配进度三维展示时，先根据车间装配任务，对三维模型进行简化处理；再将三维简化模型与处理后的工艺数据绑定，建立飞机装配进度信息模型；最后在此信息模型的基础上，系统根据提取到的组件装配状态对三维简化模型进行渲染展示。
三维模型简化。由机包含的零组件多，为了提高飞机装配进度三维可视化效率，需对三维模型进行简化处理。先对飞机装配结构进行简化，再对简化后的飞机装配结构中的组件进行外形简化和轻量化处理。
工艺数据的处理。飞机装配是按照装配工艺进行的，同时装配任务与工艺规程是一一对应的，因此需要将一部分工艺信息映射为静态生产信息，以实现对动态生产信息的管理。生产信息由静态生产信息和动态生产信息共同构成。
飞机装配进度信息模型建立。先按一定的规则将三维简化模型同飞机装配静态生产信息关联起来，而装配过程产生的信息可根据映射关系关联到三维简化模型，从而实现将生产信息与三维简化模型关联起来。
装配进度展示。装配进度展示是根据组件的装配状态，对组件三维简化模型进行渲染展示，以实现用三维简化模型展示飞机装配进度。在飞机装配进度展示时可以展示车间的装配进度和某一个组件的装配进度。整个飞机装配进度三维可视化过程涉及的关键技术有三维模型简化、基于三维简化模型的飞机装配进度信息模型建立以及组件装配状态提取。本文主要针对这3方面进行研究。
2.2 数字化测量技术
飞机装配贯穿设计、生产、试验等全过程，是系统性非常强的专业。以往采取复杂型架定位、夹紧零部件实现飞机装配的方法，已不能满足新一代飞机的装配质量、生产进度及运行安全等各方面越来越高的需求。近年来采取的数控设备、机器人、激光定位等先进的装配技术，利用数字化测量手段，对工艺设备、加工参数进行自动优化，装配过程保质保量，成为了飞机数字化制造业中的关键技术。数控自动钻铆系统、工业机器人，被有效、广泛的应用到飞机零件与机身的连接装配中。装配工装、钻铆设备、跟踪测量系统等，在结构、功能方面的统一，实现了系统装配的自动化，有效提高了技术标准，减少了制造周期，降低了生产成本，增加了经济利益。进行3000r/min转速的旋转；此时的接收器，会接收一定的激光，从而实现对于角度的测量。设备优化的组合，可以得到测量点的坐标。该技术测量的精度，主要由其发射器的数量决定。第三种技术，是为了满足不同机型、同一机型不同部位对于装配精度的差异化需求，对激光雷达、室内GPS等各项技术进行的综合应用。
2.3 自动钻铆技术
目前自动钻铆系统柔性工装主要有两种：一种是与专用的柔性工装设备结合，比如机翼壁板自动化铆接装配行列式柔性工装，该工装设备开敞性好，通过数控系统调控可以实现大型飞机机翼壁板和翼梁自动化铆接装配；另一种是提高自动钻铆系统本身装备柔性，如为应对波音商用飞机机身段单侧表面超过1200个大孔径复合材料铆接装配孔而设计的轻量级可移动拆装的自动钻铆一次装配系统，该装配系统可一次性完成多种机身段表面孔的铆接装配，保证装配质量。在发展上述自动钻铆系统柔性工装的同时，柔性工装正向着低成本化方向发展，比如机器人自动钻铆系统通过减少甚至消除工装专用设备达到工装无型架装配，大大降低了装配成本。托架系统作为自动钻铆机的重要组成部分，担负着飞机壁板的支撑、夹紧、移动、定位等作用，在进行部件连接自动钻铆托架变形分析与误差补偿主要基于CATIAV5平台的二次开发功能，根据变形数据进行变形补偿工艺编制、加工编程和数控铆接。针对实际工程的需要，对变形主要因素、次要因素进行分析（由于托架垂直方向变形影响最大，可作为变形影响主要因素），建立起可应用于工程所需要的变形模型，利用多次调平、迭代优化的思想建立起托架变形补偿算法，为自动钻铆调平提供有效的数据支持，最后对变形补偿数据进行处理，建立自动铆接数据库，实现数据的自动统计、分析、优化，从而提高铆接质量和加工效率。托架系统变形分析与误差补偿技术的技术难点在于空间多自由度不同姿态下的误差补偿，针对这一技术难点，可以通过力学分析，利用空间坐标转换关系搭建关于托架系统变形的计算模型，采用多次调平与迭代优化的思想建立面向空间柔性多姿态的托架变形补偿算法，为托架变形误差补偿提供数据支持。
3、结语
数字化装配是飞机装配技术的发展方向，对其研究具有非常重要的理论意义和工程应用价值。研究和发展数字化装配技术，不仅要攻克数字化装配各项子技术，更要对各项数字化装配子技术进行集成，还需打通数字化装配技术与其他飞机数字化制造技术之间的数据流。明确数字化装配技术应用范体系，并建立与之相适应的工艺过程和组织模式，尽可能地提高数字化装配技术的工程应用价值。
参考文献
[1] 邹方，薛汉杰，周万勇，许国康.飞机数字化柔性装配关键技术及其发展[J].航空制造技术，2006，09：30-35.
[2] 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.
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