飞机数字化装配技术发展与展望

飞机数字化装配技术发展与展望

刘民勇

中航西安飞机工业集团股份有限公司   陕西西安    710089

摘要：航空工业正在朝着精度，效率高，成本低和柔性化发展。零件数量不断增加，精度要求不断提高。制造过程中的微小偏差和波动，以及装配过程的基本特征，都可能严重影响产品性能，降低性能，导致高能耗。飞机部件作为组装模型的数字组装涉及测量，调试和控制。在自动化和数字化领域，来自清华，浙江大学和中国航空技术研究所的代表开发了数字装配技术，以满足下一代飞机装配要求。

关键词飞机数字化；装配技术；发展趋势

飞机数字化装配技术的发展趋势包括飞机设计、零部件制造、自动钻铆、互换协调、先进的数字测量和检测、计算机软件等先进的技术和设备，它是高科技的，是机械、控制、电子等管理和信息化领域的多学科一体化。由于飞机装配复杂性和精度，柔性装配已成为数字飞机装配技术的重要组成部分，智能飞机装配技术已成为飞机装配技术的新发展方向。飞机智能装配技术的研究将为中国航天企业提升智能装配制造水平发挥重要作用。

一、现代飞机装配工艺技术现状

现代飞机装配技术包括制造零件和部件并将其成品半成品的组装。这是一个完整的，复杂的和重要的装配。在装配中，对技术要求很高，装配后有检查过程，以保证装配质量。设计和装配过程需要大量投资和高科技。飞机在中国的国防和安全中发挥着非常重要的作用，其装配受到国家和人民重视。

1.非模块化技术装配。规划分配这些组件可以在组件之间轻松组装，组装成大型组件，上交总部组装，此方法的实现技术增加了组件之间的依赖关系。在装配过程中，装配线长、复杂、混乱，飞机的质量得不到保证。与发达国家相比，中国在飞机装配技术方面存在巨大差距。由于时间和人力的限制，飞机零部件的装配效率相对较低，质量明显低于发达国家。

2.缺乏机械设备。在装配过程中，大部分工作都是手动完成的，较多缺乏机械设备，生产率在很大程度上取决于人工完成。由于装配过程中缺乏大量的机械设备，手动操作会严重影响飞机组装过程的质量，在飞机运行过程中造成严重的损失。

3.工作人员的工作量是巨大的。由于工人在飞机装配中要求很高，工人的劳动强度也高，生产需求增加，机械设备水平低，工人的劳动强度增加。此外，飞机部件的高重量大大增大了运输工人的劳动力，增加了工作时间。使用起重机有效地节省了人力和零件的加工时间，提高了飞机的装配效率。

二、飞机数字化装配关键技术分析

国外现代飞机装配充分利用了轻量化生产的理念，采用了多种数字化装配技术，提高了工作效率和质量。

1.装配协调及容差分配。该技术的应用可以有效地提高飞机装配的精度和产品质量，在产品的装配和生产中，传统的装配技术只能归功于生产组织的经验。由于公差不能明确满足技术设计要求，难以保证产品质量。通过数字装配技术，该技术通过数学统计和计算机辅助，根据技术要求，为每个轴建立了相应数量的元件和模块，质量特征和公差分布的数据库。多次调整公差匹配，确定合适的公差和装配顺序，优化公差匹配，最终找到最佳的公差匹配方案，以降低装配成本，提高装配质量。

2.三维模型。在工艺准备和组织协调应用，可以通过工装，制造数字量流程实现，并且可以在飞机的整个装配过程中进行监控。装配工艺的设计和布局的合理性和准确性影响着产品质量和生产效率。传统的2D图形存在许多质量缺陷，如无法提前检测到装配缺陷，这大大限制了生产，不符合新产品开发周期的要求。在装配工艺设计中，采用D/A和D/A工艺设备，合理设计装配工艺，有效规划装配轨道和装配形式，可以最大限度地提高不合格设计对设计实施问题的影响和解决方案。通过避免返工和废料产生，大大提高了运营效率，缩短了开发周期并降低了开发成本。

3.工艺仿真。飞机设计过程的一个重要方面是建模技术，当使用计算机建模技术对施工过程进行建模时，将显示施工计划，并检测决策和平台构建中的不合理。主要过程通常包括3D布局环境的设计和仿真。包含与3D坐标系对应的所有物理位置的物理坐标系信息。现场模拟分析提供了实用的装配解决方案和合适的平台，将整个设备规划过程视为飞机的一部分，并将平台用作物理装配资源。在建模的基础上，可以解决装配中的潜在问题，实施流程优化和资产分配，高精确装配实现目标。

4.柔性装配。其工业的趋势是柔性装配技术，其中包括激光跟踪和系统集成对接系统。大多数飞机零部件的系统是飞机制造中最主要的问题之一，系统过程的特点是尺寸，数量和精度。结合装配的质量保证、效率和精度的提高以及大型工程设计的类似特点，应用数字装配技术不仅可以降低成本，提高最终质量，还可以解决其中的一些问题。

三、飞机智能化装配的关键技术

1.智能装配技术。用于飞机的数字设计技术，将用户需求和开发人员的产品设计集成到ITS产品的虚拟模型中，在装配产品和构建模块时考虑到各个表面的分离。产品功能模型根据模型和知识进行分析和优化，以满足用户的需求，并在整个过程中最大限度地降低技术风险。

2.虚拟现实建模技术。使用基于技术分析的现有建模方法，尝试调整感知和视觉现实，优化整个施工过程，并确保整个施工过程的协调实施。新系统的智能人机界面可以自主修改，是智能设计的标志。

3.设计和制造智能工装和设备。装配过程的自动和智能化需要特殊的智能处理器。装配过程必须完全机械和自动化。在此基础上，系统和设备，设备和人员通过与嵌入式系统的连接构成了智能组装的基础。

4.在线控制和监控技术。通过将传感器、RFID和工业物联网添加到现有的数字测量中，可以创建一个覆盖整个装配过程的数字测量和监控网络，以实时捕获、控制、分析和评估装配过程。

在深入分析技术在实践中的应用和技术发展趋势预测的基础上，分析了飞机数字化装配技术，以期在提高产品质量和生产效率的基础上，促进飞机数字化装配技术的进步和改进，促进中国航空工业的结构。

参考文献：

[1]胡奇聪.基于本体的飞机数字化柔性装配工艺模型[J].锻压装备与制造技术，2021，50(5):105-109.

[2]侯文波.飞机机身装配工艺及仿真技术研究[J].军民两用技术与产品，2022，(4):9.

[3]李芳.基于MBD的飞机数字化装配工艺设计及应用研究[J].现代工业经济和信息化，2021，6(21):89-90.