飞机数字化装配技术发展现状.pdf

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1、飞机数字化装配技术发展现状陈文亮，潘国威，丁力平(南京航空航天大学机电学院，南京210016)I摘要】近年来，随着飞机制造技术的不断发展，以数字化、柔性化为特征的飞机先进装配技术已成为航空制造企业的发展追求。基于数字量协调技术，已突破飞机制造过程中自动化的工艺规划、检测、定位、制孔和铆接等技术，实现了飞机制造的自动化装配。关键词：飞机装配；工艺规划；定位；制aL；铆接；集成控制DOI：10．16080巧．issnl671—833x．2016．08．026陈文亮南京航空航天大学机电学院教授，博士生导师。主要从事飞

2、机自动化装配技术及装备研究。飞机产品结构复杂、零件数目较多、协调关系复杂，使得飞机装配工作占飞机制造的50％。60％【l。2】。飞机装配涉及大量工装设备，装配环节较多且工艺要求较高，因此，飞机装配是整个飞机制造过程中的关键和核26航空制造技术·2016年第8期心。为了改善传统装配工装准备周期长、柔性差和占用空间多等缺点，国内外航空制造研究机构及企业，已经开展了大量关于飞机数字化柔性装配技术的研究工作。近年来，以波音、空客为代表的欧美先进航空企业在飞机装配领域取得了长足的进步。在波音777、波音787、A380、

3、F一22和F一35等机型的研制过程中大量使用了数字化设计技术、柔性化装配工装技术、自动化钻铆技术、数字化检测技术等，大大提高了飞机的装配效率，有效保证了装配质量[3-4]o飞机先进装配技术及装备是保证飞机研制质量与效率的关键环节。对飞机产品而言，无论是组件、部件还是大部件的数字化装配过程，其关键装配环节都可以简化为【5】：工件定位装夹、制孔、铆接(螺接)、检测等过程，即由以下若干关键技术与装备组成：(1)工艺规划技术与仿真。(2)数字化测量技术与装备。(3)柔性装配工装技术与装备。(4)自动制孔技术与装备。(5

4、)自动钻铆技术与装备。(6)复杂集成控制技术与装备。随着军民用飞机需求的增加，国外飞机制造厂商对飞机装配生产线进行了研究，提出了飞机脉动装配生产方式刚，具有生产效率高、自动化程度高及装配过程流畅等优点。同时，随着智能制造技术的发展，以数字化为基础的飞机智能装配技术也应运而生¨J。为保证飞机数字化装配工作的顺利进行，追赶国外先进航空制造企业的脚步，我国航空制造科研院所及企业应逐个突破上述关键技术，研制相关技术装备，为我国飞机数字化装配技术的发展奠定理论基础，提供装备支持。工艺规划技术与仿真飞机装配过程中急需对装配

5、工艺进行合理规划，优化装配系统布局。同时，飞机装配过程存在结构尺寸大、装配装备密集、装备类别繁多、操作空间狭小等特点，需要开展装配干涉、人机工程等仿真分析，从而提高飞机装配效率，减少干涉发生【8】。因此，对飞机装配过程中工艺的合理性规划可有效解决飞机装配工艺设计的一系列问题，保证飞机装配质量和装配效率。飞机装配工艺规划与仿真主要包括：(1)建立飞机装配仿真模型，生成装配指令并优化。在装配仿真模型中，构建装配系统布局的性能评价体系。针对装配工艺方案，以数字量为基础进行装配协调，建立飞机装配系统仿真模型，生成飞机装

6、配指令并对指令进行相应优化【9】。(2)基于离线仿真分析。自动钻铆系统等自动化设备越来越广泛地应用在飞机装配过程中，需要将工艺信息转化成设备能识别并执行的指令信息，基于离线仿真分析的组件装配数控代码规划能有效地解决装配工艺向数控装配指令的转化过程。(3)飞机装配三维可视化仿真。建立装配过程的三维可视化交互虚拟环境。分析产品的可制造性、可达性、可拆卸性和可维护性，并生成相应的分析报告和工艺文件，为自动钻铆、柔性定位等数字化装配手段和工具的应用提供技术支撑。(4)人机仿真。人机仿真分为工人运动路径的仿真和位姿调整的

7、仿真。模拟飞机装配过程中工人运动路径及位姿调整，对工人在生产线中的操作可达性和难易程度进行仿真验证，修改和优化工艺流程和系统布局，以达到高效、精确装配的目的。数字化测量技术与装备飞机装配中依赖测量系统提供精准的测量数据来保证装配精度，高精度的测量技术与装备也是实现飞机装配过程中工件定位、蒙皮制孑L、连接和对接等的基础。飞机装配过程中采用基于数字化测量技术不但可以提升飞机装配的质量，而且更适应上层的飞机数字化设计，从而将传统模拟量传递方式改变为以数字量为基础的传递方式。目前，在飞机数字化装配中应用较为广泛的数字化

8、测量系统主要有激光跟踪仪、iGPS(indoorGPS)和数字照相测量系统[1010(1)激光跟踪仪测量技术。由于激光跟踪仪具有测量距离远、精度高等显著优点，其在国内各航空主机厂得到广泛的应用。近年来，通过将激光跟踪仪与手持无线测头、手持激光扫描系统等结合，对装配工装进行数字化测量和精确定位安装，通过光学目标点数字化设计和激光跟踪仪站点优化大大拓展了激光跟踪仪在装配定位领域的应用范围。