数字化装配技术及工艺装备在大型飞机研制中的应用

技术协作信息技术探讨与推广针对大型飞机的研制工作标志着我国已经具有较强的自主创新能力，虽然与发达国家相比，在飞机制造方面还存在技术上的差距，但与我国前期的飞机制造技术相比已经有了很大的进展。数字化技术以及智能化技术的快速发展为我国的飞机研制工作提供了更好的技术支持，此外多种先进技术的融入也有效推动了数字化智能装配技术水平的提升，这也意味着大型飞机制造已经实现了智能化发展。为了更好的发挥数字化智能装配技术的应用效果，文中针对当前几种常见的数字化智能装配技术进行分别研究。◎马继声大型飞机研制中的数字化智能装配技术

（作者单位：珠海通用航空研发制造基地）大型飞机被定义为座位超过150，且总重量超出100t的客机或者军民用机。在2015年举行的首次大型飞机下线仪式充分说明了我国已经具备自主研发和制造大型飞机的能力。与小型飞机相比，大型飞机的结构部件更加多样，且构造复杂，在进行装配时要求具备更高的精度，确保装配质量合理的情况下，方能保障飞机的结构安全和飞行性能。在大型飞机的装配工作中，要想达成快速、精准装配的目的，就必须借助数字化智能装配技术对装配过程进行合理控制，从而提升装配的效率与质量，保障大型飞机的生产效率。一、虚拟现实仿真优化技术的应用该技术的应用主要是通过建模的方式，对大型飞机制造的过程中进行模型演练，在虚拟环境中的装配流程是对现实装配作业的真实反馈，此种仿真优化方式，可以通过不断调整技术方法和工艺流程，找出最佳的装配流程，即通过虚拟仿真装配确定装配方案的过程就是虚拟现实仿真优化技术应用的全过程。在借助该项技术进行方案确定时，首先要保障各类模型参数与真实的模型参数呈现出相同的比例关系，也要求模型之间的关系同真实模块装配关系相适应，在保障参数合理与装配路径合理的情况下，才能保障飞机装配的效率与质量，这也是虚拟仿真技术的重要作用。1.大型飞机制造中应用虚拟现实仿真技术的重要作用.（1）提升装配方案设计的合理性。借助虚拟仿真技术，可将飞机装配的相关构件转变为三维可视模型，技术人员可根据装配需求，模拟装配工艺，通过对比多个工艺手段来确定最佳的装配方法，同时系统内部还可实现对装配效果的仿真验证。在此基础上，技术人员可在模型中对装配工艺进行调整，实现对飞机装配过程的有效优化，即可提升装配的效率，还可提升装配质量，对于促进我国的飞机生产水平具有积极意义。（2）降低零件装配误差。大型飞机的零部件较多，对每个零部件的精度都提出了较高的要求，在进行飞机装配的过程中，需保障每个零部件的契合度，才能保证飞机的装配质量，一旦某个零件出现尺寸偏差都可能对飞机的运行安全造成较大影响。基于此，就可应用虚拟技术进行仿真建模，对每个零件的尺寸和各个部件之间的构造关系进行详细分析，这种设计方法可有效弥补二维图纸设计中的不足，有效降低零件装配的误差问题。2.虚拟装配技术的主要内容。（1）装配路径和装配顺序仿真。装配路径是零部件在装配中的运动轨迹，装配顺序用于描述产品装配过程，它是由产品中零件的功能和结构特征及其它们之间的几何关系决定的。在虚拟装配仿真环境中动态直观地对其装配路径和装配顺序进行仿真，可通过直接观看，实时发现装配过程中明显的空间干涉和碰撞情况，及时调整路径和顺序，达到保护零部件和提高装配效率的目的。（2）人机工程仿真。应用达索系统数字制造解决方案DELMIA系统中的“人机工程”子系统可对装配过程进行可达性检测、可见性检测、作业空间和合理舒适性检测。主要考察零部件是否处于可装配操作的范围之内，且装配作业是否符合人体的需要。（3）碰撞、干涉检查和分析。干涉检测方式包括动态干涉检测和静态干涉检测。除了装配路径干涉检验，碰撞、干涉检查还包括零部件问干涉和间隙体积计算等，通过对装配仿真过程的视觉观察，可以发现零部件明显的工艺结构问题，而通过对DELMIA系统所提供的分析工具的应用，则可对间隙不合乎工艺等问题进行进一步的定量化计算和详细分析。二、专用智能装配工艺装备该技术的应用可以实现对相关装配任务的自动化控制，在实际装配操作时，只需要在系统中输入相关的装配指令，便可自主分析装配作业环境以及相关的装配知识，以规范的流程开展装配工作。在大型飞机的研制工作中，智能装配工艺装备技术已经成为重点研究内容，同时也是促进飞机装配工艺向智能化和自动化发展的重要技术内容。为了确保飞机装配工作的自动化发展，应积极采用机器人技术、自动化装备以及自动化技术，借助多种先进技术的有效融合来代替人工装配方式，这不仅能提升装配的质量与效率，还可节约大量的人工成本，对于促进飞机制造行业的发展具有积极意义。分析钻铆技术来说，借助机器人来代替人工钻铆方式，可以借助机器人的灵活性快速调整钻铆位置，有效改善了人工钻铆作业的局限性，保障钻铆环节的快速完成。国内对于大飞机智能装配工具的研究与开发进展迅速，中航工业北京制造工程研究所、西北工业大学、北京航空航天大学、浙江大学等高校与科研单位均开展了卓有成效的研究工作。针对构建的硬件平台完成了包括集成管理系统、测量系统和控制系统在内的软件开发与集成，并对系统的性能进行了测试。试验系统涉及的若干关键技术已成功应用于多项国家重点型号工程，大幅提高了飞机装配的质量和效率。三、飞机智能生产线的建设国际与国内市场对于大型飞机的需求量不断增加，传统的固定站位式生产方式易导致生产面积大、装配人员活动距离大、产品周转慢以及总装周期长等问题。为适应现代飞机的制造要求，提高飞机的生产率和质量，国外飞机制造商对飞机装配生产线作了重大研究，脉动生产线或移动生产线等智能总装技术应运而生，已经在国外飞机的总装生产中得到应用，成为提高大飞机生产效率的重要发展趋势。脉动装配线是建立在如精益思想和方法、柔性制造理论、大规模定制生产理论、数字制造、自动化和智能制造等现代先进制造理论和管理思想基础上的新型装配技术。具体有以下几个特点：飞机在装配过程中不是固定在一个地方，而是移动的；飞机按照次序分别经过各个装配小组；在规定的时间内，装配小组完成规定的装配任务；必要的装配工艺装备也与飞机同步移动；据客户的需求，飞机的移动速度可以进行调整；根据飞机的移动速度可以计算得出飞机完成装配的时间节点。窑窑

倍息技术　

数字化技术在飞机制造工艺装备中的应用　

工装设计所　李继红　

［内容摘要】从数字化技术在飞机制造中的应用　入手．结合制造业的先进技术——并行Ｉ程的Ｉ作方　法．论述７并行Ｉ程技术在Ｉ装数字化技术中的应　用：根据生产实践，概括了Ｉ装数字化技术的Ｉ作流　程．并对Ｉ装数字化技术的Ｉ作模式进行７描述；对　Ｉ装数字化技术中的信息管理提出了自己的看法，权　供各方面参考。　关键词　飞机制造工艺装备　Ｉｔ￣４：￥ｔ：４ｔ　

１引言　当今，世界各国飞机制造业都面临着激烈、尖锐　的市场竞争。如何缩短飞机制造周期，提高制造质量，　降低生产成本．增强对市场的应变能力已成为航空界　普遍关注和研究的重大课题。飞机作为一种机械产品　与一般的机械产品有很大差别，具有曲面多、结构形　状复杂、零件数量多、尺寸大、尺寸配合关系多、协调　关系复杂、制造精度要求高等特点。为保证产品的制　造精度和互换性．长期　来．飞机生产在传统上采用　以模拟量传递尺寸为主要特征的制造技术体系。这种　体系存在诸多弊端，影响飞机生产的进一步发展和提　高。为此，２０世纪７０年代　来，各国飞机制造业开始　竞相采用以数字量传递尺寸为主要特征的制造技术　体系来进行技术改造。这种体系利用计算机生成或经　反复协调后生成数字化产品信息模型，再据此进行工　艺设计、工装设计，利用数控设备等数字化生产手段　进行工装和产品零件的直接加工、质量检验、组合安　装和测试。这种　计算机数字化信息模型进行传递的　技术体系就是通常所说的ｃＡＤ／ｃＡＭ／ｃＡＩ（计算机　辅助设计—ＣＯＭＰＵＴＥＲ　ＡＩＤＥＤ　ＤＥＳＩＧＮ，计算机　辅助制造一ＣＯＭＰＵＴＥＲ　ＡＩＤＥＤ　ＭＡＮＵＦＡＣ－　ＴＵＲＩＮＧ．计算机辅助检测一ＣＯＭＰＵＴＥＲ　ＡＩＤＥＤ　ＩＮＳＰＥＣＴＩＯＮ）一体化技术，在先进工业国家的飞机　制造行业已在不同程度上得到应用并获得成功。　飞机制造用工艺装备（简弥工装）数字化技术是　采用数字量传递方法，即ＣＡＤ／ＣＡＭ／ＣＡＩ技术．　飞机产品的数学模型为依据，利用计算机设计出工装　三维实体模型，用数控加工的方法制造工装零、组件，　并利用计算机辅助测量技术进行工装的安装与检测。　它是一种先进的工装设计、制造、安装与检测的一体化　集成新技术。数字化技术相对于原有的模拟量传递制　造方法是一个质的飞跃，它的发展应用对飞机制造业　具有革命性的影响。　由于我国航空制造工程受传统制造方法影响较　深，工装数字化技术起步较晚，因而在工装数字化技术　应用中问题较多。即使有的企业在国外飞机零部件转　包生产中应用了这一技术，也是探索性的．局部的，很　不成熟。缺乏对工装数字化技术的全面了解，实践中缺　少科学的、系统的理论作指导．也没有相应的规范、标　准可遵循，整个制造过程显得比较紊乱，条理不清。尤　其是在数字量传递与模拟量传递两种体系并存的情况　下。如何进行综合分析，合理选取实物模拟量，　缩短　工装研制周期，提高工装的协调准确度，更是必需解决　的首要问题。　本文将针对我国飞机制造业中工装数字化技术的　应用现状．从实际出发，吸收国外先进的工装数字化技　术成果，结合制造业的新技术、新思想，总结数字化技　术在飞机制造中的应用．在分析产品数字化定义、工装　并行工程工作环境的基础上，对数字化工装技术进行　综合论述，总结工装数字化技术的工作内容，希望能为　今后的实际工作提供参考。　２　数字化技术在飞机制造业中的应用　数字化技术在飞机制造业中的应用可以简单地归　纳为四个方面，即产品的数字化定义，数字化预装配，　数字化制造与检测及工装数字化技术。　２．１产品数字化定义　产品数字化定义是指产品设计过程中，利用计算　机技术定义产品的物理、加工和管理的特征。　ＣＡＤ应用技术的发展过程大致可分为三个阶　段　第一阶段使用计算机（软件）完成各种复杂的设计　计算，如气动力学计算，结构的强度及刚度计算等；第　二阶段是几何设计阶段，完成曲线、曲面轮廓的放样设　计，并经由绘图机输出；随着ＣＡＤ技术的发展和完　

大飞机数字化装配关键技术及其应用

宋利康;朱永国;刘春锋;曾天

【摘 要】为满足大型飞机的数字化研制需求,对大型飞机数字化装配的主要关键技术进行了研究.对面向MBD的装配工艺仿真与数字化协调、装配仿真优化与在线装配仿真、三维装配工艺数据可视化、板件数字化自动钻铆的配套技术等大飞机数字化装配技术及其工程应用进行了重点分析,提出了各关键技术的解决方案.

【期刊名称】《航空制造技术》

【年(卷),期】2016(000)005

【总页数】7页(P30-35,51)

【关键词】飞机;装配;铆接;MBD;仿真

【作 者】宋利康;朱永国;刘春锋;曾天

【作者单位】中航工业江西洪都航空工业集团有限责任公司,南昌 330024;中航工业江西洪都航空工业集团有限责任公司,南昌 330024;南昌航空大学航空制造工程学院,南昌 330063;中航工业江西洪都航空工业集团有限责任公司,南昌 330024;中航工业江西洪都航空工业集团有限责任公司,南昌 330024

【正文语种】中 文

飞机装配技术发展经历了手工装配、半自动装配、自动装配和数字化装配等几个发展阶段。目前，数字化装配技术已在全球兴起，已在包括我国在内的多个国家得到初步应用，取得了一定的成效。数字化装配技术不仅包括装配仿真、数字化工艺制定、数字化柔性工装等，而且是数字化自动钻铆和集成控制等多种技术的综合应用。数字化装配技术将模拟量传递变革为数字量传递[1]。20世纪80年代开始，国外先进航空制造企业初步将数字化装配技术运用于飞机制造中。美国EI公司将机器人自动钻削系统用于波音F/A-18E/F的机翼后缘襟翼的制孔和锪窝。德国宝捷公司研发了用于飞机货舱门制孔的机器人装配系统。空客将电磁铆接和柔性装配工装进行集成，实现了翼梁大型构件的自动化铆接装配[2]。航空航天产品制造逐步采用基于模型的定义（Model-Based Definition，MBD）技术进行数字化设计与建模[3]，利用MBD技术将工艺、工装、检测、质量等信息集成到产品的三维实体模型中，并将该三维实体模型作为生产、制造、检验等的唯一数据源，在不同的部门之间进行共享和共用[4-6]。数字化装配技术对飞机装配效率、装配质量的提高作用已日益凸显出来，并驱动研究机构对其进行更广泛的研究和更深入的应用。大飞机具有尺寸大、零件数量多、装配精度高、协调过程复杂、装配周期长等特点。当前，我国大飞机的研制已取得阶段性的进展（C919大型客机首架机正式下线），但数字化装配水平仍有待提高，为保证大飞机装配精度，提高装配效率，缩短制造周期，在后续设计定型、批产过程中，数字化装配技术应用还需加强和完善[7]。为此，针对大飞机研制需要，本文从面向MBD的数字化装配工艺设计、数字化装配过程仿真、三维装配工艺数据的现场应用和板件数字化自动钻铆方面，研究大飞机研制中亟待解决的数字化装配技术，并提出关键技术的解决方案和应用方法。

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飞机柔性装配方法在飞机装配中的应用

作者：刘洋

来源：《中国新技术新产品》2015年第18期

摘 要：随着我国经济的快速发展以及科技水平的不断提高，我国航空工业步入了高速发展期。飞机装配是飞机制造中的重要环节，其中随着科技的进步，数字化柔性装配的应用已经成为了现代飞机装配的重要方式。飞机柔性装配技术是一种能够与飞机的快速研制与生产相适应且具有较低的成本和快速的生产速度以及模块化可重组的装配技术，其通过科技的发展，将生产自动化、数字化以及集成化的生产方式应用于飞机装配中，在提高飞机装配速度的同时提高了装配的质量，是今后飞机装配发展中的一个主要发展方向。

关键词：飞机；柔性装配；测量技术

中图分类号：V262.4 文献标识码：A

飞机装配是飞机制造中的重要环节，随着科技的进步，国外大型飞机制造商应用新科技突破了传统的装配方法，通过采用基于单一产品数据源的数字量尺寸协调体系，并同采用装配仿真和虚拟现实技术等虚拟制造技术和并行工程来对大飞机的装配过程予以优化，并通过采用柔性装配方式来对大飞机进行自动化装配，从而极大的提高了飞机的装配效率与质量，是今后一段时间内飞机装配发展的重点。

1 飞机柔性装配技术简介

柔性装配技术是在电子、自动化技术的基础上发展起来的一种对于飞机快速研制需求相适应的低成本且能进行模块化装配的飞机装配技术，其结合了数字化、自动化的优点，将飞机装配模拟应用于飞机的制造中，提高了飞机装配的精确度。相较于传统的飞机装配技术，柔性装配突破了以往的固定的、刚性的不足，使得装配向着自动化、数字化等的方向发展，对于飞机的装配有着十分重要的意义。柔性装配技术最早是应用于播音777飞机的装配中的，通过采用柔性装配技术，在飞机的装配中采用三维模拟的方式进行预装配和并行工程，在提高飞机装配速度同时降低了装配成本，现今，柔性装配技术被应用于各大飞机制造商的飞机装配中。