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飞机柔性装配方法发展现状及其具体运用

时间:2020-06-28 来源:科学技术创新 本文字数:5139字
作者:王明明 单位:航空工业哈尔滨飞机工业集团有限责任公司

  摘    要: 飞机柔性装配方法逐渐应用到我国的飞机工装装配中,帮助装配操作人员更加精确地完成飞机总装工作,真正实现数字化控制以及自动化装配,显着提升飞机装配速率和安装效率。

  关键词: 柔性装配; 飞机装配; 应用研究;

  本文对飞机柔性装配工作进行概述,分析了目前我国柔性装配方法应用的现状以及柔性装配技术,阐述了柔性装配方法在装配工作中的实际应用。

  1 、飞机装配工作概述

  1.1、 飞机装配工作内容

  飞机装配工作严格遵守装配过程的尺寸型号以及协调章程,在整个飞机装配的过程中,会将数以百计的工艺设备零部件根据工艺要求以及设计技术要求进行组合和镶嵌,完成整个飞机零部件和设备的装配和整机流程,达到组装飞机的目的。在飞机装配中涉及到的零件数目多且尺寸各不相同,每一个零件和形状和连接部件数量多且精度要求高,对安装的准确度和完整性也严格要求,因此落实飞机装配工作需要耗费大量的人力物力以及财力。

  在传统的飞机装配过程中单纯依靠某个零件的尺寸加工以及零件精确度是很难完成组装工作的。随着飞机装配工作的进步,装配工作逐渐从原来的传统装配工艺变成柔性装配工艺,利用柔性装配能很好地满足飞机装配过程中零件的镶嵌以及设备的组装,替代以往传统装配的周期长成本高的缺点,显着提升了飞机装配的工作质量以及工作效率[1]。

  1.2、 飞机柔性装配概述

  1.2.1 、飞机柔性装配工作内容

  飞机装配从传统装配过渡到柔性装配后工作内容以及装配方法技术也发生了本质的变化,在飞机柔性装配过程中首先需要进行设计和项目运行结构的调试,在针对飞机的每一个设备以及每一步安装操作进行审核准备后再开始集中装配工作,飞机柔性装配需要根据飞机设计师的设计图纸和装配流程进行整理归纳,保证整个飞机柔性装配工作符合设计要求以及质量标准,在完成一系列的装配工作后还需要对装配((转转下下页页))的零件和设备进行优化调试,保证装配方式的成功和装配方法的合理。
 

飞机柔性装配方法发展现状及其具体运用
 

  除此以外在飞机柔性装配的整个过程中,装配技术人员需要提前对柔性装配的每一个设备和步骤进行计算机仿真模拟操作,对每一步工作进行测试和分析,保证飞机柔性装配流程的完整性和可靠性,比如对装配的工装以及制孔操作进行可行性分析以及质量测试,确保飞机柔性装配的参数稳定和合理运行。

  1.2.2、 飞机柔性装配工作特点

  飞机柔性装配工作有三个主要特点,首先是飞机柔性装配工作中通常不采用整体骨架结构,装配设计工人一般主张使用结构离散化对装配骨架进行调试,确定柔性化装配的通用谈条件,同时会在飞机柔性装配过程中使用定位元件,满足装配设备离散化的布局要求。其次,飞机柔性装配的原件模块都处于同一板块中,通过集中的模块实现设备和零部件的支撑定位以及收紧工作,满足结构设备的自动控制要求。模块之间可以自动控制,满足不同区域质检的位置关系和要求,因为自动调整的过程能逐步满足装配件的定位要求,所以保证了飞机柔性装配的精确度和安装质量。飞机柔性装配最后的特点是元件也能实现自动化控制,仿照模块的自动控制关系,柔性装配元件在位置调节方面均采用快速工装定位,满足柔性安装的精确度要求。

  1.2.3、 飞机柔性装配工作模式

  飞机柔性装配的工作模式有两种,分别是直接法和间接法。直接法是指在飞机柔性装配的定位单元调整到位以后在将装配件安装上架并完成定位和夹紧工作,通过直接定位的办法完成装配件定位的参数控制。一般飞机柔性装配直接法主要适用于飞机气动外形的零部件或者机翼机身的壁板等设备零件的装配。

  间接法是指先上架后调整,区别于飞机柔性装配直接法,间接法是先把装配件安装上架,然后再逐步调整定位位置,确保定位单元连接的准确性,通常间接法需要借助外部的测量工具以及测量方法才能完成零部件参数的获取。比如在飞机翼身的对接过程中需要使用间接法,通过实施的测量点数据和位置参数确定工装的定位位置,保证飞机上下反角的性能参数符合设计要求和质量标准。

  2 、飞机柔性装配方法应用现状

  2.1、 我国目前飞机柔性装配存在的问题

  飞机柔性装配工作在我国还处于初期使用阶段,因为在飞机柔性装配的工作中需要保证每一步操作都要协调配合,比如飞机的工艺设计、工装设计以及产品设计都要协调,部门与部门之间需要完成参数的校对以及数据比对,需要耗费大量的时间和精力,无形中增加了飞机工装设计的成本以及延长了工装设计时间,不利于大规模的生产以及使用。

  此外,在飞机柔性装配的过程中还需要完成局部的数字化传递工作才能减少在飞机柔性装配过程中的误差损失以及设计损耗,一般的飞机柔性装配自动化生产过程中会使用到数字化测量技术,因为数字化测量技术的成本较高,同时应用推广还未全面,因此只能在飞机柔性装配过程中实现局部验证和部分使用,很难实现技术创新突破。

  2.2 、飞机柔性装配发展趋势

  我国目前的飞机柔性装配项目无论是在技术层面还是质量方面都与国外的装配工装技术存在一定的差距,而主要的发展距离体现在两个方面。首先飞机柔性装配项目的设计过程中涉及到的参数以及运行指标较多,在同一技术项目中参数的大小和柔性装配的运行机制还是存在明显的差距,国内大部分的飞机柔性装配系统都只能在一定程度上降低参数的误差值,但是很难做到完全精准和数据无误差。此外,在国内的飞机柔性装配工艺中缺乏结构性的系统和数字装配技术,所谓数字装配技术就是涉及到飞机柔性装配的工装数据以及后期检测和维修的参数设计,大部分的工装厂家对于检测技术投入的资金和精力不足,导致在飞机柔性装配项目后期的装配产品结构或多或少存在参数设定不正确或者质量不达标等问题,因此我国的飞机柔性装配检测技术还需要进一步强化。

  2.3 、研究飞机柔性装配方法的意义

  飞机柔性装配对我国的航空工业以及飞行专业有着明显的技术推进作用,在数字化技术以及工业化生产普及的新世纪中,国家对航空工业以及航空装配领域投入的资金不断增加,随着大量航空飞船以及民用飞机和军用飞机的生产,飞机装配技术以及装配项目的质量标准也在不断提高,大部分的装配领域已经逐渐适应数字化设计以及虚拟装配技术加持,所以飞机柔性装配也是其中的一项产物。

  飞机柔性装配不仅能提升飞机在组装过程的精确度,降低装配误差,还能提升装配系统的完整性和准确性,从根本上保证了数字化装配的生产质量规模,为后期继续研究可行性的装配方法以及提升飞机工装的精准度积累了大量经验,推动我国的飞机工装水平以及相关理论知识的发展进步。

  3、 飞机柔性装配方法及在飞机装配中的应用

  3.1 、飞机柔性技术方法

  3.1.1、 飞机柔性装配定位技术

  飞机柔性装配定位技术是利用飞机装配过程中涉及到的梁框和支撑结构件进行自定位组装。一般的飞机柔性装配定位技术能帮助飞机工装的零部件实现自定位或借助光学仪器实现位置跟踪完成定位支撑,能有效减少在飞机组装过程中使用到的装配零部件数量,降低飞机装配中框架的连接件数目和钻孔数目,从本质上降低飞机装配的工装数量且减少材料的消耗。

  但是飞机柔性装配定位技术需要配合精密测量仪器才能完成自定位装配工作。而精密测量仪器需要满足高效率以及高精度的要求,一般在装配定位中使用精密仪器的数量较多,装配孔定位技术包括了自动化制孔以及便携式柔性制孔等技术,能在飞机装配过程中满足大批量结构件的生产和装配,显着提升装配零部件的装配效率,同时借助钛合金等复合材料,满足装配工作中合金以及飞机结构的硬度要求[2]。

  3.1.2、 飞机总装柔性对接技术

  飞机总装柔性对接技术是在总装阶段使用到的一种技术,传统的飞机工装过程中需固定工装平台并且使用精加工平台完成装配工作,而在使用了飞机总装柔性对接技术后利用定位器以及激光跟踪等计算机控制系统取代以往的固定平台,显着提升了装配定位的精准度以及可操作性,满足了更高质量要求的飞机装配工作。同时在使用飞机总装柔性对接技术后能大幅度缩短装配的周期却节省工装费用开支。一般的飞机总装柔性对接技术都需要借助自动定位器,而自动定位器包括柱式、塔式以及混联式。柱式定位器能保证电机在XYZ三维的坐标轴上自由移动,完成多角度的定位和支撑装配工作,而塔式定位器主要借助伸缩机械臂完成飞机工装的支撑和驱动,能承受较大重量的装配零部件。而混联式定位器则是与原始部件连接,利用驱动托架将每一个飞机部件进行姿势调换,满足结构复杂的复合部件的装配。

  3.1.3 、飞机柔性装配自动控制检测技术

  飞机柔性装配自动控制检测技术是在总装过程后完成的一个后工序检测工作技术,它能在最短时间内完成装配部件外形的检测以及调控,满足飞机零部件的装配要求。常用的飞机总装柔性对接技术会对装配成型的产品进行技术检测以及参数预算,包括对装配产品的外形和装配数据指标等进行监控。完成的柔性装配自动控制检测技术会对产品的工装和装配信息进行完成的收纳整合,同时进行数字监控和传递工作,包括飞机装配产品的型号、系统、转配软件等都需要进行数据集成和设备转换,满足柔性平台的工装装配过程的质检检修要求和部件的衔接指标参数标准。

  3.2、 飞机柔性装配方法的装配应用

  3.2.1 、飞机柔性装配在大型部件中的应用

  飞机柔性装配在装配流程中应用广泛,同时涉及的技术要求较高,需要有过硬的柔性设备支撑才能顺利完成装配工作,以往大部分的装配厂家仍然使用标准的装配工装,缺乏创新性和前瞻性,对于飞机柔性装配的生产线建设投资力度十分紧缺,与飞机制造装配等先进国家还存在明显的技术差距和生产差距。飞机柔性装配应用最多的就是在飞机的大型部件装配过程中,涉及到飞机大型不见得装配操作以及模块工装过程,而且需要考虑对大型部件的数字结构定位以及系统编程操作。

  在飞机大型部件的安装过程中管理人员需要将飞机的机身结构进行分散处理,包括对运行参数进行分组分类,确保在单独开展飞机柔性装配工作时结构参数的准确性和可靠性。在大型部件中涉及到的飞机柔性装配有环形装配工装和激光定位追踪,利用柔性装配和定位技术取缔传统的装配型框架,改变以往传统大型部件装配结构复杂以及占地面积大,开敞性不足的问题,更好地完成飞机机身壁板以及机翼等大型部件的工装制造。而飞机柔性装配在大型部件中典型的应用有行列式柔性装配和点阵式柔性装配,工装人员可以根据部件的具体形状或者参数要求使用合适的工装方法。

  3.2.2 、飞机柔性装配在定位打孔中的应用

  飞机柔性装配在飞机结构的定位打孔中应用能显着提高打孔的精确性和打孔速度。在定位打孔过程中需要采用柔性制孔才能提升工装的效率,因为使用飞机柔性装配打孔技术时操作人员需要借助数字化仪器以及精密设备进行孔定位和孔检测,对需要打孔的位置进行提前检测以及数据分析,而精密设备则是利用数字化检测手段对需要打孔的位置进行参数评定以及结构解析,从而在确定打孔位置后再进行整体的结构评估和参数考察,保证装配件打孔的参数符合生产质量要求。

  同时飞机柔性装配还能实现批量化制孔,因为柔性打孔能在多种复合材料以及钛合金材料上进行打孔操作,因此能降低制孔的难度,改变以往传统制孔技术由于材料本身物理材质的限制,真正做到精确定位打孔,提升飞机柔性装配中打孔速度。便携式柔性制孔技术能满足飞机结构隐身以及互换的性能需求,保证飞机使用的安全性和可靠性。比如着名的飞机公司生产的波音客机上使用的地板以及机翼都借助了便携式柔性制孔技术,能显着减少在飞机柔性装配打孔工序中耗费的时间,提升飞机工装装配的效率。

  3.2.3、 飞机柔性装配在总装环节中的应用

  飞机柔性装配在总装环节的应用主要是依靠三种不同的定位器完成总装工作,飞机的总装需要对各个部件的位置参数以及实际连接指标进行严格筛选和考察,而利用飞机柔性装配办法后能借助自动定位器帮助完成精确的总装,减少总装过程的误差。一般在飞机柔性装配的总装环节会只用三种不同的定位器,柱式定位器能在三维坐标轴上进行多角度定位,只需要三台的自动定位器就能满足飞机柔性装配的支撑调整和总装工作,对于需要支撑的部件较重时则可以使用塔式自动定位器进行加持,一般在使用两台柱式自动定位器后可以配合使用塔式定位器,满足在装配过程中大型部件的定位和装配工作。

  而另外一种飞机柔性装配自动定位器则是从结合柱式和塔式两种定位器各自优点设计的,能在定位和支撑过程中满足大型结构部件或者形状复杂的部件的衔接和装配工作。柔性总装涉及到数字化生产以及生产线控制集成,将传统的工装装配系统变成柔性操作平台,完成一系列的数字化装配生产和装配工序。

  综上所述,柔性装配方法能广泛应用到飞机装配中的各个环节,掌握柔性装配的核心技术能更好地推动飞机柔性装配的发展和进步,提升飞机装配的工作效率和部件装配质量。

  参考文献

  [1] 宫平.基于柔性工装的自适应装配[J].科学技术创新,2019(12):44-45.
  [2] 刘博锋.飞机数字柔性装配关键技术及其发展[J].内燃机与配件,2019(22):244-245.

  原文出处:王明明.飞机柔性装配方法在飞机装配中的应用研究[J].科学技术创新,2020(18):17-19.
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