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飛機柔性裝配方法發展現狀及其具體運用

時間:2020-06-28 來源:科學技術創新 本文字數:5139字
作者:王明明 單位:航空工業哈爾濱飛機工業集團有限責任公司

  摘    要: 飛機柔性裝配方法逐漸應用到我國的飛機工裝裝配中,幫助裝配操作人員更加精確地完成飛機總裝工作,真正實現數字化控制以及自動化裝配,顯著提升飛機裝配速率和安裝效率。

  關鍵詞: 柔性裝配; 飛機裝配; 應用研究;

  本文對飛機柔性裝配工作進行概述,分析了目前我國柔性裝配方法應用的現狀以及柔性裝配技術,闡述了柔性裝配方法在裝配工作中的實際應用。

  1 、飛機裝配工作概述

  1.1、 飛機裝配工作內容

  飛機裝配工作嚴格遵守裝配過程的尺寸型號以及協調章程,在整個飛機裝配的過程中,會將數以百計的工藝設備零部件根據工藝要求以及設計技術要求進行組合和鑲嵌,完成整個飛機零部件和設備的裝配和整機流程,達到組裝飛機的目的。在飛機裝配中涉及到的零件數目多且尺寸各不相同,每一個零件和形狀和連接部件數量多且精度要求高,對安裝的準確度和完整性也嚴格要求,因此落實飛機裝配工作需要耗費大量的人力物力以及財力。

  在傳統的飛機裝配過程中單純依靠某個零件的尺寸加工以及零件精確度是很難完成組裝工作的。隨著飛機裝配工作的進步,裝配工作逐漸從原來的傳統裝配工藝變成柔性裝配工藝,利用柔性裝配能很好地滿足飛機裝配過程中零件的鑲嵌以及設備的組裝,替代以往傳統裝配的周期長成本高的缺點,顯著提升了飛機裝配的工作質量以及工作效率[1]。

  1.2、 飛機柔性裝配概述

  1.2.1 、飛機柔性裝配工作內容

  飛機裝配從傳統裝配過渡到柔性裝配后工作內容以及裝配方法技術也發生了本質的變化,在飛機柔性裝配過程中首先需要進行設計和項目運行結構的調試,在針對飛機的每一個設備以及每一步安裝操作進行審核準備后再開始集中裝配工作,飛機柔性裝配需要根據飛機設計師的設計圖紙和裝配流程進行整理歸納,保證整個飛機柔性裝配工作符合設計要求以及質量標準,在完成一系列的裝配工作后還需要對裝配((轉轉下下頁頁))的零件和設備進行優化調試,保證裝配方式的成功和裝配方法的合理。
 

飛機柔性裝配方法發展現狀及其具體運用
 

  除此以外在飛機柔性裝配的整個過程中,裝配技術人員需要提前對柔性裝配的每一個設備和步驟進行計算機仿真模擬操作,對每一步工作進行測試和分析,保證飛機柔性裝配流程的完整性和可靠性,比如對裝配的工裝以及制孔操作進行可行性分析以及質量測試,確保飛機柔性裝配的參數穩定和合理運行。

  1.2.2、 飛機柔性裝配工作特點

  飛機柔性裝配工作有三個主要特點,首先是飛機柔性裝配工作中通常不采用整體骨架結構,裝配設計工人一般主張使用結構離散化對裝配骨架進行調試,確定柔性化裝配的通用談條件,同時會在飛機柔性裝配過程中使用定位元件,滿足裝配設備離散化的布局要求。其次,飛機柔性裝配的原件模塊都處于同一板塊中,通過集中的模塊實現設備和零部件的支撐定位以及收緊工作,滿足結構設備的自動控制要求。模塊之間可以自動控制,滿足不同區域質檢的位置關系和要求,因為自動調整的過程能逐步滿足裝配件的定位要求,所以保證了飛機柔性裝配的精確度和安裝質量。飛機柔性裝配最后的特點是元件也能實現自動化控制,仿照模塊的自動控制關系,柔性裝配元件在位置調節方面均采用快速工裝定位,滿足柔性安裝的精確度要求。

  1.2.3、 飛機柔性裝配工作模式

  飛機柔性裝配的工作模式有兩種,分別是直接法和間接法。直接法是指在飛機柔性裝配的定位單元調整到位以后在將裝配件安裝上架并完成定位和夾緊工作,通過直接定位的辦法完成裝配件定位的參數控制。一般飛機柔性裝配直接法主要適用于飛機氣動外形的零部件或者機翼機身的壁板等設備零件的裝配。

  間接法是指先上架后調整,區別于飛機柔性裝配直接法,間接法是先把裝配件安裝上架,然后再逐步調整定位位置,確保定位單元連接的準確性,通常間接法需要借助外部的測量工具以及測量方法才能完成零部件參數的獲取。比如在飛機翼身的對接過程中需要使用間接法,通過實施的測量點數據和位置參數確定工裝的定位位置,保證飛機上下反角的性能參數符合設計要求和質量標準。

  2 、飛機柔性裝配方法應用現狀

  2.1、 我國目前飛機柔性裝配存在的問題

  飛機柔性裝配工作在我國還處于初期使用階段,因為在飛機柔性裝配的工作中需要保證每一步操作都要協調配合,比如飛機的工藝設計、工裝設計以及產品設計都要協調,部門與部門之間需要完成參數的校對以及數據比對,需要耗費大量的時間和精力,無形中增加了飛機工裝設計的成本以及延長了工裝設計時間,不利于大規模的生產以及使用。

  此外,在飛機柔性裝配的過程中還需要完成局部的數字化傳遞工作才能減少在飛機柔性裝配過程中的誤差損失以及設計損耗,一般的飛機柔性裝配自動化生產過程中會使用到數字化測量技術,因為數字化測量技術的成本較高,同時應用推廣還未全面,因此只能在飛機柔性裝配過程中實現局部驗證和部分使用,很難實現技術創新突破。

  2.2 、飛機柔性裝配發展趨勢

  我國目前的飛機柔性裝配項目無論是在技術層面還是質量方面都與國外的裝配工裝技術存在一定的差距,而主要的發展距離體現在兩個方面。首先飛機柔性裝配項目的設計過程中涉及到的參數以及運行指標較多,在同一技術項目中參數的大小和柔性裝配的運行機制還是存在明顯的差距,國內大部分的飛機柔性裝配系統都只能在一定程度上降低參數的誤差值,但是很難做到完全精準和數據無誤差。此外,在國內的飛機柔性裝配工藝中缺乏結構性的系統和數字裝配技術,所謂數字裝配技術就是涉及到飛機柔性裝配的工裝數據以及后期檢測和維修的參數設計,大部分的工裝廠家對于檢測技術投入的資金和精力不足,導致在飛機柔性裝配項目后期的裝配產品結構或多或少存在參數設定不正確或者質量不達標等問題,因此我國的飛機柔性裝配檢測技術還需要進一步強化。

  2.3 、研究飛機柔性裝配方法的意義

  飛機柔性裝配對我國的航空工業以及飛行專業有著明顯的技術推進作用,在數字化技術以及工業化生產普及的新世紀中,國家對航空工業以及航空裝配領域投入的資金不斷增加,隨著大量航空飛船以及民用飛機和軍用飛機的生產,飛機裝配技術以及裝配項目的質量標準也在不斷提高,大部分的裝配領域已經逐漸適應數字化設計以及虛擬裝配技術加持,所以飛機柔性裝配也是其中的一項產物。

  飛機柔性裝配不僅能提升飛機在組裝過程的精確度,降低裝配誤差,還能提升裝配系統的完整性和準確性,從根本上保證了數字化裝配的生產質量規模,為后期繼續研究可行性的裝配方法以及提升飛機工裝的精準度積累了大量經驗,推動我國的飛機工裝水平以及相關理論知識的發展進步。

  3、 飛機柔性裝配方法及在飛機裝配中的應用

  3.1 、飛機柔性技術方法

  3.1.1、 飛機柔性裝配定位技術

  飛機柔性裝配定位技術是利用飛機裝配過程中涉及到的梁框和支撐結構件進行自定位組裝。一般的飛機柔性裝配定位技術能幫助飛機工裝的零部件實現自定位或借助光學儀器實現位置跟蹤完成定位支撐,能有效減少在飛機組裝過程中使用到的裝配零部件數量,降低飛機裝配中框架的連接件數目和鉆孔數目,從本質上降低飛機裝配的工裝數量且減少材料的消耗。

  但是飛機柔性裝配定位技術需要配合精密測量儀器才能完成自定位裝配工作。而精密測量儀器需要滿足高效率以及高精度的要求,一般在裝配定位中使用精密儀器的數量較多,裝配孔定位技術包括了自動化制孔以及便攜式柔性制孔等技術,能在飛機裝配過程中滿足大批量結構件的生產和裝配,顯著提升裝配零部件的裝配效率,同時借助鈦合金等復合材料,滿足裝配工作中合金以及飛機結構的硬度要求[2]。

  3.1.2、 飛機總裝柔性對接技術

  飛機總裝柔性對接技術是在總裝階段使用到的一種技術,傳統的飛機工裝過程中需固定工裝平臺并且使用精加工平臺完成裝配工作,而在使用了飛機總裝柔性對接技術后利用定位器以及激光跟蹤等計算機控制系統取代以往的固定平臺,顯著提升了裝配定位的精準度以及可操作性,滿足了更高質量要求的飛機裝配工作。同時在使用飛機總裝柔性對接技術后能大幅度縮短裝配的周期卻節省工裝費用開支。一般的飛機總裝柔性對接技術都需要借助自動定位器,而自動定位器包括柱式、塔式以及混聯式。柱式定位器能保證電機在XYZ三維的坐標軸上自由移動,完成多角度的定位和支撐裝配工作,而塔式定位器主要借助伸縮機械臂完成飛機工裝的支撐和驅動,能承受較大重量的裝配零部件。而混聯式定位器則是與原始部件連接,利用驅動托架將每一個飛機部件進行姿勢調換,滿足結構復雜的復合部件的裝配。

  3.1.3 、飛機柔性裝配自動控制檢測技術

  飛機柔性裝配自動控制檢測技術是在總裝過程后完成的一個后工序檢測工作技術,它能在最短時間內完成裝配部件外形的檢測以及調控,滿足飛機零部件的裝配要求。常用的飛機總裝柔性對接技術會對裝配成型的產品進行技術檢測以及參數預算,包括對裝配產品的外形和裝配數據指標等進行監控。完成的柔性裝配自動控制檢測技術會對產品的工裝和裝配信息進行完成的收納整合,同時進行數字監控和傳遞工作,包括飛機裝配產品的型號、系統、轉配軟件等都需要進行數據集成和設備轉換,滿足柔性平臺的工裝裝配過程的質檢檢修要求和部件的銜接指標參數標準。

  3.2、 飛機柔性裝配方法的裝配應用

  3.2.1 、飛機柔性裝配在大型部件中的應用

  飛機柔性裝配在裝配流程中應用廣泛,同時涉及的技術要求較高,需要有過硬的柔性設備支撐才能順利完成裝配工作,以往大部分的裝配廠家仍然使用標準的裝配工裝,缺乏創新性和前瞻性,對于飛機柔性裝配的生產線建設投資力度十分緊缺,與飛機制造裝配等先進國家還存在明顯的技術差距和生產差距。飛機柔性裝配應用最多的就是在飛機的大型部件裝配過程中,涉及到飛機大型不見得裝配操作以及模塊工裝過程,而且需要考慮對大型部件的數字結構定位以及系統編程操作。

  在飛機大型部件的安裝過程中管理人員需要將飛機的機身結構進行分散處理,包括對運行參數進行分組分類,確保在單獨開展飛機柔性裝配工作時結構參數的準確性和可靠性。在大型部件中涉及到的飛機柔性裝配有環形裝配工裝和激光定位追蹤,利用柔性裝配和定位技術取締傳統的裝配型框架,改變以往傳統大型部件裝配結構復雜以及占地面積大,開敞性不足的問題,更好地完成飛機機身壁板以及機翼等大型部件的工裝制造。而飛機柔性裝配在大型部件中典型的應用有行列式柔性裝配和點陣式柔性裝配,工裝人員可以根據部件的具體形狀或者參數要求使用合適的工裝方法。

  3.2.2 、飛機柔性裝配在定位打孔中的應用

  飛機柔性裝配在飛機結構的定位打孔中應用能顯著提高打孔的精確性和打孔速度。在定位打孔過程中需要采用柔性制孔才能提升工裝的效率,因為使用飛機柔性裝配打孔技術時操作人員需要借助數字化儀器以及精密設備進行孔定位和孔檢測,對需要打孔的位置進行提前檢測以及數據分析,而精密設備則是利用數字化檢測手段對需要打孔的位置進行參數評定以及結構解析,從而在確定打孔位置后再進行整體的結構評估和參數考察,保證裝配件打孔的參數符合生產質量要求。

  同時飛機柔性裝配還能實現批量化制孔,因為柔性打孔能在多種復合材料以及鈦合金材料上進行打孔操作,因此能降低制孔的難度,改變以往傳統制孔技術由于材料本身物理材質的限制,真正做到精確定位打孔,提升飛機柔性裝配中打孔速度。便攜式柔性制孔技術能滿足飛機結構隱身以及互換的性能需求,保證飛機使用的安全性和可靠性。比如著名的飛機公司生產的波音客機上使用的地板以及機翼都借助了便攜式柔性制孔技術,能顯著減少在飛機柔性裝配打孔工序中耗費的時間,提升飛機工裝裝配的效率。

  3.2.3、 飛機柔性裝配在總裝環節中的應用

  飛機柔性裝配在總裝環節的應用主要是依靠三種不同的定位器完成總裝工作,飛機的總裝需要對各個部件的位置參數以及實際連接指標進行嚴格篩選和考察,而利用飛機柔性裝配辦法后能借助自動定位器幫助完成精確的總裝,減少總裝過程的誤差。一般在飛機柔性裝配的總裝環節會只用三種不同的定位器,柱式定位器能在三維坐標軸上進行多角度定位,只需要三臺的自動定位器就能滿足飛機柔性裝配的支撐調整和總裝工作,對于需要支撐的部件較重時則可以使用塔式自動定位器進行加持,一般在使用兩臺柱式自動定位器后可以配合使用塔式定位器,滿足在裝配過程中大型部件的定位和裝配工作。

  而另外一種飛機柔性裝配自動定位器則是從結合柱式和塔式兩種定位器各自優點設計的,能在定位和支撐過程中滿足大型結構部件或者形狀復雜的部件的銜接和裝配工作。柔性總裝涉及到數字化生產以及生產線控制集成,將傳統的工裝裝配系統變成柔性操作平臺,完成一系列的數字化裝配生產和裝配工序。

  綜上所述,柔性裝配方法能廣泛應用到飛機裝配中的各個環節,掌握柔性裝配的核心技術能更好地推動飛機柔性裝配的發展和進步,提升飛機裝配的工作效率和部件裝配質量。

  參考文獻

  [1] 宮平.基于柔性工裝的自適應裝配[J].科學技術創新,2019(12):44-45.
  [2] 劉博鋒.飛機數字柔性裝配關鍵技術及其發展[J].內燃機與配件,2019(22):244-245.

  原文出處:王明明.飛機柔性裝配方法在飛機裝配中的應用研究[J].科學技術創新,2020(18):17-19.
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