關(guān)于飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造技術(shù)之研究

關(guān)曉玲

摘? 要：為進(jìn)一步提升飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造質(zhì)量與效率，提出加強(qiáng)對(duì)飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造技術(shù)應(yīng)用的建議。文章在闡述飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，結(jié)合當(dāng)下飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造中存在的主要問題，從工裝柔性化，數(shù)字化以及研制速度等方面對(duì)工裝設(shè)計(jì)制造主要技術(shù)類型與應(yīng)用要點(diǎn)等進(jìn)行分析。

關(guān)鍵詞：航空產(chǎn)業(yè);飛機(jī)工裝;設(shè)計(jì)制造;技術(shù)研究

中圖分類號(hào)：V262.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）17-0143-02

Abstract： In order to further improve the quality and efficiency of aircraft tooling design and manufacturing， some suggestions are put forward to strengthen the application of aircraft tooling design and manufacturing technology. On the basis of expounding the related contents of aircraft tooling design and manufacture， in combination with the main problems existing in aircraft tooling design and manufacture， from the flexibility of tooling， the main technical types and application points of tooling design and manufacture are analyzed in terms of digitization and development speed.

Keywords： aviation industry; aircraft tooling; design and manufacture; technical research

新時(shí)期下，我國(guó)在國(guó)際中的競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力不斷提升，航空行業(yè)的發(fā)展規(guī)模也相應(yīng)拓展，這對(duì)飛機(jī)型號(hào)與功能提出更多樣化的要求。國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919的試飛成功，給我國(guó)航空產(chǎn)業(yè)的發(fā)展增強(qiáng)了信心，也為這一產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，指明了方向，如一些核心技術(shù)，我國(guó)工程師已經(jīng)攻克，就剩下急需改進(jìn)。若在現(xiàn)存飛機(jī)工裝模式下對(duì)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)，限制條件眾多，很容易誘發(fā)多種問題。在飛機(jī)工裝制造期間，生產(chǎn)準(zhǔn)備周期較長(zhǎng)、制造成本較高、生產(chǎn)占地面積較寬廣，在多種因素的影響下，會(huì)對(duì)新機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量形成負(fù)面影響。正因如此，本文結(jié)合飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造中存在的主要問題，分析成因，探究相應(yīng)的處理措施。

1 飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造的主要內(nèi)容分析

剛度小、規(guī)格大、制作要求較高等是飛機(jī)結(jié)構(gòu)的主要特征，為保證飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造的精確度、協(xié)調(diào)性，在生產(chǎn)實(shí)踐中，對(duì)大型成套工藝裝備體現(xiàn)出較高的依賴性，同時(shí)需要投入大量的人力，物力與財(cái)力，且研發(fā)周期相對(duì)較長(zhǎng)，制作成本較高。新時(shí)期下，國(guó)內(nèi)很多生產(chǎn)航空主機(jī)的廠家接受了研發(fā)多種型號(hào)飛機(jī)產(chǎn)品的訂單，這就需要及時(shí)扭轉(zhuǎn)現(xiàn)存的工裝研制模式、工業(yè)設(shè)備設(shè)施功能落后的工作現(xiàn)狀，更有效的迎合新型號(hào)機(jī)型生產(chǎn)制造需求[1]。目前國(guó)際主流的航空飛機(jī)技術(shù)都被美國(guó)的波音公司和歐洲空客公司所壟斷，前段時(shí)間波音公司的一架飛機(jī)失事后，國(guó)際航空制造業(yè)對(duì)波音公司的技術(shù)產(chǎn)生了質(zhì)疑，這就給我國(guó)飛機(jī)制造行業(yè)提供了難得的發(fā)展機(jī)遇。我國(guó)大飛機(jī)制造企業(yè)就應(yīng)果斷抓住這一發(fā)展機(jī)遇，加大研發(fā)力度，實(shí)施技術(shù)攻關(guān)，最終讓中國(guó)制造的大飛機(jī)飛上藍(lán)天，并順利走向世界。

2 飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造中存在的主要問題

2.1 研發(fā)過程中的瓶頸

國(guó)內(nèi)參與航空主機(jī)生產(chǎn)的主要廠家因?yàn)樾枰獙?duì)數(shù)個(gè)不同型號(hào)機(jī)型進(jìn)行同步生產(chǎn)研發(fā)，造成較多繁瑣的工裝設(shè)計(jì)制造任務(wù)不能按合同中規(guī)定的期限內(nèi)完成，技術(shù)裝備部門無法具備滿足現(xiàn)實(shí)發(fā)展需求的生產(chǎn)能力。在產(chǎn)品生產(chǎn)實(shí)踐過程中，新工裝設(shè)計(jì)制造逐漸演變成較為明顯的瓶頸。這主要是因?yàn)楫a(chǎn)品新型號(hào)繁多、工裝綜合設(shè)計(jì)尚未達(dá)到較高技術(shù)水平與效率以及技裝部門不具備較高的生產(chǎn)制造能力。由于國(guó)內(nèi)機(jī)械行業(yè)的整體加工工藝還需要改進(jìn)，零部件的量化生產(chǎn)還需要時(shí)間，這就無形之中增加了我國(guó)航空主機(jī)研發(fā)與生產(chǎn)的投入成本，這是一個(gè)連鎖的反應(yīng)，只有在源頭上改進(jìn)機(jī)械設(shè)備行業(yè)，生產(chǎn)出適合航空主機(jī)需要的零部件，才能開展下一步的研發(fā)與設(shè)計(jì)。

在國(guó)外，飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造基本達(dá)到了數(shù)字化水平，而國(guó)內(nèi)僅僅是采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，和發(fā)達(dá)國(guó)家還存在較大距離。工裝設(shè)計(jì)依據(jù)不完善的體驗(yàn)式數(shù)字化模型產(chǎn)品與數(shù)字樣機(jī)，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中未能將CAE技術(shù)應(yīng)用到零件可成型性分析、型架剛度指標(biāo)測(cè)算等領(lǐng)域中，通常依照過往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行，造成生產(chǎn)中需數(shù)次調(diào)整工裝設(shè)計(jì)流程與方案[2]。故此，國(guó)內(nèi)航空行業(yè)在研發(fā)設(shè)計(jì)軟件的開發(fā)進(jìn)程也需要進(jìn)一步優(yōu)化，在依賴計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，積極引進(jìn)國(guó)際先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，購買數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件，提升國(guó)內(nèi)飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造的數(shù)字化與信息化程度，提升飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造的精確度，來促進(jìn)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)理念的更新?lián)Q代。

2.2 工裝結(jié)構(gòu)缺乏完善性

我國(guó)采用的多數(shù)飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造方法起源于前蘇聯(lián)，和西方航空企業(yè)相比較，國(guó)內(nèi)工裝特別是裝配型架，在生產(chǎn)制造中需要占據(jù)較大面積，生產(chǎn)周期較長(zhǎng)，故而整機(jī)的生產(chǎn)準(zhǔn)備周期會(huì)拖延，生產(chǎn)制造成本會(huì)增加。并且在傳統(tǒng)裝配型架上安設(shè)了很多定位件，為保證定位的精度，通常需要激光準(zhǔn)直儀、電子經(jīng)緯儀等專用設(shè)備的輔助，這會(huì)拖延安裝時(shí)間，降低效率。前蘇聯(lián)解體后，俄羅斯繼承了蘇聯(lián)的飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造方法，這種設(shè)計(jì)方法一度在國(guó)際上領(lǐng)先，但隨著俄羅斯經(jīng)濟(jì)發(fā)展出現(xiàn)了停滯，飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造方法的更新?lián)Q代逐漸跟不上國(guó)際的發(fā)展步伐，故此，我國(guó)在學(xué)習(xí)俄羅斯飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造方法的基礎(chǔ)上，還應(yīng)吸收美國(guó)、歐洲的最新的設(shè)計(jì)制造方法，對(duì)這些方法進(jìn)行批判性吸收，最終成為國(guó)產(chǎn)化技術(shù)，早日實(shí)現(xiàn)擁有自主產(chǎn)權(quán)，并在國(guó)際領(lǐng)域申請(qǐng)專利保護(hù)。

2.3 工裝設(shè)計(jì)水平普遍偏低

當(dāng)下，國(guó)內(nèi)飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)水平滯后性顯著，效率偏低，減縮生產(chǎn)準(zhǔn)備周期、生產(chǎn)出人們期許的飛機(jī)產(chǎn)品，能在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行工裝生產(chǎn)制造，是眾多飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造企業(yè)發(fā)展過程中需突破的重難點(diǎn)。但是當(dāng)下國(guó)內(nèi)多數(shù)工裝研制長(zhǎng)期沿用較為傳統(tǒng)的串行模式，事實(shí)上就是各個(gè)部門依照固定流程進(jìn)行生產(chǎn)作業(yè)，為強(qiáng)化不同工藝流程之間的協(xié)調(diào)性，模擬量這一較為落后方法占據(jù)了主導(dǎo)地位。國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)與制造，是一個(gè)系統(tǒng)化工程，需要一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間周期，只有提升工裝設(shè)計(jì)水平，才能縮短施工工期，早日將中國(guó)制造的大飛機(jī)飛上藍(lán)天。

3 飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造技術(shù)

3.1 飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造的柔性化

時(shí)代在發(fā)展，社會(huì)在進(jìn)步，歐美等很多發(fā)達(dá)國(guó)家的航空企業(yè)在飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)與制造工裝過程中加大了對(duì)柔性裝配技術(shù)的應(yīng)用力度，該種技術(shù)的合理應(yīng)用，能明顯減縮正常準(zhǔn)備時(shí)間，壓縮飛機(jī)工裝的制造費(fèi)用，協(xié)助飛機(jī)制造企業(yè)獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。從某種程度上分析，飛機(jī)工裝柔性化制造為一類性能較為成熟、高端的制造技術(shù)。柔性裝配工裝是柔性裝備體系中的重要內(nèi)容，主要利用產(chǎn)品數(shù)字量尺寸協(xié)助系統(tǒng)規(guī)范性運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)裝備模塊的智能化、重組化。與此同時(shí)，該種工裝設(shè)計(jì)制造技術(shù)應(yīng)用期間無需專用裝配夾具或型架的輔助，明顯降低飛機(jī)工裝的制造成本，壓縮了飛機(jī)工裝生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間。

例如，空客公司于1996年為a302制造的工裝，其最大的特征是能夠迅速調(diào)整結(jié)構(gòu)與功能，進(jìn)而迎合不同裝配對(duì)象的裝備需求，降低大量工裝制造周期與成本的同時(shí)，也能減縮生產(chǎn)用地面積。柔性工裝可以是“多點(diǎn)陣成型真空吸附式”萬能柔性工裝系統(tǒng)，還可以是“行列式高速柱陣”式工裝， 在型架設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域可以應(yīng)用快速調(diào)整的機(jī)構(gòu)，進(jìn)而迎合多樣化裝配對(duì)象的裝配需求。普通型架具有多個(gè)立柱，每個(gè)立柱上設(shè)有數(shù)個(gè)定位件，柔性型架的立柱、定位件，部分情況下底座均是可移動(dòng)或調(diào)整的構(gòu)件[3]。波音公司也不例外，也擁有先進(jìn)的設(shè)備制造工裝，優(yōu)化設(shè)計(jì)過程，降低制造成本，縮短生產(chǎn)周期，但由于前段時(shí)間的波音失事，一些專家對(duì)波音的技術(shù)有懷疑，但實(shí)際上波音公司的一些技術(shù)仍然比較先進(jìn)，我國(guó)完全可以吸收利用。

3.2 飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造的數(shù)字化

飛機(jī)工裝制造的數(shù)字化涵蓋飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計(jì)，制造與檢測(cè)三項(xiàng)內(nèi)容。其中，工裝數(shù)字化設(shè)計(jì)具體是指在三維數(shù)字化環(huán)境內(nèi)能落實(shí)對(duì)工裝結(jié)構(gòu)零構(gòu)件設(shè)計(jì)，數(shù)字化與裝配設(shè)計(jì)工作任務(wù);工裝數(shù)字化制造具體是指在數(shù)字化設(shè)計(jì)工裝模型，數(shù)字化加工設(shè)備儀器等協(xié)助下，對(duì)工裝的關(guān)鍵屬性型面，互換協(xié)調(diào)交點(diǎn)進(jìn)行加工與裝配;工裝數(shù)字化檢測(cè)是利用數(shù)字化檢測(cè)設(shè)備設(shè)施對(duì)數(shù)字化設(shè)計(jì)，制造工裝進(jìn)行檢測(cè)的過程。在飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)與制造過程中，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用有效的完善了飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)、制造流程，具體體現(xiàn)在如下幾方面：（1）調(diào)整了工藝裝備的設(shè)計(jì)制造形式，三維數(shù)字量將傳統(tǒng)技術(shù)中的實(shí)物樣本模擬量取而代之，這在很大程度上能降低工裝數(shù)目，省略了模型樣板、標(biāo)準(zhǔn)樣件、工裝制造樣板等物件。（2）目前，數(shù)控加工與安裝技術(shù)在工藝裝配生產(chǎn)制造領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用，其有效的扭轉(zhuǎn)了以往工裝制造分工、生產(chǎn)形式、作業(yè)程序、組織管理等模式。新時(shí)期下，國(guó)內(nèi)航空制造企業(yè)廣泛應(yīng)用了模擬量傳導(dǎo)的協(xié)調(diào)體系，同時(shí)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)樣件、模線樣板的結(jié)構(gòu)特征與功能，連續(xù)優(yōu)化了飛機(jī)制造企業(yè)工裝制造的組織體系，該體系在建設(shè)過程中始終以專業(yè)分工為原則。（3）數(shù)字化技術(shù)在飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造中的應(yīng)用，能持續(xù)拓展各項(xiàng)數(shù)字化設(shè)計(jì)制造軟件，制造設(shè)備設(shè)施的應(yīng)用范疇，明顯提升了資源配置的科學(xué)性，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)專業(yè)分工過程中存在的不足，整體提升工作效率。

3.3 工裝的快速研制

工裝的快速研制是當(dāng)下我國(guó)飛機(jī)主機(jī)廠迫切需處理的問題，該技術(shù)在減輕當(dāng)下工裝設(shè)計(jì)制造工作壓力與解除生產(chǎn)瓶頸問題等方面體現(xiàn)出重要價(jià)值。飛機(jī)工裝的快速研發(fā)包括工裝的快速設(shè)計(jì)與快速制造兩方面，工裝的快速設(shè)計(jì)能夠從多個(gè)維度著手，但在工裝設(shè)計(jì)過程中，各類數(shù)據(jù)庫的建設(shè)與完善是提升工裝設(shè)計(jì)工作整體效率的一個(gè)簡(jiǎn)單、有效的方法，其涵蓋標(biāo)準(zhǔn)件庫的建設(shè)與完善、相關(guān)工藝數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建、工裝特異性結(jié)構(gòu)庫的研發(fā)等。

在開發(fā)數(shù)據(jù)庫的實(shí)踐中，應(yīng)全面分析當(dāng)下工裝設(shè)計(jì)主流平臺(tái)的功能與作用，采用多樣化方式促使不同系統(tǒng)能和CATIA之間建立緊湊的銜接關(guān)系。在工裝的快速制造過程中，首要步驟是對(duì)當(dāng)下工裝的特異性結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析與歸納，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化研究，針對(duì)這些標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)有針對(duì)性的進(jìn)行預(yù)加工制造，這樣當(dāng)接收到產(chǎn)品訂單以后就能在短時(shí)間內(nèi)完成加工、裝配等工序。此外，當(dāng)下很多技裝公司（工廠）在主機(jī)廠內(nèi)沒有將自身價(jià)值充分體現(xiàn)出來，工裝設(shè)計(jì)制造技術(shù)改造與相關(guān)工作尚未開展進(jìn)行，設(shè)備設(shè)施更新?lián)Q代速率和其他分廠之間的差距不是一星半點(diǎn)的。在這樣的情景下，應(yīng)加大對(duì)技裝公司發(fā)展資金的投入力度，及時(shí)更新設(shè)備設(shè)施，為工裝制造能力提升創(chuàng)造基礎(chǔ)。

4 結(jié)束語

綜合全文，結(jié)合當(dāng)下情況，國(guó)內(nèi)飛機(jī)制造企業(yè)的工裝設(shè)計(jì)制造技術(shù)還缺乏完善性、成熟度，在后續(xù)實(shí)踐中不斷提升技術(shù)水平。與此同時(shí)，加大資金投入力度，保證相關(guān)設(shè)備設(shè)施更新的時(shí)效性，為技術(shù)含量更高的飛機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供強(qiáng)大的設(shè)備資金保障，全面提升飛機(jī)工裝設(shè)計(jì)制造能力，為我國(guó)航空制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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