飛機(jī)裝配過(guò)程技術(shù)研究

魏巍

摘 要：飛機(jī)制造工程是一個(gè)以裝配生產(chǎn)為重點(diǎn)的復(fù)雜系統(tǒng)工程。自20世紀(jì)以來(lái)，飛機(jī)裝配過(guò)程中的測(cè)量檢測(cè)技術(shù)經(jīng)歷了從“定性檢測(cè)、事后檢驗(yàn)”到“定量測(cè)量、實(shí)時(shí)跟蹤”的轉(zhuǎn)變。隨著飛機(jī)裝配向智能化邁進(jìn)，飛機(jī)裝配過(guò)程的技術(shù)也越來(lái)越熟練，基于此，本文主要對(duì)飛機(jī)裝配過(guò)程技術(shù)進(jìn)行研究，希望通過(guò)本文的分析研究，給行業(yè)內(nèi)人士以借鑒和啟發(fā)。

關(guān)鍵詞：飛機(jī);裝配過(guò)程;技術(shù)

引言

眾所周知，裝配和安裝是飛機(jī)制造過(guò)程中非常重要的部分，約占飛機(jī)制造總工作量的50%～60%，與一般機(jī)械制造中裝配和安裝占的勞動(dòng)量相比，高出了10%～15%，而飛機(jī)裝配所花費(fèi)時(shí)間約占全機(jī)制造周期的40%以上。飛機(jī)的最終性能指標(biāo)很大程度上由飛機(jī)大部件的裝配精度決定。但由于飛機(jī)部件的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造誤差控制難度較高，飛機(jī)裝配過(guò)程中又會(huì)涉及到人員、工藝、質(zhì)量、設(shè)備和管理等多個(gè)方面的因素，以及目前缺乏對(duì)裝配制造質(zhì)量、人員技術(shù)水平、生產(chǎn)設(shè)備狀態(tài)等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的有效分析方法和統(tǒng)計(jì)手段，過(guò)分依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的傳統(tǒng)分析方法，已經(jīng)難以適應(yīng)日益復(fù)雜的企業(yè)制造需求。飛機(jī)的部件裝配車間一般有很多生產(chǎn)線，并設(shè)有多個(gè)生產(chǎn)班組。在裝配過(guò)程中，不同的班組需要使用各種工裝、工具和設(shè)備。不同的生產(chǎn)線需要完成不同部件的裝配，每種部件的裝配往往包含上百道工序，其工藝流程相似。由于航空產(chǎn)品直接面向需求，以客戶為導(dǎo)向，航空制造企業(yè)在產(chǎn)品需求、交貨時(shí)間、產(chǎn)品質(zhì)量等方面都必須滿足客戶的需求。因此，由于各個(gè)生產(chǎn)線間存在著資源共享、資源競(jìng)爭(zhēng)等現(xiàn)象，使得對(duì)裝配時(shí)間的優(yōu)化變得更加復(fù)雜。為了提高飛機(jī)部件裝配生產(chǎn)線的裝配效率，需要對(duì)整個(gè)飛機(jī)部件裝配線進(jìn)行建模，為飛機(jī)部件裝配線的分析和優(yōu)化提供依據(jù)。

1飛機(jī)裝配中應(yīng)用數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)

飛機(jī)裝配中應(yīng)用數(shù)字化測(cè)量系統(tǒng)主要是以下幾個(gè)方面：首先是激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)。激光跟蹤系統(tǒng)是基于飛機(jī)制造以及裝配的空間坐標(biāo)，采用激光跟蹤器對(duì)定位的物質(zhì)進(jìn)行跟蹤測(cè)量。在飛機(jī)制造和裝配工程中，該技術(shù)主要是用來(lái)跟蹤飛機(jī)裝配以及制造過(guò)程中對(duì)其外形的測(cè)量，對(duì)飛機(jī)制造、裝配過(guò)程中的零件定位。目前多數(shù)飛機(jī)生產(chǎn)制造廠家均采用了該技術(shù)對(duì)飛機(jī)零件進(jìn)行空間定位，定位之后激光跟蹤測(cè)量?jī)x器對(duì)飛機(jī)零件數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接工作。該技術(shù)的應(yīng)用可以全程對(duì)飛機(jī)制造以及裝配過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)，完成飛機(jī)大部件對(duì)接裝配工作。其次是室內(nèi)GPS測(cè)量系統(tǒng)。室內(nèi)GPS測(cè)量系統(tǒng)是基于區(qū)域GPS技術(shù)延伸出來(lái)的一種測(cè)量準(zhǔn)確性高、速度較好的系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常是由若干個(gè)紅外線激光脈沖發(fā)射器以及測(cè)量傳感器等部件組成的。該測(cè)量系統(tǒng)開始測(cè)量時(shí)，利用三邊測(cè)量原理建立三維坐標(biāo)體系實(shí)施測(cè)量。通過(guò)傳感器來(lái)信號(hào)，同時(shí)利用轉(zhuǎn)換器將到的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換，從而使得計(jì)算機(jī)可以確定被測(cè)量物體的實(shí)時(shí)位置。國(guó)內(nèi)較多的飛機(jī)生產(chǎn)制造企業(yè)將該測(cè)量技術(shù)作為飛機(jī)制造和裝配過(guò)程中主要的測(cè)量技術(shù)，在波音737NG系列等飛機(jī)的總對(duì)接中，都采用了此測(cè)量技術(shù)。在737MAX系列部件對(duì)接中，該室內(nèi)測(cè)量技術(shù)應(yīng)用的更加成熟，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)對(duì)接裝配。

2質(zhì)檢模板構(gòu)建方法

質(zhì)檢模板構(gòu)建方法主要是裝配檢測(cè)工程中，不同的裝配件和裝配體結(jié)構(gòu)與檢驗(yàn)指標(biāo)不同，如外形偏差指標(biāo)、間隙指標(biāo)和干涉指標(biāo)等，實(shí)現(xiàn)檢驗(yàn)的算法也有較大差異，因此提出了質(zhì)檢模板的概念。質(zhì)檢模板是質(zhì)量檢測(cè)過(guò)程中連接點(diǎn)云數(shù)據(jù)和理論模型的檢測(cè)工具，它包括理論模型的部分結(jié)構(gòu)、質(zhì)檢指標(biāo)及檢測(cè)算法描述，以便完成自動(dòng)質(zhì)檢工作，不同的點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)檢模板不同，相同點(diǎn)云數(shù)據(jù)質(zhì)檢類型不同時(shí)，質(zhì)檢模板也不相同。

3飛機(jī)裝配點(diǎn)位坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)

飛機(jī)裝配點(diǎn)位坐標(biāo)測(cè)量技術(shù)主要涉及以下幾個(gè)方面：首先是激光雷達(dá)測(cè)量技術(shù)。激光雷達(dá)是20世紀(jì)80年代末興起的非接觸測(cè)量設(shè)備，在雷達(dá)技術(shù)的基礎(chǔ)上結(jié)合了激光技術(shù)，使工作波段擴(kuò)展到紅外光、可見(jiàn)光和紫外光。激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是一個(gè)采用球坐標(biāo)系測(cè)量系統(tǒng)的非相干、連續(xù)波激光測(cè)距機(jī)。測(cè)量時(shí)，儀器向被測(cè)目標(biāo)投射激光束，并根據(jù)反射回的光線計(jì)算出目標(biāo)點(diǎn)的空間位置。激光雷達(dá)設(shè)備工作時(shí)，紅外激光器將同時(shí)發(fā)射兩束激光，一束投射向被測(cè)目標(biāo)，另一束投射到內(nèi)部校準(zhǔn)光纖。通過(guò)比較兩束激光間的頻率差，即可得到兩束激光的時(shí)間差，紅外激光器與目標(biāo)點(diǎn)間的絕對(duì)距離可以通過(guò)時(shí)間與距離的關(guān)系計(jì)算得到。球坐標(biāo)系中目標(biāo)點(diǎn)的仰角和方位角分別由激光雷達(dá)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)頭和反射鏡獲得，最后通過(guò)直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，計(jì)算得到被測(cè)目標(biāo)點(diǎn)的空間三維坐標(biāo)。激光雷達(dá)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度比較高，無(wú)需靶標(biāo)系統(tǒng)，其10m范圍內(nèi)測(cè)量精度在0.1mm左右，并在國(guó)際航空制造企業(yè)中有了成熟的應(yīng)用，例如，波音787機(jī)身段、起落架艙門和機(jī)翼蒙皮切割，以及空客A380機(jī)翼、機(jī)身段、機(jī)翼根部、鈑金件、發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣罩等大尺寸飛機(jī)部件的裝配測(cè)量。其次是空間定位測(cè)量技術(shù)?？臻g定位測(cè)量技術(shù)的原理和GPS全球定位系統(tǒng)一樣，但是采用紅外激光代替衛(wèi)星系統(tǒng)的微波信號(hào)，多個(gè)相互獨(dú)立的接收器在接受到兩個(gè)以上發(fā)射器的紅外光信號(hào)后，即可以計(jì)算出每個(gè)接收器的空間位置。空間定位測(cè)量系統(tǒng)工作時(shí)，發(fā)射器在高速旋轉(zhuǎn)的過(guò)程中，投射出兩個(gè)呈一定角度的激光平面。根據(jù)接收器所能接收到的激光信號(hào)，系統(tǒng)能夠?qū)邮掌魉幙臻g點(diǎn)位的水平方位角和垂直方位角進(jìn)行測(cè)量計(jì)算。當(dāng)系統(tǒng)中存在多個(gè)發(fā)射器時(shí)，即可計(jì)算出每個(gè)接受器的空間位置。測(cè)量一個(gè)點(diǎn)所需要的最少發(fā)射器數(shù)量是2個(gè)，發(fā)射器越多，測(cè)量越精確。實(shí)際裝配過(guò)程中，激光發(fā)射器發(fā)出的脈沖激光覆蓋整個(gè)工作區(qū)域，工作區(qū)域的每一個(gè)位置點(diǎn)均將置于激光覆蓋區(qū)域內(nèi)部，空間定位測(cè)量系統(tǒng)能夠?qū)@些點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。

4微位移測(cè)量系統(tǒng)

微位移測(cè)量系統(tǒng)主要是針對(duì)飛機(jī)裝配過(guò)程中，工裝關(guān)鍵特征因飛機(jī)零件、工裝部件以及人工操作遮擋而無(wú)法檢測(cè)的問(wèn)題，考慮工裝各定位器自身結(jié)構(gòu)特征以及裝配過(guò)程中的操作規(guī)程，開發(fā)微位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，整合工裝原有關(guān)鍵特征，設(shè)計(jì)分布式監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)以及相應(yīng)的傳感布局，并建立分布式監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)與工裝原有關(guān)鍵特征關(guān)聯(lián)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)分布式節(jié)點(diǎn)、還原工裝原有關(guān)鍵特征的目的。微位移測(cè)量系統(tǒng)由多套電渦流位移傳感器構(gòu)成。針對(duì)工裝定位器結(jié)構(gòu)特性以及不同的測(cè)量需求，設(shè)計(jì)可安裝傳感器陣列的測(cè)量架，使用多個(gè)傳感器對(duì)工裝定位器上關(guān)鍵特征進(jìn)行監(jiān)測(cè)，保證測(cè)量的全面、快速及準(zhǔn)確性。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，飛機(jī)智能裝配是航空工業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)、在線測(cè)量支撐智能裝配的基石。飛機(jī)裝配過(guò)程各項(xiàng)技術(shù)有效利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)裝配過(guò)程質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估與仿真，從而指導(dǎo)操作人員對(duì)裝配過(guò)程做出及時(shí)的調(diào)整與修正，減少裝配出錯(cuò)返修時(shí)間，相比直接利用理論模型進(jìn)行裝配仿真更具有優(yōu)勢(shì)，對(duì)于提高裝配的效率具有重要意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳曉芳.數(shù)字化測(cè)量技術(shù)及系統(tǒng)在飛機(jī)裝配中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016（30）：115.

[2]張連環(huán).數(shù)字化測(cè)量技術(shù)在飛機(jī)裝配中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2016（15）：157+160.