基于數(shù)字化環(huán)境下的飛機(jī)總裝集成檢測技術(shù)研究與應(yīng)用

李 濱

陜西飛機(jī)工業(yè)有限責(zé)任公司 陜西 漢中 723213

1 前言

中型運(yùn)輸機(jī)及特種飛機(jī)的批量化生產(chǎn)要求在產(chǎn)量呈數(shù)量級增長的同時必須保證其質(zhì)量的一致性，總裝作為飛機(jī)結(jié)構(gòu)對接、系統(tǒng)安裝、系統(tǒng)調(diào)試及集成測試的唯一環(huán)節(jié)，決定了其質(zhì)量及產(chǎn)量。然而，在現(xiàn)有飛機(jī)的總裝現(xiàn)場卻易產(chǎn)生安裝精度超差、系統(tǒng)測試故障等問題?；谛畔⒒h(huán)境下的數(shù)字化集成檢測關(guān)鍵技術(shù)，通過設(shè)計研發(fā)數(shù)字化平尾測量與對接控制系統(tǒng)、大部件移動與自適應(yīng)定位系統(tǒng)、大范圍移動和自動導(dǎo)航的調(diào)姿對接系統(tǒng)和整機(jī)線纜、管路和氣密檢測裝備，解決了大部件對接人工調(diào)姿效率低、精度差，線纜檢測故障識別難度大等問題，并應(yīng)用于大中型運(yùn)輸機(jī)、特種飛機(jī)等多種型號飛機(jī)的總裝生產(chǎn)過程中，提升飛機(jī)總裝裝配效能和質(zhì)量。

2 大部件對接誤差在線測量與自適應(yīng)精準(zhǔn)控制

2.1 飛機(jī)大部件對接裝配過程實(shí)時測量

關(guān)鍵特征是材料、零部件的特征中，對產(chǎn)品的協(xié)調(diào)性影響最大的特征。關(guān)鍵特征的變動直接影響產(chǎn)品的裝配成功率和產(chǎn)品的性能。大部件結(jié)構(gòu)關(guān)鍵特征變動與其裝配過程中的數(shù)字量尺寸傳遞路線密切相關(guān)，而其裝配組成環(huán)中每個零件關(guān)鍵特征尺寸的變動，將導(dǎo)致結(jié)構(gòu)關(guān)鍵特征發(fā)生偏移。在飛機(jī)大部件對接裝配過程中，首先確定裝配過程整體外形關(guān)鍵特征，并在此基礎(chǔ)上，研究整體外形測量與檢測技術(shù)，在選定外形測量方式前提下，構(gòu)建異形部件整體測量場，實(shí)時測量異形部件空間位置坐標(biāo)，通過計算關(guān)鍵特征點(diǎn)位置信息，對比最終位姿調(diào)整狀態(tài)數(shù)據(jù)，建立誤差反饋機(jī)制，實(shí)時傳遞位姿調(diào)整狀態(tài)信息。

根據(jù)三維數(shù)字化裝配工藝模型，明確飛機(jī)大部件對接的關(guān)鍵測量點(diǎn)，綜合考慮現(xiàn)有數(shù)字化測量設(shè)備和測量技術(shù)特點(diǎn)，選擇合適的測量設(shè)備進(jìn)行裝配現(xiàn)場布局，建立三維檢測模型，從而獲得面向飛機(jī)大部件對接的測量工藝流程。在飛機(jī)大部件數(shù)字化裝配測量現(xiàn)場，根據(jù)測量工藝流程，在飛機(jī)設(shè)計坐標(biāo)系下，對飛機(jī)大部件對接過程中每個待測特征點(diǎn)進(jìn)行數(shù)字化檢測，繼而進(jìn)行多源檢測數(shù)據(jù)融合分析處理，檢驗(yàn)飛機(jī)大部件裝配準(zhǔn)確度，并實(shí)時反饋給飛機(jī)柔性裝配工裝控制系統(tǒng)。

通過采用多軸聯(lián)動控制技術(shù)和激光測量技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)平尾位姿調(diào)整、評價、定位，完成平尾與機(jī)身尾段的對合，并滿足平尾對接孔精加工過程中平尾自身的穩(wěn)定性。同時，滿足垂尾翼尖至平尾翼尖水平測量點(diǎn)測量，以及垂尾與機(jī)身對接孔加工、背鰭對合部位工作需求。

大部件數(shù)字化對接裝配系統(tǒng)應(yīng)包括各個部件調(diào)姿定位子系統(tǒng)，各部件的數(shù)字化定位過程如下:

(1)根據(jù)部件數(shù)模及工藝接頭位置，調(diào)姿定位系統(tǒng)完成支撐數(shù)控定位器的自動化工作配置；

(2)部件實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)入位；

(3)部件姿態(tài)測量；

(4)部件定位系統(tǒng)根據(jù)部件當(dāng)前姿態(tài)及其目標(biāo)姿態(tài)自動調(diào)整；

(5)對組件姿態(tài)進(jìn)行測量評價；

(6)調(diào)姿完成后，按照預(yù)定義的對接路徑完成部件對接；

(7)結(jié)合高精度的數(shù)字化測量、精確的數(shù)字化定位工藝裝備(數(shù)控定位器)的協(xié)調(diào)運(yùn)動，保障組件定位的準(zhǔn)確性、可靠性、高效率；

(8)數(shù)字化定位的入位方式很簡單，能自動適應(yīng)組件支撐點(diǎn)的位置變化，可大幅度地降低裝配應(yīng)力，降低工人勞動強(qiáng)度；

(9)采用數(shù)字化調(diào)姿定位方式，取消了大量的外形卡板、定位孔等固定工裝，簡化了裝配系統(tǒng)，保證了裝配操作的開闊性、舒適型和安全性；

(10)在裝配過程中，如果需要對部件進(jìn)行移位操作(如試對接、測量間隙或修配量、清理毛刺、涂膠等)，可隨時通過組件調(diào)姿定位系統(tǒng)對組件進(jìn)行保姿態(tài)移位和復(fù)位，大幅度地提高裝配效率，降低工人勞動強(qiáng)度；

(11)裝配過程中能通過數(shù)字化測量系統(tǒng)實(shí)時掌握組件位置和姿態(tài)變化，為工藝決策提供依據(jù)。

2.2 多源檢測數(shù)據(jù)融合

針對飛機(jī)平尾姿態(tài)調(diào)整的方法，主要采用三個數(shù)控定位器與激光跟蹤儀配合完成測量、調(diào)姿及對合。飛機(jī)大部件對接過程中的多源檢測數(shù)據(jù)融合是對組合式測量方法中位于固定位置或移動平臺上的多個同類或異類測量設(shè)備接收器的實(shí)時檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)被測對象的精確定位調(diào)姿。多源檢測數(shù)據(jù)融合的實(shí)質(zhì)是按照一定的規(guī)律和準(zhǔn)則，將數(shù)據(jù)通過分析處理，轉(zhuǎn)換到統(tǒng)一的飛機(jī)設(shè)計坐標(biāo)系下進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化和綜合處理，從而產(chǎn)生更為準(zhǔn)確、可靠的數(shù)據(jù)信息。

2.3 基于檢測數(shù)據(jù)的數(shù)字化裝配過程自適應(yīng)控制

針對大部件對接時柔性定位調(diào)姿的多自由度、高靈活性、短響應(yīng)時間，且需要保證調(diào)姿精度的特點(diǎn)，在對部件實(shí)時檢測數(shù)據(jù)處理與分析的基礎(chǔ)上，分析各運(yùn)動軸控制方案及運(yùn)行軌跡，以異形部件空間運(yùn)動模型為依托，研究基于柔性定位裝置的多軸協(xié)同自適應(yīng)精確控制算法，建立多軸耦合自適應(yīng)控制模型。

為了提高飛機(jī)大部件對接單軸驅(qū)動系統(tǒng)的精度和多軸協(xié)同運(yùn)動精度，對每個運(yùn)動軸均進(jìn)行模糊自適應(yīng)PID控制，通過對各軸的PID參數(shù)進(jìn)行在線調(diào)節(jié)來確保被控對象在任何時刻的設(shè)定值和實(shí)際檢測值之差在給定的誤差范圍內(nèi)，從而保證控制系統(tǒng)定位的協(xié)同性。

飛機(jī)大部件對接自適應(yīng)控制系統(tǒng)是在常規(guī)PID控制器的基礎(chǔ)上，采用模糊推理的方法，根據(jù)系統(tǒng)位置偏差和偏差變化率對PID參數(shù)進(jìn)行在線整定。

3 整機(jī)線纜在線集成智能檢測與實(shí)時反饋

3.1 總裝數(shù)字化在線檢測

線纜在線檢測通電之前，必須通過激勵信號對系統(tǒng)功能進(jìn)行檢測。

具體從以下幾個方面分析:

(1)檢查飛機(jī)線束、電纜網(wǎng)裝配的正確性。

①檢查飛機(jī)所有線束、電纜網(wǎng)是否發(fā)生斷路、短路、錯接、漏接、多接、虛接、縮針、斷絲等不正確地接線；

②飛機(jī)導(dǎo)線束、電纜網(wǎng)的裝配在正確的位置上；

③飛機(jī)導(dǎo)線束、電纜網(wǎng)中所有的接插件符合設(shè)計要求，包括電氣性能的可靠性以及外部尺寸的正確性。

(2)檢查飛機(jī)導(dǎo)線束、電纜網(wǎng)的絕緣性、電纜的耐壓性能。

①檢查線束、電纜網(wǎng)中的導(dǎo)線之間絕緣性能是否良好，絕緣電阻是否達(dá)到設(shè)計要求；

②線束/電纜網(wǎng)中的導(dǎo)線與屏蔽層、在飛機(jī)殼體之間絕緣性能是否良好、絕緣電阻是否達(dá)到設(shè)計要求；

③檢測電纜束的耐壓值。

(3)檢查飛機(jī)線束、電纜網(wǎng)的屏蔽性。

①檢查線束、電纜網(wǎng)的屏蔽層有沒有破損，屏蔽效果是否達(dá)到設(shè)計要求；

②線束、電纜網(wǎng)的屏蔽層與接插件的殼體是否接觸良好，對線芯的屏蔽效果是否達(dá)到設(shè)計要求。

(4)檢查飛機(jī)線束、電纜網(wǎng)中所附帶的其他元器件。

(5)通過測試結(jié)果分析，獲得飛機(jī)整機(jī)電纜網(wǎng)的正確性、可靠性與安全性。

3.2 在線檢測流程設(shè)計與優(yōu)化

為了實(shí)現(xiàn)整機(jī)線纜的自動化在線檢測，提高檢測效率，實(shí)現(xiàn)檢測過程的自動化，在程序設(shè)計階段，需要將人工檢測操作過程、操作大綱轉(zhuǎn)換成基于檢測定義語言的檢測腳本，針對檢測的虛擬資源需求通過語言編譯器和系統(tǒng)平臺的解釋定位，轉(zhuǎn)換成針對信號的真實(shí)資源，以便在線檢測系統(tǒng)識別和運(yùn)行。數(shù)字化、程序化的檢測腳本是實(shí)現(xiàn)自動化執(zhí)行通電在線檢測的依據(jù)和前提條件。由于整機(jī)線纜檢測點(diǎn)數(shù)量大、機(jī)上收頭多、檢測周期長等問題，以滿足關(guān)鍵特征要求為目標(biāo)，研究檢測點(diǎn)的布置規(guī)律，剔除對檢測目標(biāo)貢獻(xiàn)較小的檢測點(diǎn)，進(jìn)而建立檢測點(diǎn)布局優(yōu)化模型，得到檢測點(diǎn)的最優(yōu)布局，降低檢測工作量，縮短檢查周期。

根據(jù)電氣、航電系統(tǒng)機(jī)載設(shè)備通電檢查的工作目標(biāo)和具體內(nèi)容，梳理工作流程，對流程進(jìn)行優(yōu)化，對可能進(jìn)行集成的設(shè)備進(jìn)行集成。通電過程中盡量采用集成化、數(shù)字化、模塊化的通電技術(shù)，從而快速的完成對機(jī)載設(shè)備的測試。降低工人勞動強(qiáng)度，并且能記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，定位故障點(diǎn)位置，提升工作效率。

3.3 檢測數(shù)據(jù)實(shí)時處理與故障自動識別

在現(xiàn)有多人配合逐點(diǎn)檢測過程中，由于檢測數(shù)據(jù)量大，基于經(jīng)驗(yàn)的人為操作難以準(zhǔn)確的判斷檢測統(tǒng)計規(guī)律，導(dǎo)致檢測效率低、速度慢，且易出現(xiàn)人為漏檢和錯檢。通過構(gòu)建集成的計算機(jī)信息處理中控平臺，實(shí)現(xiàn)對多源、異構(gòu)信號的快速轉(zhuǎn)化和處理，進(jìn)行故障的自動識別，對所采集的在線檢測數(shù)據(jù)集進(jìn)行統(tǒng)計分析，根據(jù)所得統(tǒng)計規(guī)律確定相應(yīng)的故障模式，并通過可視化手段實(shí)時顯示檢測情況和結(jié)果，從而提高效率，杜絕人為操作差錯。

引進(jìn)整機(jī)線纜在線自動檢測系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際被測試飛機(jī)的線路原理編輯測試軟件，通過轉(zhuǎn)接電纜及轉(zhuǎn)接工裝夾具，實(shí)現(xiàn)對飛機(jī)整機(jī)線束、電纜網(wǎng)和盤箱件中繼電器轉(zhuǎn)換邏輯正確性的測試及檢查。

3.4 故障源快速準(zhǔn)確定位

目前飛機(jī)線纜檢測排故困難，難以進(jìn)行故障準(zhǔn)確定位，排故依賴經(jīng)驗(yàn)和換件，因此研究故障模式與故障源之間的映射關(guān)系，依據(jù)檢測條件進(jìn)行智能判斷，實(shí)現(xiàn)故障源準(zhǔn)確定位。同時，在線檢測結(jié)果在測試腳本執(zhí)行結(jié)束后進(jìn)行反饋并存檔，根據(jù)故障判斷結(jié)果，給出測試報告，幫助檢測執(zhí)行人員了解檢測運(yùn)行情況，且可以作為質(zhì)量檢測的依據(jù)。

4 結(jié)論

圍繞飛機(jī)總裝工藝、制造和檢測等關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通過大部件對接誤差在線檢測與自適應(yīng)精準(zhǔn)控制、整機(jī)線纜在線集成智能檢測與實(shí)時反饋等關(guān)鍵技術(shù)的研究與應(yīng)用，解決了大部件人工對接裝配效率低、精度差，線纜人工檢測故障識別難度大等問題。同時采用設(shè)計研發(fā)的數(shù)字化平尾測量與對接控制系統(tǒng)、大部件移動與自適應(yīng)定位系統(tǒng)、大范圍移動和自動導(dǎo)航的調(diào)姿對接系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了整體工作平臺自動移動和升降、貨橋/后大門與機(jī)身的自動化拆卸和安裝，實(shí)現(xiàn)了左、右平尾與機(jī)身的數(shù)字化、自動化對接，大幅提高了大部件對接的質(zhì)量和效率。采用設(shè)計研發(fā)的整機(jī)線纜、管路和氣密檢測裝備，實(shí)現(xiàn)了線纜檢測故障源的快速準(zhǔn)確定位、檢測故障的自動識別，提高了整機(jī)線纜檢測的效能和質(zhì)量。