基于知识的飞机装配工艺设计关键技术研究
邓洪亮1 周晓星2 费昺强3
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邓洪亮1 周晓星2 费昺强3,. 基于知识的飞机装配工艺设计关键技术研究[J]. 中国航空航天科学,20216. DOI:10.12721/ccn.2021.157049.
摘要: 飞机装配过程就是将飞机各个部件组装在一起。在装配过程中,必须严格按照设计图纸进行装配,并辅以各种技术设备。在实际装配过程中,一般是由简单到复杂,将分散零件连接在一起,形成部件,并在此基础上组装成复杂部件,最后完成整机装配。本文主要分析了基于知识的飞机装配工艺设计与优化,并提出了几点建议,仅供参考。
关键词: 知识;飞机装配工艺设计;技术分析
DOI:10.12721/ccn.2021.157049
基金资助:

飞机组装的过程是将飞机的所有部件组合在一起,并且在组合过程中,必须严格按照设计图纸进行组装,同时使用各种技术设备进行辅助。在实际的装配中,一般是从简单到复杂,然后将分散的零件连接在一起,形成板材和组件,然后在此基础上组装成复杂零件,最后完成整个飞机的装配。

一、飞机装配工艺设计概述

在飞机生产制造过程中装配是其中的重要环节,装配主要包括零件与零件、零件与工装、工装与工装之间的协调安排。为了保证装配的准确度,需要加强飞机制造协调管理工作。在目前的飞机装配工装技术应用过程中,利用专用工装装备传递满足协调要求的形状和尺寸,并逐步应用在零件和部件上。在整个传递过程中,可能存在一些公共环节,公共环节越多,非公共环节越少,可以在极大程度上提高飞机装配工装技术的协调准确度。这种协调方法能够保证飞机制造的准确性和质量。

飞机的制作结构与一般的机械产品存在一定的差别,在飞机装配过程中,除了对零件形状和尺寸加工精度要求比较高之外,还需要对各种通用机床、常用工具和试验设备进行应用。根据机型的具体差异对组件和部件进行有针对性地制造生产。因此,需要制定专门的装配工艺设备,例如装配型架、对合型架、壁板装配夹具等,这些专用生产装备主要是完成飞机产品从零部件到整体部件的装配和总装配过程。通常情况下,尺寸比较大的被称为装配型架,而尺寸相对较小的被称为装配夹具,两者之间并没有明确的界限。在装配工装过程中,装配装备的主要功能是确保定位的紧固性,提高产品尺寸、形状、零件相对位置的准确性,同时能够确保产品满足准确度以及协调互换的要求。在一般的机械制造过程中确保产品互换性,主要是通过配合制度、通用量具以及公差达到目的的。但是在飞机制造装配过程中,需要对装配工装进行相互协调才能够实现目标。除此之外,装配工装还可以确保尺寸、形状稳定。在飞机结构中存在大量钣金件,尺寸比较大,但是刚性相对较小,不管是铆接还是焊接在连接过程中都会产生变形情况。通过装配工装可以对钣金件和组合件的形状进行严格控制,防止在装配中出现变现问题而影响飞机制造质量。此外,在装配工装过程中可以对整个装配过程中的劳动条件进行改进,提高劳动生产率,降低成本。在批量生产过程中,部件的装配需要利用多种功能的工装进行装配,例如骨架装配夹具、总装型架、架外补铆型架等,每一个装备工装需要与装配前后的工装进行有效协调,还要与存在联系的零件工装进行协调。因此,在飞机装配过程中,对装配工装的自动化水平要求相对较高,只有提高飞机装配工装技术的自动化和智能化水平,才能够在最大程度上确保装配工装的准确度。
二、飞机部件装配质量控制现状

(一)操作者对质量没有很强的责任感

操作者只关注实际生产,缺乏对工作质量的自主控制,一般认为质量必须由检验员来决定,这导致对质量责任的认识不足,很容易产生产品质量依赖于检验员的心理。意识形态上,为了降低对过程质量的要求,甚至将自身应尽的质量义务全部推脱到检验员身上。另外,也不排除少数操作者存在侥幸心理,把自己没有检查或检查不合格的产品仍然交付下一工位。

(二)操作过程与测试过程分离

在组装过程中,操作者是了解产品质量的唯一全面检查员,最清楚地了解产品质量;随后的专业检验员必须负责装配和检查,完成一项大任务,不能进行全面检查,只能检查产品质量的关键和关键要素,这必然会导致遗漏和错误。检验员受质量保证服务约束,检验员受生产服务约束,检验员发现质量问题,只能被动地处理记录或提供改进,不能直接要求技术变革。为了将检验员的建议转化为一份技术文件,需要在不同部门进行一系列接触来执行多项方案,显然,该指令的管理方式存在一定的延迟。在那之后,产品质量控制不能改变产品的质量,不能避免经济损失,不能提高产品本身的质量;同时,对检查员的需求很大。为了弥补这种质量控制模型的缺陷,需要研究新的质量控制模型。

三、基于知识飞机装配工艺设计分析

(一)集成设计

在基于知识现代飞机装配工艺设计与优化过程中,装配工艺结构一体化设计是满足装配现场精益管理要求,有效解决装配工作场所紧缺有效途径。通过对工具结构整体布局和协调,将独立工具结构、功能和电源接口集成到统一网络架构中,使工具框架、电源接口等资源充分共享和集成,实现高效便捷管理整体结构典型设计。飞机装配工艺设计不仅要考虑完成装配工艺所需要工具基本功能和要求,还要考虑供气系统、照明系统、除尘系统、工具报警系统,进而实现集成设计。

(二)模块化、标准化设计

飞机装配工艺模块化设计主要采用子功能单元来设计工具,这些子功能单元可以根据工具功能需求进行组合、拆卸和更换,模块化是一种利用"模块"思想将复杂结构分解为更易于管理模块方法。在装配工艺中,每个模块都是可组合、可拆卸、可更换单元,具有接口、功能、条件、逻辑等基本属性。

以工艺架为例,新型工艺架采用板式焊接组合结构。框架根据结构形状分为几个模块。每个模块用钢板焊接后整体加工,整体效果不错。此外,电源、气源、照明设备接口及安装维修开度可按需调整,实现工具与风电一体化;机架各模块通过完成连接面、键槽和孔实现各模块定位和夹紧,从而减少焊接变形影响。另外,根据模块对框架进行处理,分配工作负载,可以提高框架安装效率。标准化设计就是根据实际或潜在共同特征和规律,实现标准化对象在一定区域内统一性、简单化和通用性。工艺标准化,有利于整体结构简化和合理化。优化结合冗余和可互换连接,以提高功能效率。尽量选择结构设计标准件和成品件,以增加刀具零件通用性和互换性。
四、基于知识的飞机装配关键技术

(一)柔性装配系统

飞机产品的功能随着科学技术水平的提高而不断增加,在满足人们个性化需求的同时,飞机市场的生命周期也会进一步缩小。因此,工作人员要对市场变化情况进行充分分析,提高飞机装配人员的综合素质和专业技术水平,这样才可以让他们来实际装配过程中适应各种复杂的环境,运用自己丰富的工作经验和技能来应对不同车型的生产要求,整体的装配水平也会得到相应的提高。在通常情况下,从结构分析的角度出发,柔性装配系统可以分为两个方面,这两个方面分别是柔性装配单元和柔性装配系统,这两个方面与装配效果之间有着紧密联系。柔性装配工作人员要对先进的技术和设备进行充分了解,在此基础上来借助多台机器人开展装配工作,这样不仅能够提高装配工作的效率和质量,而且还减少装配过程中出现失误的问题。另外,在柔性装配系统当中会用到固定传送机构,多种工位可以同时开展工作,进而整个系统的科学性和有效性也会得到相应的提高。

(二)计算机辅助技术

计算机技术在我国各个领域当中占据着非常重要的地位,并且还可以在实际应用过程中发挥出良好的效果。因此,飞机装配工艺当中最为关键的技术就是计算机技术,该技术可以对各个阶段的设计工作进行科学的协调,工作人员可以通过CAD技术来利用计算机进行装配过程进行合理设计和制图,装配流程得到进一步改进和完善,针对其中存在不同的问题来采取相应的措施进行处理。工作人员利用计算机辅助技术可以对计算图形进行有效的简化,结构设计过程也变得更加简单,各个管理的工作也可以正常开展,进而装配工艺整体的质量也会得到提高。另外,CAD软件有着非常强大且多样化的功能,工作人员可以利用这些功能来对每一个装配流程进行合理设计,确保飞机装配工艺与实际要求相符合。

(三)人工智能技术

人工智能作为现阶段先进的技术之一,在我国飞机生产和制造业发展过程中可以发挥出良好的作用。在运用人工智能的过程中可以提高技术应用的效果,装配工作的效率和质量得到进一步提高。除此之外,利用人工智能来开展飞机装配可以有效降低各个生产环节的强度,在提高整体的生产水平的同时,还可以确保整个生产流程具有较高的安全性。在安全事故预防的时候应用人工智能技术可以取得良好的效果,用机器人来代替人工进行工作,工作人员只需要在事先将规定的程序输入到机器人系统当中即可,这样就大大降低了人工失误而导致安全事故发生的概率。现阶段我国在人工智能应用方面与国外有着一定的差距,这就要求国家和相关科研部门要对该技术进行不断创新和研发,这样对于我国飞机行业整体的发展起到促进作用。

五、基于知识的飞机部件装配技术的质量控制模式

(一)独立质量控制的组织保障 

有关研究人员建议放弃大量的审计,以提高质量,并提出解决来源质量问题的办法。此外,在更广泛的过程中,需要改进传统的部件装配来取代自我控制。这意味着所有研究人员都要对自己的工作负责,每一步都需要进行必要的检查,以保持对过程的控制。根据部件目前的状况,建立一个由技术专家、操作者和检验员组成的先进团队来克服部门间的障碍,建立一个关于质量、决定和改进的快速反馈渠道;提高操作者的自我控制能力、相互控制能力和主动自我监督能力,并通过能力评估避免或减少产品质量方面的差异,随后进行预防性监督。一方面,这是因为操作者的技能还没有达到完全自主控制的要求。另一方面,在操作者集体中,工作人员、技术员和其他主要干部亲自参与生产过程,能够识别质量特征、质量控制、承担产品质量检验的共同责任,并可被授权进行产品质量检查;在责任方面,他们还负责集体产品的质量,可以从经验、技能、资格证书、个人素质等方面评价,选择主管质量控制、检查和认证方法,发放合格人员证书、特别检查印章、授权合格人员进行所谓批准测试的产品质量检查;同时,还需要制定诸如质量控制效率等的核查指标,并定期评估和修正核查过程。

(三)对质量进行自主控制

质量费用可分为预警、鉴定和应急费用,包括解决问题的费用、库存检查、生产时间中断、故障原因分析、改进和让步措施。在质量问题上发现的环节可以分为独立检测、互检或专门检测和用户检测;质量问题存在于不同的链条中,修复成本也不同。为了让操作者正确理解自主质量控制的作用和意义,在质量控制系统中引入了一个环节,建立了不同的检查标准。质量控制部门使用实地质量检查、质量分析和质量文化周等工具来展示真实的例子,创造质量控制文化来让它更有吸引力。为了提高产品质量,生产单位的领导主动警告质量,解决隐藏的质量问题,使用高质量质量分配系统;优质优惠价格分配给两个实体,一个是生产单位的一部分,另一个是产品本身;创建员工个人档案数据库,全面收集生产单位的质量;制定科学评估方法,包括内部损失、缺陷、合理化建议和工作量,每季度评估生产单位的质量,并将其结果纳入工资分配。根据分组工作的特点,为了执行高质量的人员工作,鼓励相互审查,鼓励集体保证产品质量,为产品的物理质量创造激励。

(四)执行独立质量控制的技术保障

在测试过程中,分析产品的状态、技术要求和质量数据分为两类。包括特别检查行动,由检验员检查。控制过程的设计是基于优化强化和有序的原则,即基于产品定义的关键过程,包括关键组件、重要细节、关键疲劳元素的组装以及关键特征和关键特性的处理过程。一个特殊的过程是由技术决定的,包括油箱的密封,机舱的密封,电缆的焊接等等。主要基于装配机器、设备、材料、技术方法、测量和环境,根据每个操作确定过程和故障原因。对上述操作内容的检查被设置为特别控制操作,其他操作检查被设置为基本控制操作。在优化过程中引入了优化生产的想法,条件是确保产品质量控制,科学建立质量控制中心,对视图进行排序。根据产品质量、操作员调整和工艺成熟度的不同,可以改变特别控制操作和基本控制操作。为了方便识别,技术文档中使用不同的标记方法区分专业检查和基本检查。为了提高操作者的自控能力和相互监督能力以及产品质量,还需要改进技术维护。在实施过程中加强现场巡检,定期收集产品故障情况,运用控制图对产品质量和授权检验人员进行监控。定期统计分析故障性质,找出故障自主控制能力薄弱的操作者,进行专项培训。为操作员制定自主质量保证指南,管理检查、核查要求、核查手段、操作员手册和自控、相互监督的授权检查员。通过合理化建议平台,采用循环优化管理要求,持续改进,寻找质量可控、多方认可的管理办法。为了确保稳定的产品质量,可建立标准化操作研究制造工作室,由基层领导、操作员、技术人员、高级技术员以及检验人员共同开发工作方法,拍摄实际过程,制作标准操作专辑和视频。

结束语

由此可见,飞机装配工艺在飞机制造工艺当中占据着非标重要的地位,这就要求相关管理人员要结合实际情况来对该工艺进行合理的规划,并且对各种先进的技术和设备进行充分应用,这样才可以提高整体的装配质量和效率。

参考文献:
[1]赵轶.飞机复杂零件的加工与质量控制探析,中国新技术新产品,2020
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