一、数字化飞机装配工艺的重要性和特点
随着计算机科学、电子信息和自动化等科技的深入发展,数字化信息将是信息技术产业发展中的最新趋势。有效开展关键的数字化组装技术,对实现组装技术的现代化、完善组装工艺流程和提升组装品质有着重大意义,目前航空航天制造行业已经成为制造业的一个重要部分,也在逐步向着数字化、信息化与实验设计的统一方向发展。
1.1、数字化飞机装配的重要性
在通常的机器制造中,大部分零部件都是高强度生产的;产品的最后品质主要取决于零部件制造的效率。装配和组装工作大约占整个设计工作的百分之二十。通常,不要求安装一个装置或少量设备。飞机的制造不同于通常的机器制造。飞行器有着严格的气动形状和要求。使用了各种复杂的安装夹具,以保证安装质量。航空产品最终生产的效率也在很大程度上决定了安装质量。其劳动力约占了整个航空航天产业总体数量的百分之五十至百分之六十。安装与组装作业的机械化程度与自动化水平都相对较弱, 且体力的劳动范围也比较小,所以工作质量也一般都比较差。飞机的装配也是一项比较复杂的工作, 所以,飞机的装配不仅是劳动密集型、无法完成、对产品质量要求高、对技术难度高,同时也是整个飞机制造流程中十分关键的部分。此外,进一步提高飞行器安装技术,减少制造时间,提高质量,对飞行器的研制与制造有着非常关键的作用。
1.2、数字化飞机装配的特点
中国航空的整车装配工艺,相对于汽车零件生产而言比较突出。现阶段,尽管当前的新型飞机制造工艺和制造方法已经开始有了部分应用,如激光跟踪仪等技术已经开始大规模运用到了航空装配型架的末尾组装阶段中。但就总体水平上来看,由于中国当前的先进航空末尾组装技术主要还是沿袭了前苏联在上世纪50、60世纪初所开展的先进航空组装工艺技术,将飞机制造过程中的所有困难和问题都堆放在了航空机体的末尾组装中,因此机体的组装速度和效率并没有提高。
不管现代的大中型民用运输机还是军事战斗机,它的特点从机体结构的建造工艺来看(如巨大双翼和车身壁板、双翼大梁、飞机控制面部件等)在主结构安装以及在机体内部的连接安装等全部技术过程中,大都使用了自动钻铆的加工工艺。这种航空结构数字化自动钻铆装置的主要优势是,根据航空结构具体安装工作的特点,其装配工装装置与传统钻铆装置在构造和功用上看都完全是相同的,而且自动化水平也很高,由此构成了的飞机结构数字化自动钻铆装配网。
飞行器的组装工程是一个复杂的工程,包括飞行器总体设计、技术方案、零部件制造、组件组装以及整机对接总装的整个阶段。
二、飞机装配工艺设计现状及存在问题分析
2.1、飞机装配工艺设计研究现状综述
如何提高制造工艺的设计效果,历来都是一项研究热门话题因为航空生产装配制造工艺设计的复杂性,中国国内航空界也在这方面开展了很多研究。LOCKHEED公司曾在上世纪八十年代初期,就声称已完成开发了一整套关于战斗机组装工艺技术计划的专家体系一一GENPLAN体系,尽管这个工艺主要是利用航空成组技术加以设计,但研究显示其核心技术目前已经运用到了部分型号的战斗机组装工艺设计上。但是实践结果也证明,使用成组技术实现航空计算机辅助组装工艺的研发工作是非常艰难的,自GENPLAN系统之后,就从来没有过这样的工艺了。而目前,国外有关航空组装生产的主要研发项目就集中在了将百分之一百以上的商品进行统一组装生产的标准DPD(Digital Product Definition)、商品数字化预装配DPA(Digital Pre-Assembly)和并行商品概念CPD(Concurrent Product Definition)。在波音公司的最先进生产系统中就不存在过了,但该先进制造系统所代表的仍是最先进生产的标准MP (Manufacturing Plan)‚这是生产开发过程中高度电子化和并联化的产物。在IPT(Integrated Product Team,生产协作设计组)的并联化管理方式下,飞机生产按模块化管理,‚把一个生产区分为若干个不同层次的IPT,‚生产协作设计组IPT继续区分为装配控制码ACC(Assembly Control Code)区分ACC之后,开始对生产的成品MP进行编号。制造设计由相应的生产技术、工艺装备开发、质量保证和技术人员共同投入进行,并服务于生产的组装、生产、测试等几个步骤,它也包含了FO和AO等许多领域的工艺内容。但因为我国目前航空生产的技术、制造管理方式、生产管理思想等尚不能满足国外优秀飞机制造企业的要求,在这种情况形下,AO和FO标准等仍应保持。
在国内,目前对工艺技术的探讨主要集中于在零部件技术方面利用计算机的辅助技术进行,装配技术的研究尤其是对飞行器装配技术的探讨目前也开展的很少。佘公藩等人提出了基于成组技术的飞行器装配CAPP,盛义军等人提出了基于知识的航空器装配CAPP,但是他们仅仅给出了飞行器装配的部分概念、思想并没做进一步的探讨。根据当前的实际状况作者及课题组正在该领域开展更为深入的探讨与研究。因为飞机组装工艺的重复性、模糊性和经验性其需要处理的问题、涉及的方面要比其他方面复杂得多有不少亟待解决的课题。[1]
2.2、飞机装配工艺设计的问题
飞机制造的复杂性和问题。一方面，由于飞机装配工艺的复杂性，在飞机装配工艺设计中投入了大量的经验和专业知识，而现有的通用CAPP软件不能有效地收集飞机装配的专家知识，尤其是飞机装配方面的专家知识。在这方面，没有相关的数据库或知识库。另一方面，工艺设计高度个性化，注重产品性能、技术水平、设备和人力资源，优化了整个企业的资源。由于工艺规划的复杂性和对特定条件的依赖性，CAPP不同于CAD和CAM 等国外成熟的产品可以直接使用国外先进的飞机制造企业已经对飞机装配技术进行了详细的研究，但目前的技术水平，生产组织制度和管理国内飞机开发的理念与国外不同，将国外先进企业开发的理论和技术结合在一起，并不总是适合当地条件。此外，各国航空领域的先进技术和应用技术处于高度机密状态，难以实现技术共享。从长远来看，航天部应该在没有任何控制的情况下使用专利产品。
三、飞机装配工艺设计过程
飞机装配工艺的设计是为飞机的装配提供技术准备。它从产品设计阶段开始，经历了开发试生产、开发试生产、小批量生产前的全过程准备过程。他的作品既有阶段性又有连续性，既有序列性，又有平行交叉性。前一阶段的工作应为下一阶段的工作做好准备。主要内容包括以下几个方面：
3.1、拆分组装单元并明确组装次序。按照飞机设计的工艺流程特点,科学合理地进行工序划分,把零件分割为安装单位。安装次序是指安装单位各部分的布置次序。
3.2、注明组装时间和安装方式。安装元件是指为了实现飞行器结构设计中所规定的飞行器结构要求的零部件安装日期。装配工艺设计的任务是采用适当的工艺方法和设备，以确保装配参考点的实施。装配方法是指确定每个部件在装配单元中的位置的方法。常用的安装方法有划痕安装法、基准件安装法、安装孔、安装架安装法和结合数字测量的安装法。
3.3、 选择理论和方法以确保装配精度、互换性和协调性。主要内容包括制定大会协调方案、确定协调路径、明确协调要素、协调容差和协调控制环节、关键和重要协调部门的控制方法和控制容差；选择标准工艺设备和主要生产设备，确定工具和工具、工具和部件之间的协调关系，合理使用计划和工艺替代等。
3.4、说明主要装配部件的供应和供应技术状态。供货技术状态是指飞机部件（零件、组件或部件）的工艺状态要求。流程状态分为强制状态和交付状态。强制性状态包括组件组装的技术状态、每个过程连接的公差分布、在组装过程中放置重要协调元素的位置参考和方法，以及主要组件的生产和检验要求以及协调要求。强制性状态表是编制交换协调方案、具体生产指令、工艺规程或装配指令、生产指令等文件的依据。传输模式应包括对为满足过程补偿要求的部件设计的过程的贡献；为了满足装配需要和定位孔，在零件中制作安装孔。在装配过程中，确定紧固件的位置，减少钻孔负荷，在零件上开导孔等工艺要求。交付状态表是编制工艺规程或装配生产说明书的依据，是工具品种、工具技术设计条件等工艺文件的表。
3.5、执行流程的详细设计，并确定装配流程中工作流程和步骤的组成。零部件的组装、固定和连接，系统和最终产品的组装；更换零件的精加工；各种修改、测试和控制；清洁、称重和交付；以及过程控制和一般控制。
3.6、选择所需的工具、设备和工艺设备。选取了通用设备与专用设备的类型、设计和数量。提出工艺设备的主要元件和数量,并提出功能、构造和技术特点的技术设计条件。
3.7、 支持零部件、标准件和材料。根据工艺、材料计算包括相应零件和标准零件[2]
飞机装配工艺设计的全过程图一
飞机装配工艺设计的全过程如图1所示。技术设计从获得正式发布的设计数据开始。首先，根据产品设计的特点、生产需要和企业的实际生产状态，分离装配单元，安排装配顺序，创建装配工艺树；之后，将进行详细的工艺规划，包括确定装配的基本价值、制定协调的装配方案、分配工艺能力、改进工艺流程、组成步骤、选择或设计工艺装备；随后，根据装配程序或装配说明进行装配仿真，并调整工艺规划方案，直到获得满意的仿真结果。最后，将生产过程仿真和过程管理正式引入实践。
四、结束语
飞机工业作为国家的技术产业,在高速增长的今天,面对着巨大的困难和挑战。当前,中国航空在组装技术的研究领域,与海外先进地区仍存在着较大差异。通过数字化工艺的高效实现对于提高航空发动机的组装技术和安装标准有着非常关键的意义,具备很大的适应性和优势,从而可以推进航空发动机总体组装技术的高效开展,促进航空事业朝着良好的方向发展。
参考文献：
[1]赵一伋, 邱晞, 沈波,等. 基于模块的飞机装配工艺技术研究[J]. 航空制造技术, 2018, 061(013):63-67.
[2]姜宇峰. 三维装配工艺设计系统关键技术研究[D]. 华中科技大学.