国内外先进飞机装配技术对比及思考

范军华 杨 锋

（中航飞机西安飞机分公司，西安 710089）

国内外先进飞机装配技术对比及思考

范军华 杨 锋

（中航飞机西安飞机分公司，西安 710089）

在分析国外和国内飞机装配领域技术水平的基础上，剖析我国与国外航空制造领域飞机装配技术的差距，简要介绍飞机装配过程中测量技术、装配平台技术、部件支撑技术、线缆集成检测等基础技术内容并展开讨论和研究，以探索我国飞机数字化装配技术的发展之路。

飞机装配 数字化 单元技术

引言

国外先进企业在20世纪80年代初开始大规模对飞机总装生产线进行技术改造，并围绕自动化和数字化制造技术和生产模式进行了各项技术的创新和流程再造。目前，自动化测量技术、数字化支撑定位技术、自动化加工技术、在线测量等先进技术，已经渗透到飞机制造和装配的各个环节，为航空制造技术的发展起到了重要作用。

1 国内外先进飞机装配技术的对比及差距

飞机装配由于产品尺寸大、形状复杂、零件以及连接件数量多，其劳动量占飞机制造总劳动量的一半以上，决定了飞机的最终质量、制造成本和周期，是整个飞机制造的关键和核心。飞机数字化装配技术是基于数字化标准工装的协调技术、数字化模拟仿真技术、激光跟踪测量技术、随动定位技术、协同控制技术等多种先进技术，结合自动化柔性装配工作平台，实现了飞机数字化装配。

Boeing公司曾经创造性地将移动生产线技术与精益制造技术相结合，达到一目了然地评估生产状况并减少生产过程中库存的效果。波音717、新一代波音737和波音757飞机生产线的改造工作始于2000年初，在2003年完成了单向移动生产线的装配检测模式，并将数字化的装配和检查技术应用在生产线中，实现了波音737飞机能够以每秒2英寸的速度连续生产。

近年来，我国航空企业引进了大量世界一流的数控机床，使飞机零件数控加工能力得到了显著提高。但是，飞机装配大部分仍然沿用传统方法，每架飞机都要花费数周甚至数月才能完成，装配过程大多采用手工装配，托架、型架全部依靠人工调节，各个部件对接也是靠人工实现。比较先进的测量设备、支撑设备和加工设备尽管有所使用，但创新集成应用极少，飞机制造过程的自动化和数字化程度依然很低。很显然，飞机装配是我国飞机制造领域的最薄弱环节。

2 先进装配技术介绍

2.1 测量技术

飞机在机身各段对接、机翼对接、发动机安装、惯导安装后，通常按照设计要求，必须检查各部段安装位置和外形参数。传统的工艺方法主要依靠人工，采用水准仪或经纬仪和水平测量尺等仪器工具进行测量，劳动强度高，数据误差大，测量周期长，与量产和高质量产品的目标要求不相适应。

目前，测量技术主要有照相技术、激光雷达技术、iGPS室内全球定位技术和激光跟踪测量技术。根据其应用范围和技术特点的对比情况，在飞机装配过程中应用较广且较为成熟的技术是激光跟踪测量技术。虽然iGPS室内全球定位技术前景广阔，但在飞机装配方面的应用研究目前尚不成熟。

激光跟踪仪测量是90年代后期发展起来的一种大尺寸高精度测量技术。该设备将激光干涉与伺服控制技术结合在一起，可准确测量目标点相对于仪器的坐标位置。该系统的最大测量半径为40m，绝对测量精度0.025～0.075mm，可实现对空间目标进行静态与跟踪的测量，适合现场加工装配测量，主要应用于大尺寸测量、准直以及适时装配等。激光测量系统主要由一个跟踪头、一台笔记本和连接整个系统的电缆组成，其他配件还包括一个三角架、球形反射器、工具箱、测量软件包。

iGPS局域测量是基于GPS原理的空间测量系统。基于区域GPS的三维测量技术是一种具有高精度、高可靠性和高效率的室内GPS系统，主要用于解决大尺寸空间的测量与定位问题。它利用发射器发出360°扇面红外光信号，接收器能独立计算出它们的当前位置。测量范围2～80m，在10m范围内，测量精度为0.12mm；在10～39m范围内，精度为0.25mm。一套简单的iGPS系统包括至少四个发射器、传感器、一个调制解调器、一台中央处理器以及系统软件包。

2.2 装配平台技术

大型装配平台在国外波音、空客等先进飞机制造企业已经开发和应用。例如，美国波音公司B737、B777等飞机，已经建立大部件装配为“岛屿”的大型装配平台；欧洲空客A380飞大型装配平台生产线，使飞机装配效率和质量得到了大幅度提高。

大型飞机装配平台的研究目的是要引入先进的装配平台设计理念与制造方法，建立一个以柔性工装、数字设备和计算机信息技术相融合的总装配平台体系。

主要研究内容及解决方法包括：

（1）大型装配平台结构设计技术。大型装配平台结构设计技术主要是为了在飞机生产中建立部件装配数字定位体系，开发新的工艺装备技术，构建大部件对接数字定位通用平台。同时，通过大型装配平台结构设计，建立一套飞机大部件数字化对接平台设计规范，提高飞机制造数字化生产技术水平。采用法国达索公司CATIA V5数字化系统开发工具，以三维数字模型为向导，设计出符合整机外型参数的总装配工作平台模型。

（2）大型装配平台系统集成设计技术。在大型装配平台上，设计具有气源、电源、液压控制、测量控制等系统，能够满足飞机对接时所需要的辅助设备，配备基本工具库，并存储一些专用工装、工具，使用方便，同时满足飞机总装配的工作要求。

（3）大型装配平台制造技术。大型装配平台制造技术主要在于建造具有通用性、高精度装配基础平台，能够实现装配快速定位与精确控制，同时开发相关可以实现快速更换、具有一定数字化的配套设备。在总装配工作平台三维模型的基础上，运用数字化加工方法完成大型装配平台的制造。

2.3 部件支撑技术

飞机大部件对接要使用支撑设备。我国以前的飞机大部件之间大都采用设计分离面，对接装配时通常不需要调整姿态，所以支撑设备基本上是托架和液压千斤顶。因此，工作完成后，形成的飞机产品质量并不可靠。随着数字化设计理念的引入和对高品质产品的要求，结合我国航空制造工艺水平的发展，工艺分离面现阶段在飞机产品设计中广泛采用。因此，飞机各部组件在对接装配前不但要有可靠的支撑，还要有可控的数字化姿态调整控制系统。

在三维空间中，约束一个刚体需要限制其6个自由度，且需要不共线的三点支撑，才能保证对物体约束的完备性。要合成一个刚体的6个自由度的运动，则需要由三个具有三坐标平动自由度的机构在不共线的三点支撑刚体，并通过球铰运动副与刚体相铰接才能实现。

基于以上刚体姿态调整的基本原理，将飞机部件调姿机构的设计转化为具有3个平动自由度分支机构的设计。可根据飞机结构特点，研究一套三坐标数控千斤顶，实现飞机不同机身段、机翼和部件的支撑、驱动、位姿调整和对接。根据四点支撑位姿调整方法要求，每个数控定位器应具有三个方向的运动自由度，并且能够满足装配工艺要求的行程、运动精度和稳定性。

三坐标数控定位器是实现大部件位姿调整的核心单元，是飞机数字化装配系统的关键，其精度和稳定性直接影响装配的工作性能。由于装配对象体积大、质量大、结构形式复杂及装配精度要求高，三坐标数控定位器需具备重载、高精度及高刚性的特点。图1为一种典型的机体调姿工装，机体由四个重载三坐标定位器支撑。

图 1 调姿工装示意图

2.4 线缆集成检测技术

国外整机线缆检测技术运用较早，发展比较成熟，欧美国家的飞机公司大都采用整机线缆检测技术完成对整机线缆的性能等方面的检测。目前，也有多家公司从事电缆集成检测设备的设计与制造，如英国的MK公司、美国的CKT公司及DIT-MCO公司等。各家公司的设备都有各自不同的特点，应用方面也各有侧重点。目前，国内的飞机特设系统线路导通、绝缘检测还采用万用表、兆欧表或指示灯，用手工对单一系统的每根导线逐根、逐点搭接。通过观察是否有电、声、光信号，判断每条连接线的通断和绝缘情况。因此，存在较大的人为差错，效率极低，且可靠性差，极易造成机载设备的损坏。

整机线缆集成检测系统采用快速扫描测试法，自动、快速检测导线通断，256点/秒的测试速度可以使几千点的复杂线缆在数秒中完成通断检测。不仅能够检测出所有可能存在的短路错误（即错接、多接），而且在进行高压测试时可以随意调整高压测试参数，快速组合检测任意两根芯线间的绝缘，查出所有可能存在的绝缘不良缺陷，从而确保产品质量与可靠性，满足不同线缆不同芯线的测试要求，提高测试效率，保证测试精度。整机线缆集成检测的基本原理是将飞机上待测电缆两端通过转接电缆连接到测试设备上，向导线输出低压或高压信号，通过精确测试电缆的导通电阻、导通电流，从而精确定量分析电缆的整体连接状况。通过在不同电压下精确测量线缆中对地、线间的泄露电流，以精确分析机上系统电缆的绝缘状况，判断该导线的电气特性是否符合要求。全机导线通过接插件——测试箱或LRU——测试设备连接，导线的测试顺序、端点信息和加载位置等测试内容，由测试软件控制继电器完成。全机导线的连接关系、测试参数等信息作为测试标准存储在测试软件数据库中。通过比对这些数据，测试设备能够快速判断电缆电气特性是否正确，从而完成对整机导线的检测。

3 对我国飞机装配技术发展的思考

发达国家先进飞机总装配技术发展的模式，都是通过从大量的基础技术研究和应用到模块化、自动化单元技术的集成应用，再到自动化和全新的数字化生产线建设和改造，并将一些先进的精益化管理理念引入生产线，用数字化的作业模式支撑飞机总装配技术的发展。我国航空制造技术起点低，技术落后。限于国外技术封锁，要想直接从发达国家引进相对中高端技术，客观上是不可能的。即使能引进，也会因知识产权的保护而受制于人，更易导致我国航空制造技术的研发始终滞留在学习阶段而举步不前。因此，自主研发是必经之路。

参照世界先进航空技术发展之路，笔者认为我国飞机制造技术的发展模式也必须经历以下三个阶段。

3.1 基础技术研究和应用阶段

早在2005年，国内各大航空企业就意识到我国航空制造技术的落后，并先后在一些基础技术上开始了摸索和研究。当前，我国通过与国内外各领域专业企业和国内知名科研院所合作，对激光雷达技术、激光技术在飞机水平测量方面应用进行了一些探索研究，并在机器人制孔、柔性工装设备技术方面取得了显著成果。图2是激光测量技术在我国民用飞机全机水平测量中的应用现场。

图2 激光测量试验现场

3.2 模块化单元技术研究应用阶段

对我国航空技术的发展来说，模块化单元技术研究阶段是基础技术研究和应用的推进阶段，又是数字化装配技术集成研究应用的基础，具有承前启后的重要作用。模块化单元技术往往涉及一门或多门学科技术，是在花费成本较低的情况下，为突破一项或几项关键技术而进行的科学研究。它的研究成果能够在生产过程中得到应用和验证，有效提高产品质量和生产效率、降低成本，并且转化为生产力。比如，中航飞机西安飞机分公司的大部件精准对接技术、大型壁板自动铆接技术都应属于模块化单元技术研究的成熟案例。

3.3 数字化装配技术集成研究应用阶段

数字化装配技术集成研究应用阶段是飞机装配技术研究的高级阶段。这一阶段的研究必须从飞机装配厂房的规划、生产线的布局等顶层设计开始，贯彻精益6δ、ERP、SQCDP等先进管理思想，结合模块化单元技术研究成果，利用TCP/IP网络架构，实现从生产计划调度安排、物料准时化配送、现场工装管理、现场人员管理、装配过程控制和装配质量管理的集成化、一体化装配生产线，实现飞机从生产准备、生产计划安排到生产过程控制、装配质量管理的装配全过程调度、控制与管理，彻底打通底层数据信息采集到企业ERP系统的数据信息通道。

4 结束语

总之，我国飞机装配技术起点低，基础薄弱，要最终实现数字化装配技术的发展，必须深入研究计算机控制、测量、在线检查、管理等多领域学科技术，经历从基础技术研究和应用到模块化单元技术研究应用，再到数字化装配技术集成研究应用三个阶段，走自主研发之路。只有这样，才能使我国飞机装配技术研究重点突出、成本可控、易于试验和实现，从而迅速转化成实用的生产技术，支持我国数字化装配和制造技术的发展，提高产品质量和企业竞争力。

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[3]邹冀华，周万勇，邹方，等.数字化测量系统在大部段对接装配中的应用[J].航空制造技术，2010，（23）：52-55.

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Comparison and Thinking of Advanced Aircraft Assembly Technology At Home and Abroad

FAN Junhua,YANG Feng
(Xi'an aircraft branch, Xi'an 710089)

On the basis of analysis of foreign and domestic area of aircraft assembly technology level, analysis of Chinese and foreign aviation manufacturing field of aircraft assembly technology gap, the brief introduction of aircraft assembly process measurement technology, the assembly platform technologies, components support technology, integrated cable detection and basic technical content and discussion and research, to explore the road of the development of China's digital aircraft assembly technology.

aircraft assembly, digital, unit technology