飞机装配智能制造体系构建及关键技术

赵越

【摘 要】智能装配关键技术的应用，构建航空发动机智能装配技术体系总体框架，为即将量产机型或新机研制装配生产提供新技术、新方法，加强中国发动机制造装配技术中的薄弱环节，为不久的将来能够制造出具有競争力的国产航空发动机高端装备提供借鉴。

【关键词】飞机装配;智能制造体系;关键技术

前言

当今航空工业迅猛发展，飞机的研制任务日益增多，航空运输业的快速发展带来新型飞机需求量的急剧增长，传统的机库式飞机装配模式，各个工序之间相互影响、互相牵制，直接影响物料、人员、设备、工具等的高效使用，导致现场问题反馈和处理缓慢、装配周期长，这样的装配模式已无法适应现代飞机快速研制的要求。为满足新的业务需求和挑战，智能制造体系应运而生。

1智能化装配技术发展面临挑战

1.1装配工艺规划重组和节拍优化，不确定性因素多

基于传统固定站位装配模式的变革，需要从装配工艺源头开始进行工艺梳理，重点对工艺防错、防呆、防漏优化重组，结合发动机装配的构成，按站位合理分解装配工艺路线、节拍控制、装配任务、装配BOM、工艺装备、检测设备及器具等，涉及业务面广、协调难度大、硬件投入成本高，诸如此类的问题将带来很多不确定因素。

1.2装配线建设技术路线不清晰，风险大

国外航空发动机制造商，根据飞机总装脉动生产线的成功应用经验，结合新一代发动机的技术特点，借鉴水平脉动式装配模式，实现精益化制造，极大地提高了装配效率;而国内长期以来受技术体系习惯约束，航空发动机装配仍沿用“两装两试”的串行装配流程和相配套零件制造工艺，单元体模块化设计的独立性、通用性均不强，单项关键新技术、新装备运用不成熟，信息化管理存在盲区。

1.3装配模式受习惯性束缚，改变困难，效率低

航空发动机装配习惯于传统的生产组织形式、生产流程和工装工具。工艺规范体系不系统、不配套、不统一，涉及人员频繁离线、清洗、标印、领物料、寻找工具、工装等。以可视化和信息化为代表的新技术运用，与传统生产工艺设备不配套、不融合，资源数据信息不完整、更新不及时，人机交互不友好，极大地影响工作效率，与生产人员绩效考核指标抵触，使生产组织模式变革的阻力加大。

1.4装配物料信息交互实时性差，配送环节不畅通

航空发动机结构包括数千或上万个零件以及由这些零件组成的组件、部件、单元体和系统附件及成品件。其中存在装配执行过程中的零部件信息标识、识别管理、质量追溯困难等问题。物料信息采用人工传递，实时性差，物料配送效率不高，对于装配现场出现的质量问题，配送料响应性慢等问题普遍存在，严重影响整体交付周期。

1.5信息化技术实施深度不够，缺乏制造数据源

发动机的装配信息流包括装配工艺数据管理、设备状态管理、执行过程管理、质量状态控制等执行层面数据。其业务流程复杂，质量要求严格。基于固定站位传统装配模式，配套工装、工具和检测器具，采用机械式或半自动化设备，无法完成与信息化管控系统的深度集成，缺少数据采集所必要的传感器软硬件接口，造成发动机采集质量数据不完整，物料信息、生产进度、设备状态无法及时准确获得，生产计划自动排产失效，制造质量数据可信度不高。

2智能化装配技术体系

2.1规划仿真优化技术

针对发动机装配产能需求，根据生产线建设条件，基于数字化环境下对单元体和总装产线的相关工装、设备、物流系统等进行布局建模，根据装配工艺流程虚拟动态模拟产品的生产制造流程仿真，评估并及时发现单机或混线生产中制约产线平衡的瓶颈因素、装配工艺可行性、装配操作人机工程可达性等仿真，从而制定出前瞻性的决策和优化实施方案，使产线产能布局最优、效率最高，减少产线硬件成本投入和缩短建设周期，降低产线构建的风险。

2.2智能检测技术

在发动机装配过程中，如叶尖间隙测量、装配深度尺寸测量，管路装配检查等，使用的检具形式主要采用机械式检具，以手工测量肉眼读取完成，测量结果由检验人员手工记录，而对发动机外部装配如管路装配、保险丝等，检查往往依靠人工目测，检查手段简单且评判标准难以统一，在实际执行过程中发动机外部错（漏）装、错（漏）保、磕碰划伤及管路间隙不合格等外观质量问题频发。主要技术研究重点：（1）在线数字化测量和分析技术;（2）基于人工智能外部装配质量智能检测技术，对装配管路、保险丝等按要求进行检查;（3）单元体自动对中检测技术。

2.3智能装备应用技术

发动机装配存在大量对接装配，需采用螺栓连接、大过盈量的轴孔配合等，对拧紧力矩、压装力和位置具有精确控制要求。航空发动机的装配操作步骤多、结构复杂，作业交叉现象严重，传统装配托架无法满足现有发动机多方位、多角度的装配需求;对于传统总装脉动装配需要用行车吊运方式在1个工位装配完成后，到下1个工位继续装配，无法满足脉动生产的节拍需求;对于动力涡轮类相对质量较大零部件的安装，操作人员难以用托举来完成对其进行位姿调整和对接，使之易发生磕碰，损伤产品的风险较高等。针对上述情况，结合发动机结构特点定制化开发智能装备与智能管控系统集成，实现装配过程质量数据的自动采集、分析、决策和追溯。通过智能化装配应用，提高发动机的装配质量和稳定性。当前主要技术研究重点：（1）航空发动机装配紧固件智能拧紧技术;（2）关重件精密配合力位控制精准压装技术;（3）发动机装配支撑多自由度柔性定位技术;（4）基于AGV移载脉动装配输送对接技术;（5）外部管路AR辅助装配技术;（6）人机协作辅助装配技术;（7）基于机器人自动化涂胶技术;（8）基于水平悬挂式脉动装配输送系统。

结束语

总之，智能化航空装配生产线是借助数字化、智能化、网络化技术，通过集成、仿真、分析、控制等手段，实现航空脉动装配生产线的动态感知、实时分析、自主决策和精准执行。

参考文献：

[1]张森棠，付龙，贺芳.面向航空发动机的数字化生产线探索与实践[J].航空制造技术，2015，37（22）：73-77.

[2]刘超，赵洪丰，胡一廷，等.数字化装配在航空发动机装配中的应用研究[J].航空制造技术，2015，58（21）：46-50.

（作者单位：中航飞机股份有限公司）