飞机工艺装备模块化设计技术的研究

◎王妍

从整体上来看，飞机工艺装备会占据飞机研发制造周期的4 成左右，占据整个研发制造投资成本的3 成左右。在目前的飞机制造过程中，同一系列的部分飞机存在相关零部件可以重复使用，这主要是由于零部件的工艺装备相同，这样就实现了飞机研发制造的快速设计。但目前我国的机械装配技术仍有较大提升空间，与发达国家相比仍然有一定差距，因此需要积极开展这方面的研究，以丰富装配设备和技术种类。

一、传统飞机装配型架的设计分析

飞机的整体结构非常复杂，对于装配要求非常高，由于涉及到的零部件数量庞大，各个零件、系统之间的关联性比较强，这样就使得飞机装配技术比较复杂，而且对技术水平要求较高。在传统飞机装配型架研发过程中，主要涉及到准备环节、方案设计环节、方案调整环节、方案确定环节等方面。技术人员需要根据实际情况对工艺装备的材料、类型、强度等方面开展校对工作，这样做的主要目的是为了提升工艺装备的应用效果，并提高飞机零部件的装配质量并且实现节约材料成本、员工成本和时间成本的目的，全面提高了飞机研制速度。飞机装配型架的种类比较多，需要根据实际情况选择运用何种型号，确保飞机零部件型号与装配型架的相适性，提高装配精准度。在装配型架结构方面通常采用刚性结构，每套型架只用于一个装配对象，所以飞机制造过程中装配型架的数量很多。型架上安装有多个定位器，以保证产品装配的精度和结构的稳定性。

二、装配型架模块化设计分析

型架的模块化设计是基于工装设计的各种数据库的建立和完善，包括标准件库，工艺数据库，工装典型结构库，参数化模型等。模块化设计对提高工装设计效率是一条简单而有效的途径。此外，针对所使用的设计软件开发辅助设计工具，将设计师从烦琐的操作和重复劳动中解放出来，对提高设计效率也是非常有效的。在数据库的开发过程中，应充分考虑目前工装设计的主流平台，使不同的系统能够互相无缝连接。工装模块化设计的前提是首先应对现有工装的典型结构进行分析总结，提炼出具有通用性的标准结构，使这些标准结构能够提前加工储备。当接到订单后能很快地调用数据库中的模块进行型架的结构设计，且仅需加工一些专用定位件，如此可以大大缩短设计、制造周期。

三、模块化工艺装备设计技术分析

模块化装配工艺相比传统装配工艺，区别在于工艺设计人员根据装配要求提前参与设计人员的产品设计工作，协助设计人员进行面向装配工艺流程的产品模块划分，使实物的部组件构成与设计的部组件定义保持一致，遵循装配模块定义原则定义整机装配模块，依据工艺总方案仿真验证装配模块之间的交付关系，最终构建装配结构树。在装配结构树中定义每个装配模块实际生产活动所需的产品设计模块、工装、工具与设备、装配关系、人员、生产周期、质量要求等信息，使装配结构树成为企业开展生产组织、成本管理、项目管理、质量管理活动的支撑平台。且装配模块是生产结构中相对独立的单元，能够独立装配，可以通过更新迭代自身性能来升级产品整体性能，而不会影响到产品其他模块。装配模块还拥有一些相同的几何连接口以及输入、输出端口，相同属性的模块在产品系列中可以重用和互换。装配模块的这些特性使得以装配模块为单位进行工艺设计活动生成的装配指令也具备独立、通用的特性，针对这些特性提出装配指令库管理的应用思路。飞机设计构型管理人员根据客户需求创建构型配置，再依据装配指令与其生产对象之间的关联关系，在装配指令库中用程序匹配出与构型配置相匹配的装配指令用于生产。

模块化装配可以减少大量的零散零件，可以变串行装配为并行装配，使飞机装配过程朝整洁、系统化发展，提高飞机装配效率，减少协调关系，最终提升产品质量，缩短研制周期。多元化的客户需求，导致飞机产品存在大量的改进和改型，甚至出现同型号飞机不同架次都有可能不同，进而衍生出系列化产品。以飞机众多生产活动中的工艺准备工作举例，当飞机构型配置发生变化时，采用非模块装配工艺技术，需要完全重新针对新构型产品数据进行一整套的飞机改型装配工艺设计，涉及装配站位的重构，甚至有可能会重新研制一套装配工装、工具；采用模块化装配工艺技术，只需要针对新的产品设计模块进行工艺设计，产生新的装配模块，根据构型配置复用未发生变化的装配模块，从而进行装配站位调整最终完成新型号飞机的装配工艺设计工作。

四、航空工业企业的工艺装备模块化应用分析

如果模块实例的形状结构和各个零、部件有相似性，而零、部件的出现和排列组合特征没有，符合零、部件及其排列组合情况，综合各种设计情况，结合专家方案构思，完成综合工作；如果模块实例的各个零、部件和零、部件的出现和排列组合有相似性，而形状结构特征没有，综合形状结构设计特点，符合零、部件及其排列组合情况，结合专家方案构思，完成综合工作。在飞机研发制造整个环节中，装配属于比较靠后的步骤，但其装配准确度和效果会对飞机制造产生重要影响。一旦装配出现质量问题，不仅会导致局部零件或系统出现故障，甚至会引起整个飞机制造质量问题。在工艺装备模块化设计技术条件下，可以使飞机装配更加流畅、安全，能够降低由于零部件质量不过关或者装配不当引发的安全风险。而且在装配过程中，还能够发现零部件和工艺装备模块化设计中存在的问题，这样可以及时进行调整，从而提高飞机研发制造质量。

结语：飞机的工装（工艺装备）在航空工业企业中是非常重要的，其整体水平会直接反应企业的研发制造水平。相关部门的研究人员要对其有足够的重视，要意识到在飞机制造过程中，工艺装备的设计制造是关键环节，会对整个飞机生产制造产生重要影响。在实际工作中，要不断探索创新出先进的工艺装备技术，真正提高飞机工装的模块化设计水平，从而提升航空工业企业的经济效益和市场竞争力，推动航空制造业的可持续发展。