飞机及机翼自动化装配技术研究

石薇 刘鹏厚

摘 要：随着工业的迅速发展，飞机的装配技术由人工装配，逐渐发展成半自动化再到数字化装配。飞机的装配需要精准性和互换性，而数字自动化装配技术要依据飞机的整体设计，零部件生产，数字化协调以及数字化测量和检测。缘于飞机机翼装配时的复杂和需要高精准度，须探究机翼的数字化调整及水平测量方式，避免出现误差。数字自动化装配技术代表着智能装配成为我国新的研究方向。

关键词：飞机;机翼;自动化装配技术;探究

引言：飞机装配的过程涉及多个知识领域，需大量的工作人员来共同完成，装配的质量绝对着飞机整体的质量。将零件依据技术指标实行衔接组合形成装配件是飞机的装配过程。其自身产品的零部件較多，结构复杂，需投入大量的劳动力和物力，要保障飞机的平稳性和安全性，采用数字自动化装配，运用数字传递协调机翼装配。

一、机翼自动化装配技术

历经近二十年的研究和开发，欧美等发达国家在飞机自动装配技术上逐渐成熟。飞机自动装配技术包括数控柔性定位技术，数控孔技术，数字测量技术及计算机软件等许多先进技术和设备，是机械，电子，控制和计算机的先进集成。飞机装配与数字化和信息技术相结合，将传统的模拟量传输方式转换为数字量传输方式，实现了飞机装配的数字化，灵活性，模块化，自动化和信息化，成为飞机数字装配技术领域的中坚力量。飞机组件的主要工作范围包括对接机身部分，对接机翼和机身，对接水平和垂直尾翼和机身，安装起落架，安装发动机和系统。飞机组装过程中使用的主要技术设备包括柔性定位器，激光跟踪仪，自动钻机，车间地面运输车辆，空中吊装和运输系统以及集成控制系统。

国外应用数字自动化技术相对于国内较早，在国外装配飞机机翼的测量，生产，定位等已经完全实现数字化，受他们的影响，我国也积极研究发展自动化技术，数字化铆接等。

（1）互换协调。

保障生产，工装和产品之间的协调互换尤为重要，协调互换的方式是运用数控加工生产出达标的部件外形和定位元素。在整个机翼的装配过程中，测量最为主要，最后检验是否合格就是根据测量数据判别，而数字化测量可以提高测量结果的精确度，装配过程中，全方位的实时监测，例如GPS，激光雷达等都为常用的测量技术。而且，还会减少人为接触，降抵了人员工作量，大大提高了效率。虽然现在实现了数字自动化技术，但还是存有很多技术方面问题和一些部件的质量问题，况且飞机装配本身就是难度系数较大的工作，还需要结合软件进行研究分析。

（2）工艺装配与仿真。

飞机由上千万的零件构成，以及用到了同样多的工装，夹具，所以在操作中要做到仔细，精确。合理规划分析装配工艺可解决过程中失调，干涉，撞击等问题。提升装配速度和质量是关键。根据标准要求，建立工艺装配的方法和技术规范，包括预装配标准，模型建立，空间运动干涉规范，工作管理规范等。

对于装配生产，可以应用仿真软件建立动画模型，;针对需要文字的指令配备详细分解说明。工作人员可以根据软件的功能来解决装配零件与工装间存留的细节问题。

（3）机翼的柔性装配。

柔性装配技术是依据产品尺寸和数字控制完成产品的装配。它去除了传统制造装配的高成本，周期长且模式单一的缺陷。与现代化自动设备和工业机器人相结合，大幅度提高了装配效率和精准度。

因为机翼的形状，大小各不相同，柔性装配方式也略有不同，可分为翼盒数字化装配，前后缘类装配以及数字化对接。第一个装配类型是以平台移动为基础，联合激光定位系统来实现翼盒类部件装配。前后缘类装配是根据机器人的钻孔和柔性定位子系统来完成的。最后数字化对接则运用支撑构造，调节机翼在不同时段的方位来保障机翼装配。

（4）柔性定位。

运用柔性定位技术，在装配中可适应部件的结构变化，降低了刚性定位时不能躲避的应力。传统的定位是依据工艺孔的交点或者基准面实现定位，但这样导致工作繁琐，效率极低。而柔性定位结合了模块设计，同时可以调换不同的定位头，因此变得更加灵活实用。但是这样的柔性定位机构需要考虑结构的合理性，是否便于调整，是否适应孔及基准面的变化。有很多航空公司在设备上装配了多自由度伺服定位机构，它可以同时调整多个产品坐标，定位更加准确，这类的设备虽然已在市场发展的较为成熟，但生产成本过高，部分资源得不到有效利用。

二、机翼的自动化装配技术应用现状分析

从目前来看，我国新型飞机的牵引对飞机总装配的自动化技术，例如大部件对接、全机检测等技术进行的攻克，运用了柔性定位器、自动钻孔、激光跟踪仪、运输车等设备。通过查阅和收集国内外资料对比和分析了国内外自动化装配技术，国内的自动化装配技术的使用范畴已从简单组件装配拓展至大型且复杂的部件对接，并且掌握了自动化总装配中的关键技术，但是有待在装配生产线方面取得进展，为以后可以打造完整的自动化装配线奠定了良好基础。

新型飞机机翼的材料选用已将整体机加壁板替代了传统的铆接壁板，材料的使用上不仅提升了机翼的气动性和载重能力，而且还延长了机翼的使用寿命。伴随我国科技的创新，传统的外形和结构已不能满足新型式飞机的需求，在壁板的生产和装配上都提升了难度。现阶段国外的大多生产厂家大多采纳自动装配，靠计算机控制的定位器来调整衔接机翼的位姿。例如柔性装配技术，在波音机上应用广泛。

模拟量传递作为传统的飞机装配基础，工装设计不够新颖，使型架更加复杂又重，测量仪器也没有统一规范，已经严重阻碍装配的质量和飞机设备研制的进程。国内经过科研人员的不懈努力，在飞机设备的生产制造和数字化技术的研究上取得了很大成功，也都得到了实践应用。但更多的装配技术还处于设计实验阶段，与国外相比还有差距。所以还需要不断地研究创新有关数字化装配技术，为航空部门的全面发展提供了有效依据。

三、测量机翼的方式及飞机自动化装配方法

测量飞机机翼的方式可分为俩种，水平点测量和交点测量。运用传感器测量水平点，工业机器人直线位移传感器是将机器人平移至目标下方，随后传感器的探头升起，直至接触到飞机机翼的目标测量点，显示水平数据后继续移动机器人到下一测量点，整个过程完成以后，比对测量值判定飞机机翼是否达到水平。

机翼的的端面作为交点测量点，需要结合数字自动化技术，可选用的工具为激光跟踪仪。它是一种非接触式光学测量仪，主要由激光干涉装置和角度编码器构成。开始测量前，先设置跟踪仪的测试坐标为机翼的装配坐标。激光跟踪仪会在规定的范围内做旋转运动，检测被测量点的坐标，得到相关数据。要精准完成空间的平面和曲面的测量，运用辅助机器人对机翼外形进行自动测量，将机器人安装在移动导轨上，在工具顶端安装激光仪，伺服系统控制辅助机器人运动完成扫描任务。

在有关飞机自动化装配中，波音等公司运用了先进的装配方式，比如决定性装配，以骨架进行自动化装配。决定性装配又叫做DA装配，它零件以预先选定的形式实行装配，不需要繁琐的测量及定位工具，有点是可以减少成本，缩短生产周期。决定性装配存在以下特征：运用零件或组件间的空间关系;重点特征在工程设计时来定义;重点特征依靠数控机床在一定时间来制造零件。决定性装配保证了装配的质量和配件的一致性，除了减少了产品研制和改型的费用，还大大减少了装配工作量。

以骨架为基准来实行自动化装配，其本身大量用于骨架结构和机翼机身的壁板，这种装配方式优势在于用精确的骨架外形来装配壁板，这样壁板可被束紧带紧压，简化了工装，省去了工装费用，这种方式需要高精度、刚度的骨架，同时要控制壁板厚度的误差，否则会直接影响外形公差。

四、飞机装配自动化技术发展方向

就大型飞机的装配而言，不论是从技术角度看还是管理角度看，其都是一个很难被攻克的难题，依照制造飞机的全局考虑，目前飞机总装生产线的发展方向，无论是移动还是脉动，都是从生产方式或者布局方面的改善，主要运用提高飞机总装的生产效率，缩短生产周期。所以，要怎样提升飞机总装生产的协调性，提高工作质量，使装配达到智能化、高精度，使生产过程中愈加稳定，成为自动化装配技术改进和提升的难题。

依据国内先进的飞机自动化装配技术应用情况来看，未来飞机自动化生产线应从数字化装配、测量技术、自动化技术等方面重点研究，并慢慢推广和使用。

（1）装配自动化对接平台

飞机最终组装对接是飞机制造中的关键环节，并且在此阶段积累了初始零件制造和零件组装。飞机组装的主要工作范围包括对接机身部分，对接机翼和机身，对接水平尾翼和垂直尾翼和机身，安装起落架和安装发动机。用于最终组装的主要过程设备包括柔性定位器，激光跟踪器（或iGPS），自动钻孔设备，车间地面运输工具，空中吊运系统和其他设备，以及整个控制系统。

波音公司使用的自动定位和校正系统主要包括机械传动，离散点扫描系统，激光雷达检测表面力分配系统，综合分析控制系统，离散点扫描技术和飞机的激光检测表面力分配技术。这是已申请专利的最终组装。

（2）飞机移动系统

使用飞机组装移动生产线技术可以实现低成本，高质量和快速响应的飞机产品制造，这对于中国下一代大中型飞机的开发和批量生产非常重要。飞机的移动系统包括整个飞机的运动（正常站运动，一般应急站位置转换），主要是气垫运输技术，AGV手推车运输技术以及组件运动技术，包括激光跟踪仪测量和定位技术。

波音公司采用的移动装配线技术将飞机放置在生产线上，车轮通过传送链移动，从而使飞机可以沿着生产线移动和组装。射频信号的实时传输可实现对飞机移动装配生产线的远程控制，并监视飞机的运动。

大中型飞机的设计球重超过40吨，仅机身重量超过20吨。考虑到安全性，仅靠一般的牵引力很难解决这个庞大的运动问题。由于大型飞机的生产线是以脉动生产模式执行的，因此要考虑飞机在每个工位（正常和紧急情况）的运动，并且与大型平台结合使用时，必须考虑安全性，灵活性和运动便利性。建造和建造激光测量系统，数字零件运动体的研究非常重要。

因此，需要使用AGV小车和气垫悬挂移动技术来运输整个机器和大型零件。AGV手推车移动不受限，可以自动放置和旋转，采用气垫移动技术，配备灵活的装配支架（根据不同的部件形状进行调整），并使用激光跟踪仪引导移动定位系统可以测量和放置。整机运输和大型零件运输。

机身和機翼各部分的专用支撑工具与标准的模块化运输系统结合在一起，形成部件支架。在飞机装配站工作时，部件移动技术用于实现飞机或部件和飞机在装配站的平稳移动。您可以快速安全地放置工具，并在飞机移动时清空整个工具。在航空航天领域，许多气垫运输技术和先进的测量定位技术（iGPS）与数控技术相结合，实现了大型零件的运输和装配，大大提高了装配的工作效率和装配质量。

结语：当飞机机翼完成装配之后，在满足机翼水平测量的高度时，还需确定机翼是不是满足与装配零件间的装配准确度以及二者的位置精度。联合现有的数字自动化技术与软件技术，对机翼的装配，调试进行分析，具体优化，达到使用要求。数字化技术展现了航空发展方向，为提高装配飞机的效率和质量，必定要研制成本低，质量高，多种类的设备，同时会改变我国航空设备生产的观念性，克服我国在飞机研发装配技术中的缺陷，完成航空技术领域的伟大突破。

参考文献：

[1]郑文利.飞机数字化装配定位技术研究[J].科技视界，2017（36）：111+106.

[2]周娟勤.飞机机翼前缘与缝翼数字化装配协调技术研究[J].内燃机与配件，2017（10）：124-125.

[3]齐鹏斌，薛兰珠.飞机机翼前缘与缝翼数字化装配协调技术研究[J].中国科技信息，2015（01）：15-16.