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      飛機(jī)由幾萬甚至幾十萬個(gè)零部件 組成，在結(jié)構(gòu)上劃分為機(jī)身、機(jī)翼、 垂直尾翼、水平尾翼、襟翼、副翼、升 降舵、發(fā)動(dòng)機(jī)舵、艙門、口蓋等。飛 機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸大，外形復(fù)雜，其結(jié)構(gòu)件主要是鈑金件或復(fù)合材料壁板件組 成的薄殼結(jié)構(gòu)，特點(diǎn)是形狀復(fù)雜、連 接面多、工藝剛性小，在加工、裝配 過程中都會(huì)產(chǎn)生變形。

      飛機(jī)裝配是飛機(jī)制造過程的主要 環(huán)節(jié)。飛機(jī)裝配過程就是將大量的飛 機(jī)零件按圖紙、技術(shù)要求等進(jìn)行組 合、連接的過程，分為部裝(零件一組 合件一段件一部件)和總裝(各部件一 全機(jī)身)。飛機(jī)的設(shè)計(jì)制造難度大，周 期長(zhǎng)，不僅表現(xiàn)在它的零件數(shù)控加工 量大，而且表現(xiàn)在它的裝配復(fù)雜性和 難度。飛機(jī)的裝配工作量約占整個(gè)飛 機(jī)制造勞動(dòng)量的40% ~ 50%(—般的 機(jī)械制造只占20%左右)。裝配型架 的制造和安裝精度對(duì)保證飛機(jī)的裝配 質(zhì)量有十分重要的意義。

      飛機(jī)零件加工與裝配的每一個(gè)環(huán) 節(jié)的好與壞，都會(huì)直接影響整架飛機(jī)的性能指標(biāo)。隨著我國航空工廠近年 來引進(jìn)了大量先進(jìn)的數(shù)控機(jī)床，飛機(jī) 零件數(shù)控加工能力得以大大加強(qiáng)，飛 機(jī)零件的制造周期大大縮短了，加工質(zhì)量也大大提髙了。但是飛機(jī)的部件裝配與全機(jī)身裝配仍然沿用原來的傳 統(tǒng)方法，與先進(jìn)的數(shù)控加工手段形成 了強(qiáng)烈的反差。飛機(jī)的裝配技術(shù)已成 為制約我國飛機(jī)快速研制的巨大障 礙。隨著飛機(jī)性能要求的提高，交付周期的縮短，更新?lián)Q代越來越頻繁 等，對(duì)飛機(jī)的裝配技術(shù)提出了更高的 要求。

     自上世紀(jì)90年代初波音公司的 B777采用無紙化設(shè)計(jì)開始全面實(shí)施 飛機(jī)數(shù)字化制造技術(shù)以來，數(shù)字化裝 配技術(shù)在西方航空發(fā)達(dá)國家發(fā)展迅 速，是近年來國外先進(jìn)飛機(jī)制造公司 提出的面向制造和裝配的并行設(shè)計(jì)理念關(guān)鍵的一環(huán)。數(shù)字化裝配技術(shù)集成了虛擬裝配技術(shù)、無型架裝配技術(shù)、 柔性裝配工裝技術(shù)、激光定位技術(shù)和 自動(dòng)鉆鉚技術(shù)等自動(dòng)化裝配技術(shù)。

      進(jìn)入90年代，人們?cè)絹碓街匾曪w 機(jī)的裝配技術(shù)。最為著名的有歐洲 JAM(Jigless Aerospace Manufacture)、歐洲 ADFAST (Automation for drilling, fastening, assembly, systems integration, and tooling)等研究項(xiàng)目。

      軍機(jī)的研制方面，波音公司應(yīng)用數(shù)字化裝配技術(shù)，通過采用根據(jù)零部 件關(guān)鍵特征信息，以較少的安裝工作 快速定位不同零部件的確定性裝配技 術(shù)(Determinant Assembly),取消了 巨大的裝配型架，以一種通用支架作為支撐樣機(jī)的主要工裝，利用4臺(tái) Zeiss激光跟蹤儀對(duì)部件進(jìn)行空間定位，來完成裝配工作。

       在數(shù)字化連接裝配技術(shù)上，國內(nèi)在數(shù)字化連接裝配技術(shù)上，國內(nèi)有一些型號(hào)利用數(shù)模作為樣板，并在型架安裝和檢修中基于數(shù)模采用了激 光跟蹤和CAT (計(jì)算機(jī)輔助經(jīng)緯儀） 技術(shù)。在軍機(jī)研制和轉(zhuǎn)包生產(chǎn)項(xiàng)目 中，各主機(jī)廠都不同程度地采用了這種技術(shù)。

       洛克希德、馬丁公司在先進(jìn)軍機(jī) 研制中采用了 “柔性裝配技術(shù)”，應(yīng) 用激光定位、電磁驅(qū)動(dòng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)精 密鉆孔，不僅降低了鉆孔出錯(cuò)率，而且大大減少了工具和工裝。在F-35 的研制和生產(chǎn)過程中，洛克希德•馬 丁公司采用了先進(jìn)的模塊化柔性自動(dòng) 化裝配工藝和系統(tǒng)，該裝配系統(tǒng)是一 個(gè)作為裝配工藝的一部分而無縫集成 的全系統(tǒng)，集成了包括制孔、锪窩、 鉚接等裝配技術(shù)和設(shè)備，還包括數(shù)據(jù)的收集、設(shè)備安全保障、控制過程的 監(jiān)測(cè)、裝配仿真建模等功能，縮短飛 機(jī)裝配制造周期2/3，單機(jī)由15個(gè)月 縮短至5個(gè)月，而工藝裝備則由350 件減少到19件，同時(shí)，制造成本降低一半，從訂貨到交忖僅用一年時(shí)間， 最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)每日生產(chǎn)一架。

       在民機(jī)研制方面，空客公司為在 2005年實(shí)現(xiàn)每月生產(chǎn)38套機(jī)翼，在 機(jī)翼翼盒自動(dòng)裝配研究項(xiàng)目的第二期 (AWBA II，1998年啟動(dòng)，為期2年） 中考慮了多種柔性裝配技術(shù)，以便降 低機(jī)翼裝配成本和縮短裝配周期。 AWBA II項(xiàng)目集成了測(cè)量、定位、夾 緊、送料、機(jī)器人鉆孔等技術(shù)，研制 出一臺(tái)8 . 5m高的柔性裝配單元樣 機(jī)，并已通過A380上某機(jī)翼肋板的 加工測(cè)試。

       波音公司的精確機(jī)身裝配AFA 和機(jī)身裝配改進(jìn)團(tuán)隊(duì)FAIT采用快速 組合(Snap-together)裝配技術(shù)，通 過“超級(jí)壁板”上的精密孔，借助激 光安裝與定位調(diào)整使得“超級(jí)壁板” 與其他零件實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位，從而簡(jiǎn)化 了裝配工裝夾具。1999年11月波音 公司交付了首架采用該技術(shù)的B747 客機(jī)。

       目前，國內(nèi)仍大量采用 基于模擬量協(xié)調(diào)體系、以傳 統(tǒng)裝配型架為主的裝配工 裝，數(shù)字化工裝的設(shè)計(jì)和應(yīng) 用水平還較低，特別是軍機(jī)的裝配，還采用固定工裝型 架、以手工裝配為主的方 法，飛機(jī)數(shù)字化柔性裝配研 究和應(yīng)用基本處于空白。

       通過“九五”、“十五” 期間對(duì)國外先進(jìn)工藝技術(shù) 的跟蹤和學(xué)習(xí)，國內(nèi)在數(shù)字 化設(shè)計(jì)制造技術(shù)上有了明 顯的進(jìn)步，在產(chǎn)品數(shù)字化定 義技術(shù)上取得了一定的成績(jī)，逐漸樹立了 “設(shè)計(jì)面向制造”的設(shè)計(jì)理念。在一些先進(jìn)的單項(xiàng)工藝技術(shù)上開 展了研究工作，如自動(dòng)化制 孔和鉚接技術(shù)、自動(dòng)化定位 及檢測(cè)技術(shù)等，并在工裝上 作了適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)，在民機(jī)轉(zhuǎn) 包和民機(jī)生產(chǎn)方面部分采用了自動(dòng)化裝配技術(shù)，這些工作為我國開展柔性裝配技術(shù)的研究提供了一 定的研究基礎(chǔ)。

       造成我國目前飛機(jī)交付周期長(zhǎng)和 裝配質(zhì)量差的技術(shù)原因主要是：

      (1)     飛機(jī)構(gòu)件的種類多、結(jié)構(gòu)復(fù) 雜、部件連接件極多，需要大量的裝 配型架。每一次新機(jī)研制或改型均會(huì)產(chǎn)生大量的部件裝配設(shè)計(jì)和制造任 務(wù)，尺寸調(diào)整復(fù)雜困難，嚴(yán)重影響飛 機(jī)的交付周期；

      (2)     由于飛機(jī)的部件與全機(jī)身裝 配的自動(dòng)化水平低，嚴(yán)重影響了飛機(jī) 的有效裝配時(shí)間和加工質(zhì)量的一致性，裝配效率低；

       (3)     模擬量移形技術(shù)協(xié)調(diào)問題多， 約占整個(gè)新機(jī)研制技術(shù)問題的80%， 嚴(yán)重影響周期；

       (4)     由于工裝制造精度要比產(chǎn)品 精度高2倍，周期約占新機(jī)研制周期 的2/3，一架飛機(jī)大約有50000〜 60000項(xiàng)工裝，制造工時(shí)約相當(dāng)于試 制1架飛機(jī)的6倍，費(fèi)用占新機(jī)研制 費(fèi)的25%左右，并且管理復(fù)雜。

       數(shù)字化柔性裝配是建立在計(jì)算機(jī)數(shù)字信息處理平臺(tái)上的融合飛機(jī)的全 數(shù)字量協(xié)調(diào)體系，應(yīng)用計(jì)算機(jī)信息技 術(shù).數(shù)字控制技術(shù)，采用各種數(shù)控裝 配工具，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化夾持、制孔、鉚

接和無縫校準(zhǔn)對(duì)接，完成組件、部件和機(jī)身的裝配連接等的綜合性系統(tǒng)工 程。柔性裝配技術(shù)能適應(yīng)飛機(jī)部件品 種規(guī)格、批量、裝配工藝、場(chǎng)地和時(shí) 間的變化要求，在有限的場(chǎng)地內(nèi)快速完成裝配任務(wù)，達(dá)到優(yōu)質(zhì)、高效、低 成本、節(jié)省時(shí)間。先進(jìn)的飛機(jī)柔性裝 配技術(shù)是保證飛機(jī)部件和飛機(jī)整體性 能的關(guān)鍵技術(shù)之一。飛機(jī)裝配有如下特點(diǎn)。

        (1)     大量薄壁板零件存在彈性變 形，但還要保證飛機(jī)嚴(yán)格的氣動(dòng)外 形；

        (2)     結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零件和連接件數(shù) 量巨大；

        (3)     需用特殊的工藝裝備來保證 裝配的準(zhǔn)確度；

       （4）  技術(shù)涵蓋面寬，需要管理的信息量大。

        飛機(jī)的數(shù)字化柔性裝配是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，其數(shù)字技術(shù)貫穿于飛機(jī)裝配 的全過程，計(jì)算機(jī)信息技術(shù)占有很重 要的地位。數(shù)字化柔性裝配技術(shù)的應(yīng) 用是當(dāng)前國內(nèi)外飛機(jī)制造業(yè)數(shù)字化制 造的大趨勢(shì)，不僅能夠克服傳統(tǒng)飛機(jī)制造（模線_樣板法）模擬量協(xié)調(diào)體系下裝配工裝應(yīng)用單一、制造周期 長(zhǎng)、制造費(fèi)用高、協(xié)調(diào)需要大量實(shí)物 工裝等缺點(diǎn)，而且，通過與自動(dòng)化制 孔設(shè)備、數(shù)控鉆鉚機(jī)或自動(dòng)鉚接設(shè)備 和工業(yè)機(jī)器人等自動(dòng)化設(shè)備的集成，可以組成數(shù)字化柔性裝配系統(tǒng)。

         飛機(jī)的裝配一般分為4個(gè)階段：裝配設(shè)計(jì)、裝配準(zhǔn)備、裝配進(jìn)行、裝配測(cè)試，各個(gè)階段有相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù) 來支撐，確保整個(gè)飛機(jī)裝配的高效和 高質(zhì)量。

        1飛機(jī)裝配工藝技術(shù)

        飛機(jī)裝配工藝技術(shù)是研究飛機(jī)裝配的基本結(jié)構(gòu)的技術(shù)，如機(jī)翼、蒙皮 壁板和機(jī)身等，對(duì)幾種裝配構(gòu)建模式進(jìn)行分析，如蒙皮封裝、長(zhǎng)桁類零件、 隔板懸掛導(dǎo)軌流水線、氣動(dòng)工具、可 重構(gòu)模塊工裝、模塊化子裝配系統(tǒng)和 直接作用機(jī)翼箱體等。該研究提出了 幾何特征分類法，具體有外形控制、輪廓控制、方向控制、避讓控制、定位控制等?？偨Y(jié)了3種關(guān)鍵特征：

•產(chǎn)品關(guān)鍵特征（PKCs)

產(chǎn)品的幾何特性和材料屬性，此特征極大地影響產(chǎn)品的性能、功能和裝配成形。

•裝配關(guān)鍵特征（AKCs)

產(chǎn)品、工具、夾具裝配階段的特征，此特征極大地影響下一個(gè)裝配過程的產(chǎn)品關(guān)鍵特征的實(shí)現(xiàn)。

•制造關(guān)鍵特征（MKCs)

制造過程參數(shù)或工件工裝特性，此特征極大地影響零件特性層面的產(chǎn)品或裝配過程關(guān)鍵特征的實(shí)現(xiàn)。

      飛機(jī)在進(jìn)行裝配前必須進(jìn)行部件 的固定，以保持良好的飛機(jī)動(dòng)力學(xué)外 形，這一切要靠工裝來實(shí)現(xiàn)，所以工 裝技術(shù)是飛機(jī)裝配技術(shù)的基礎(chǔ)。按裝 配工裝的結(jié)構(gòu)和性能可分為：常規(guī)工裝、模塊工裝、柔性工裝、CNC控制 工裝。

    多點(diǎn)成形技術(shù)是柔性工裝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，其基本思想是采用離散的點(diǎn)來擬合飛機(jī)裝配部件的三維型面，即以點(diǎn)代面。采用柔性工裝，可以使飛機(jī) 裝配型架制造周期大大縮短，并可取 代大部分固定裝配型架。利用它的可重構(gòu)性，一套柔性工裝可以裝配多種飛機(jī)零件。

       固定飛機(jī)薄壁板蒙皮一般采用2 種工裝形式，一種是X、F平面固定 點(diǎn)陣式靜態(tài)工裝，另一種是行列可移動(dòng)式動(dòng)態(tài)工裝。兩者的基本元件是長(zhǎng) 度可調(diào)節(jié)的支撐夾持單元，其高度位 置采用數(shù)控伺服進(jìn)行控制，最終使工裝系統(tǒng)呈工件理論外形分布。

       柔性工裝系統(tǒng)由許多高度可調(diào)節(jié) 的支撐單元組成，其定位支撐體可以 安裝不同的操作頭，以滿足不同的部 件固定要求。為了可靠支撐夾持飛機(jī) 的裝配部件，夾持力必須是可調(diào)的，其夾持狀態(tài)的打開、關(guān)閉必須通過計(jì) 算機(jī)的程序控制，以適應(yīng)不同的飛機(jī) 壁板類裝配件。

      在飛機(jī)裝配的準(zhǔn)備階段，裝配部 件和裝配工裝系統(tǒng)的位置測(cè)量的準(zhǔn)確性直接影響飛機(jī)裝配的成敗。飛機(jī)的 裝配部件尺寸大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，不易采 用三維位置測(cè)量。激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng) 是解決這一難題的最好手段。它具有測(cè)量精度高、測(cè)量尺寸大、安裝操作方便、可移動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用干 飛機(jī)的裝配工作中。

      激光跟蹤定位測(cè)量系統(tǒng)可以通過 以太網(wǎng)與系統(tǒng)計(jì)算機(jī)相連，由激光跟 蹤定位系統(tǒng)測(cè)量裝夾后的裝配部件的 一些基準(zhǔn)點(diǎn)，獲得的測(cè)量數(shù)據(jù)經(jīng)過處 理單元處理后，直接反饋到系統(tǒng)計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)再對(duì)實(shí)際裝配位置與精確 數(shù)學(xué)模型的位置進(jìn)行比較，獲得部件 裝配位置的修正值。這樣就可以將部 件數(shù)學(xué)模型與其實(shí)際裝配位置統(tǒng)一起 來，確定裝配參考坐標(biāo)系。

        計(jì)算機(jī)數(shù)字控制技術(shù)是飛機(jī)實(shí)現(xiàn) 數(shù)字化柔性裝配的基礎(chǔ)，它將完成飛機(jī)裝配過程中所需各種運(yùn)動(dòng)部件 的精確定位和制孔、鉚接，實(shí)現(xiàn)工裝 系統(tǒng)對(duì)飛機(jī)裝配部件的可靠固定，保證飛機(jī)裝配外形與數(shù)字化樣機(jī)的一致 性。柔性裝配系統(tǒng)包括面向裝配的設(shè) 計(jì)系統(tǒng)、工藝數(shù)據(jù)準(zhǔn)備系統(tǒng)、人機(jī)界 面、軸和邏輯控制、三維激光測(cè)量、 制孔鉚接單元、移動(dòng)定位平臺(tái)、緊固件送料單元和柔性工裝系統(tǒng)等。

       飛機(jī)柔性裝配的電氣控制是一種 典型的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)字控制系統(tǒng)，采用了 TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線技 術(shù)。飛機(jī)柔性裝配電氣控制系統(tǒng)的上 層有面向裝配的飛機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)和裝配 工藝數(shù)據(jù)準(zhǔn)備系統(tǒng)。下層有移動(dòng)定位 平臺(tái)、工裝系統(tǒng)、制孔鉚接單元等。移動(dòng)定位平臺(tái)本身是一個(gè) 五坐標(biāo)伺服控制裝置，而柔性 工裝系統(tǒng)采用了更多的位置伺 服軸，少則幾十根，多則上百 根。這種系統(tǒng)是信息技術(shù).驅(qū)動(dòng) 技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、邏輯控制. 過程控制的融合體。

        在飛機(jī)裝配中引人機(jī)器人 可以提高裝配系統(tǒng)的靈活性和可達(dá)性，配合各種終端執(zhí)行器 可以實(shí)現(xiàn)各種不同的裝配作業(yè)， 如自動(dòng)化鉆孔和鉚接。但由于 機(jī)器人的定位屬于半閉環(huán)控制，定位精度不高，不適應(yīng)飛機(jī)裝配中高 精度制孔。近年來，由于采用了嵌人式控制 方法，三維激光跟蹤儀可以通過計(jì)算機(jī)和機(jī)器人集成起來，實(shí)時(shí)快速監(jiān)視機(jī)器人的空間位置方向，確定機(jī)器人 的三維絕對(duì)位置，達(dá)到機(jī)器人全閉環(huán) 控制的效果。這樣就大幅度提高了機(jī) 器人的定位精度，其全工作空間精度 可達(dá)到0.05mm，完全能勝任飛機(jī)的.

     移動(dòng)定位平臺(tái)用于安放制孔鉚接 單元，實(shí)現(xiàn)制孔鉚接單元的位置和沿蒙皮法線方向的定位，解決大尺寸空 間的精確定位，應(yīng)具有良好的剛度。在滿足系統(tǒng)功能的前提下，盡可能考 慮裝配部件的尺寸對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性能的 影響。定位平臺(tái)一般需要5個(gè)自由度以上。

      飛機(jī)柔性裝配的過程復(fù)雜，有工 裝、制孔、鉚接、送料等裝置的參與， 大部分的裝配路徑復(fù)雜，裝配面不開 敞，所以在飛機(jī)部件正式裝配之前， 必須對(duì)飛機(jī)裝配的全過程進(jìn)行必要的仿真和校驗(yàn)，以檢查自動(dòng)化裝配過程的準(zhǔn)確度和可靠性，保證裝配的萬無 一失。裝配仿真系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能：

      (1)       設(shè)備對(duì)象特征建模；

      (2)       運(yùn)動(dòng)軌跡建模；

      (3)       數(shù)控程序后置處理；

      (4)       動(dòng)態(tài)三維仿真；

      (5)       碰撞干涉檢查。

      一般，仿真系統(tǒng)輸入的數(shù)據(jù)包括飛機(jī)構(gòu)件三維 數(shù)學(xué)模型、柔性 工裝模型、裝配 工藝參數(shù)、裝配 特征樹等數(shù)據(jù)。

       經(jīng)過該仿真系統(tǒng)處理，將產(chǎn)生裝配全過程的三維動(dòng)態(tài)仿真，柔性工裝支撐 夾持單元的種 類、布局及它們 的調(diào)節(jié)位置高 度數(shù)據(jù)，生成裝配過程控制程序，顯示裝配工裝系統(tǒng) 的生成時(shí)間\飛機(jī)部件的裝配時(shí)間以 及裝配操作性、安全性的檢查評(píng)估報(bào)告。裝配仿真控制技術(shù)是飛 機(jī)柔性裝配系統(tǒng)的數(shù)字化支 撐平臺(tái)技術(shù)，可保證裝配系統(tǒng)的高柔性、高可靠性、高 效率等性能的最大限度的發(fā)揮。

        數(shù)字化柔性裝配是飛機(jī) 數(shù)字化制造的一個(gè)重要環(huán) 節(jié)，它保證了飛機(jī)裝配過程中飛機(jī)三 維數(shù)字化樣機(jī)的幾何外形數(shù)學(xué)模型的 唯一性和一致性，對(duì)提高裝配效率和裝配質(zhì)量，降低出錯(cuò)率，降低飛機(jī)的 制造和裝配成本，縮短研制周期有著 十分重要的意義。在飛機(jī)目標(biāo)成本控 制下，數(shù)字化柔性裝K技術(shù)可以滿足 用戶所要求的全部性能指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)性能成本比的飛躍。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)、數(shù)控技術(shù)和智能機(jī)器人技術(shù) 在飛機(jī)裝配中的全面應(yīng)用，面向數(shù)字 化裝配的裝配工藝技術(shù)日益完善和成熟，已經(jīng)涌現(xiàn)出各種高效先進(jìn)的自動(dòng) 化裝配設(shè)備。數(shù)字化柔性裝配工裝的 出現(xiàn)，使飛機(jī)裝配占用場(chǎng)地、裝配過 程的人工干預(yù)大量減少，從而降低了 裝配成本，提高了裝配質(zhì)量，縮短了裝配周期。數(shù)字化柔性裝配技術(shù)的應(yīng) 用將推動(dòng)全球飛機(jī)制造業(yè)向模塊化、 集成化、智能化、經(jīng)濟(jì)化、綠色化的 方向發(fā)展。

        我國的數(shù)字化柔性裝配技術(shù)剛剛 起步，有些方面還處于空白，數(shù)字化 柔性裝配技術(shù)將極大地促進(jìn)我國飛機(jī) 制造業(yè)的發(fā)展。具體表現(xiàn)在：

(1)      模擬量協(xié)調(diào)將被數(shù)字量協(xié)調(diào) 所取代；

(2)      裝配場(chǎng)地面積和裝配工裝的 數(shù)量將大大減少；

(3)      飛機(jī)裝配的數(shù)字化和自動(dòng)化 得以實(shí)現(xiàn)。