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摘 要：通过分析数字化装配技术背景和发展现状，指出了数字化装配技术在保证大飞机结构长寿命、高可靠性、高效率、低成本等方面的意义，强调飞机数字化装配技术已成为我国飞机装配技术的重要发展方向；文章对数字化装配自动精密制孔、数字化对接平台、系统集成控制等技术进行了概述。希望可供行业内人员参考，共同推进大型飞机数字化装配技术研究。
关键词：大型飞机 数字化 装配 制孔
中图分类号：V26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（c）-0005-02
大飞机制造是衡量大国工业综合实力的重要组成部分，大飞机机体结构特点是尺寸大、可靠性要求高、寿命要求长。我国是世界上少数几个具备大飞机制造能力的国家之一，但我国在飞机数字化装配领域尚处于初步发展阶级，随着飞机复合材料运用比例的提高，以及对飞机产品质量和生产效率的提升要求，数字化装配技术已经成为我国飞机装配技术发展的新方向。对大飞机数字化装配技术的研究将对我国大飞机装配水平及航空企业数字化制造水平的全面提升起到重要的推动作用。
1 数字化装配技术研究现状
随着时代的发展，大型飞机也在逐步发展，其结构技术更加复杂，这也为大型飞机装配提出了挑战，如今，传统的飞机装配技术已经不能满足飞机装配的发展需求了。首先，大飞机结构复杂，装配工作量大，手工制孔包含定位钻模、制初孔、扩孔、铰孔、锪窝等操作过程，制孔效率远不如设备制孔钻锪一次成型，装配周期难以满足生产进度要求，手工制孔大量采用钻模也增大了工装成本，同时增加更改成本和更改贯彻周期。其次，飞机制造上复合材料运用越来越广泛，传统手工制孔不利于工人健康，且复合材料制孔容易出现劈裂、分层、灼烧等问题，手工制孔难以复合材料制孔质量要求。最后，制孔质量不稳定，手工制孔、划窝方式，无法有效保证精确的制孔孔径、制孔垂直度及锪窝深度，影响连接强度及飞机表面齐平度。数字化装配能有效提高飞机结构连接疲劳强度，提升生产效率，降低工人劳动强度和生产成本，利用数字化进行飞机装配是发展的必然趋势。
世界航空制造业巨头波音、空客、洛克希德。马丁公司等在20世纪80年代已开始发展飞机数字化装配技术，现已广泛运用于飞机大批量装配生产，大幅提升了飞机产量。目前国内数字化装配应用规模有限，在壁板自动钻铆技术上运用相对成熟，机身总装、翼盒总装、活动翼面装配的数字化装配运用已取得一定成果，技术尚未成熟，主要还是依赖人工操作完成。
2 数字化装配技术概述
2.1 自动化精密制孔
飞机结构故障绝大部由结构连接部位出现裂纹并扩展引起，为满足大飞机长寿命连接以及高效率和高可靠性的技术要求，我国已飞机数字化装配作为航空制造的重要发展方向。
自动化制孔设备具有法向检测、相机找正、磁感找正、自动压紧、刀具检测、自动探孔等功能，可一次性高速完成制孔并锪窝，实现自动找正/自动制孔/自动安装临时紧固件。设备定位精度可达0.1m，重复定位精度0.05mm以内，制孔孔径精度达到H8。对于常见的航空材料为铝合金、钛合金和复合材料，可以完成混合夹层结构的一次性制孔，制到不同夹层材料设置自动调整转速、进给速度等制孔工艺参数。现代自动化制孔技术研究包括数字化测量技术、数据集成与控制技术、离线编程技术，以及加工工艺流程分析和工艺参数研究等内容。
2.2 系统集成控制技术
飞机数字化装配的过程中，需要很多系统的协调配合，这些系统共同为数字化装配提供数据，系统集成控制技术将这些数据进行整合，保证数据之间的交互协调。系统集成控制技术的研究主要包含以下几个方面：首先，需要研究数据采集技术，以及能够配合数字化装配系统的多系统集成[5]。其次，要对数据处理的标准和系统接口技术进行研究。最后，需要进行三维控制技术和实时监控反馈的在线控制技术研究。
2.3 飞机中壁板结构的装配
壁板结构是飞机机翼和机身中的常见结构，依据壁板装配工艺性分析，壁板结构便于利用好数字化的装配技术，结合自动钻铆设备攻关关键技术难点与技术方案、工艺流程，可使用壁板预装配柔性工装系统、壁板自动钻铆系统、壁板拼接柔性工装系统等完整的壁板组件数字化装配系统，飞机壁板结构的装配过程中运用这些系统，实现壁板组件的数字化装配流程，自动采集相关数据进行分析处理，将整个系统的数字化协调能力充分发挥出来，对壁板组件的装配以及后期工作的开展提供了很大的便利，显著提升壁板组件装配效率和产品质量。
2.4 数字化对接平台
利用数字化支撑定位的设备，可以确保在机翼的安装过程中，始终处于安装姿态，通过对数据的传递可以实现对设备运动方向的控制与约束，调整定位姿态，最终实现飞机外翼与中央翼的有效对接。对接区多采用自动化的设备进行制孔，采用高干涉紧固件连接，有助于提升部件的疲劳寿命。在机翼的上下翼面需要分别安装一台柔性加工机床，配有自动钻铆装置，制孔和铆接可一次完成。通过激光设备可以对飞机机翼的不同位置进行定位，同时获得更好的数据反馈，反馈给数控定位系统进行姿态调整，也可以进行机翼对接后的扭曲度测量。
3 数字化装配技术发展
数字化装配技术在很多方面都有着广泛的应用，当其应用在飞机装配上时，可以为飞机装配提供了完善的装配过程记录信息，也使得飞机装配更加精细化，提高装配质量和生产效率。我国这些年来加大了这方面研究力度，并取得了一定成果，但数字化装配系统控制技术发展与运用需求结合不够深入，这需要在飞机数字化装配运用中不断探索、验证、发展，制定科学的发展战略来促进数字化装配技术发展。熟练掌握现有技术的同时，不断引入新的设备和技术[6]，加大数字化装配技术人才培养力度，以满足将来飞机制造产业发展需求。
4 结语
综上所述，对于大型飞机的装配，采用数字化装配技术有助于提高产品质量、生产效率，是实现未来大型飞机批量生产的必然选择，然而，目前我国在飞机装配领域仍然以人工操作为主，劳动强度大，生产周期长，制造成本高。我国需要加强自动化精密制孔技术、系统集成控制技术，以及数字化装配技术运用方面的研究。有了技术人员的不懈努力，相信不远的将来，数字化装配技术将会广泛运用于我国飞机制造产业中。
参考文献
[1] 成书民，张海宝，康永刚.数字化装配技术及工艺装备在大型飛机研制中的应用[J].航空制造技术，2014（22）：10-15.
[2] 王巍，俞鸿均，安宏喜，等.大型飞机数字化装配在线测量技术研究[J].航空制造技术，2015（7）：48-52.
[3] 董一巍，李晓琳，赵奇.大型飞机研制中的若干数字化智能装配技术[J].航空制造技术，2016（Z1）：58-63.
[4] 周园，张莎莎，周旭.大型飞机数字化装配技术初探[J].科技创新导报，2015（15）：96.
[5] 宋利康，朱永国，刘春锋，等.大飞机数字化装配关键技术及其应用[J].航空制造技术，2016（5）：32-35.
[6] 季青松，陈军，范斌，等.大型飞机自动化装配技术的应用与发展[J].航空制造技术，2014（Z1）：75-78.
关键词：大型飞机 数字化 装配 制孔
中图分类号：V26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）12（c）-0005-02
大飞机制造是衡量大国工业综合实力的重要组成部分，大飞机机体结构特点是尺寸大、可靠性要求高、寿命要求长。我国是世界上少数几个具备大飞机制造能力的国家之一，但我国在飞机数字化装配领域尚处于初步发展阶级，随着飞机复合材料运用比例的提高，以及对飞机产品质量和生产效率的提升要求，数字化装配技术已经成为我国飞机装配技术发展的新方向。对大飞机数字化装配技术的研究将对我国大飞机装配水平及航空企业数字化制造水平的全面提升起到重要的推动作用。
1 数字化装配技术研究现状
随着时代的发展，大型飞机也在逐步发展，其结构技术更加复杂，这也为大型飞机装配提出了挑战，如今，传统的飞机装配技术已经不能满足飞机装配的发展需求了。首先，大飞机结构复杂，装配工作量大，手工制孔包含定位钻模、制初孔、扩孔、铰孔、锪窝等操作过程，制孔效率远不如设备制孔钻锪一次成型，装配周期难以满足生产进度要求，手工制孔大量采用钻模也增大了工装成本，同时增加更改成本和更改贯彻周期。其次，飞机制造上复合材料运用越来越广泛，传统手工制孔不利于工人健康，且复合材料制孔容易出现劈裂、分层、灼烧等问题，手工制孔难以复合材料制孔质量要求。最后，制孔质量不稳定，手工制孔、划窝方式，无法有效保证精确的制孔孔径、制孔垂直度及锪窝深度，影响连接强度及飞机表面齐平度。数字化装配能有效提高飞机结构连接疲劳强度，提升生产效率，降低工人劳动强度和生产成本，利用数字化进行飞机装配是发展的必然趋势。
世界航空制造业巨头波音、空客、洛克希德。马丁公司等在20世纪80年代已开始发展飞机数字化装配技术，现已广泛运用于飞机大批量装配生产，大幅提升了飞机产量。目前国内数字化装配应用规模有限，在壁板自动钻铆技术上运用相对成熟，机身总装、翼盒总装、活动翼面装配的数字化装配运用已取得一定成果，技术尚未成熟，主要还是依赖人工操作完成。
2 数字化装配技术概述
2.1 自动化精密制孔
飞机结构故障绝大部由结构连接部位出现裂纹并扩展引起，为满足大飞机长寿命连接以及高效率和高可靠性的技术要求，我国已飞机数字化装配作为航空制造的重要发展方向。
自动化制孔设备具有法向检测、相机找正、磁感找正、自动压紧、刀具检测、自动探孔等功能，可一次性高速完成制孔并锪窝，实现自动找正/自动制孔/自动安装临时紧固件。设备定位精度可达0.1m，重复定位精度0.05mm以内，制孔孔径精度达到H8。对于常见的航空材料为铝合金、钛合金和复合材料，可以完成混合夹层结构的一次性制孔，制到不同夹层材料设置自动调整转速、进给速度等制孔工艺参数。现代自动化制孔技术研究包括数字化测量技术、数据集成与控制技术、离线编程技术，以及加工工艺流程分析和工艺参数研究等内容。
2.2 系统集成控制技术
飞机数字化装配的过程中，需要很多系统的协调配合，这些系统共同为数字化装配提供数据，系统集成控制技术将这些数据进行整合，保证数据之间的交互协调。系统集成控制技术的研究主要包含以下几个方面：首先，需要研究数据采集技术，以及能够配合数字化装配系统的多系统集成[5]。其次，要对数据处理的标准和系统接口技术进行研究。最后，需要进行三维控制技术和实时监控反馈的在线控制技术研究。
2.3 飞机中壁板结构的装配
壁板结构是飞机机翼和机身中的常见结构，依据壁板装配工艺性分析，壁板结构便于利用好数字化的装配技术，结合自动钻铆设备攻关关键技术难点与技术方案、工艺流程，可使用壁板预装配柔性工装系统、壁板自动钻铆系统、壁板拼接柔性工装系统等完整的壁板组件数字化装配系统，飞机壁板结构的装配过程中运用这些系统，实现壁板组件的数字化装配流程，自动采集相关数据进行分析处理，将整个系统的数字化协调能力充分发挥出来，对壁板组件的装配以及后期工作的开展提供了很大的便利，显著提升壁板组件装配效率和产品质量。
2.4 数字化对接平台
利用数字化支撑定位的设备，可以确保在机翼的安装过程中，始终处于安装姿态，通过对数据的传递可以实现对设备运动方向的控制与约束，调整定位姿态，最终实现飞机外翼与中央翼的有效对接。对接区多采用自动化的设备进行制孔，采用高干涉紧固件连接，有助于提升部件的疲劳寿命。在机翼的上下翼面需要分别安装一台柔性加工机床，配有自动钻铆装置，制孔和铆接可一次完成。通过激光设备可以对飞机机翼的不同位置进行定位，同时获得更好的数据反馈，反馈给数控定位系统进行姿态调整，也可以进行机翼对接后的扭曲度测量。
3 数字化装配技术发展
数字化装配技术在很多方面都有着广泛的应用，当其应用在飞机装配上时，可以为飞机装配提供了完善的装配过程记录信息，也使得飞机装配更加精细化，提高装配质量和生产效率。我国这些年来加大了这方面研究力度，并取得了一定成果，但数字化装配系统控制技术发展与运用需求结合不够深入，这需要在飞机数字化装配运用中不断探索、验证、发展，制定科学的发展战略来促进数字化装配技术发展。熟练掌握现有技术的同时，不断引入新的设备和技术[6]，加大数字化装配技术人才培养力度，以满足将来飞机制造产业发展需求。
4 结语
综上所述，对于大型飞机的装配，采用数字化装配技术有助于提高产品质量、生产效率，是实现未来大型飞机批量生产的必然选择，然而，目前我国在飞机装配领域仍然以人工操作为主，劳动强度大，生产周期长，制造成本高。我国需要加强自动化精密制孔技术、系统集成控制技术，以及数字化装配技术运用方面的研究。有了技术人员的不懈努力，相信不远的将来，数字化装配技术将会广泛运用于我国飞机制造产业中。
参考文献
[1] 成书民，张海宝，康永刚.数字化装配技术及工艺装备在大型飛机研制中的应用[J].航空制造技术，2014（22）：10-15.
[2] 王巍，俞鸿均，安宏喜，等.大型飞机数字化装配在线测量技术研究[J].航空制造技术，2015（7）：48-52.
[3] 董一巍，李晓琳，赵奇.大型飞机研制中的若干数字化智能装配技术[J].航空制造技术，2016（Z1）：58-63.
[4] 周园，张莎莎，周旭.大型飞机数字化装配技术初探[J].科技创新导报，2015（15）：96.
[5] 宋利康，朱永国，刘春锋，等.大飞机数字化装配关键技术及其应用[J].航空制造技术，2016（5）：32-35.
[6] 季青松，陈军，范斌，等.大型飞机自动化装配技术的应用与发展[J].航空制造技术，2014（Z1）：75-78.