大型飛機研制中的若干數(shù)字化智能裝配技術(shù)

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1、釤論壇FORUM大型飛機研制中的若干數(shù)字化智能裝配技術(shù)董一巍112，李曉琳1，趙奇1(1．廈門大學航空航天學院，廈門361005；2．廈門大學深圳研究院，深圳518057)【摘要】大型飛機的研制是國家提高自主創(chuàng)新能力的戰(zhàn)略重點。為了提高大飛機裝配質(zhì)量與生產(chǎn)效率，采用數(shù)字化智能裝配技術(shù)是必然的發(fā)展趨勢。本文介紹了飛機智能化裝配的系統(tǒng)框架與其技術(shù)體系架構(gòu)，闡述了目前大型飛機裝配所面臨的難題，并指出虛擬現(xiàn)實仿真優(yōu)化技術(shù)、專用智能裝配工藝裝備的開發(fā)，以及飛機總裝智能裝配生產(chǎn)線技術(shù)是智能裝配技術(shù)的熱點與發(fā)展方向，并分別進行了介紹，并闡述了國內(nèi)外

2、應用發(fā)展現(xiàn)狀，最后指出了國內(nèi)現(xiàn)有智能裝配技術(shù)的不足與差距。關(guān)鍵詞：大飛機；智能裝配；虛擬仿真；智能工裝DOI：10．16080／j．issnl671—833x．2016．1／2．058董一巍廈門大學航空航天學院助理教授．美國麻省理工學院博士后．中國機械工程學會高級會員．中國航空學會會員。主要研究方向為航空工藝工裝的設計與制造、成形加工過程多尺度建模及仿真優(yōu)化。主持并參與了多項國家及省部級課題。+福建省高校產(chǎn)學重大項目(2015H6023)、廣東省自然科學基金(2014A030310004)。58航空制造技術(shù)·2016年第1／2期在我國

3、，大型飛機一般指150座級以上的大型客機和起飛總重量超過100t的軍民用大型運輸機?。2015年11月213，中國商用飛機有限責任公司(中國商飛)在上海舉行中國大飛機首次下線儀式，標志著我國已正式具備自主生產(chǎn)大型飛機的能力。大飛機整體結(jié)構(gòu)尺寸大，裝配零件數(shù)量及種類繁雜，對裝配精度要求高，協(xié)調(diào)關(guān)系復雜12l。為了在保證裝配質(zhì)量、提高機體疲勞壽命的同時，大幅提高大飛機的生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，必須要求采用大飛機數(shù)字化智能裝配技術(shù)，加大裝配過程中的智能化程度，使大飛機裝配過程更精確且更有效率。與傳統(tǒng)裝配技術(shù)不同的是，飛機智能化裝配是將裝配過

4、程中的各個單元，包括相關(guān)系統(tǒng)、零部件、機器設備、工裝夾具、人以及物流等，根據(jù)不同需求進行智能化調(diào)整，構(gòu)建出智能化裝配系統(tǒng)，其模型框架如圖1所示。此模型中主要包括信息處理與決策單元、裝配生產(chǎn)線或車間、知識累積與自適應控制單元、自動化裝配單元、智能檢測與監(jiān)控系統(tǒng)以及信息獲取與集成單元。因此，具有狀態(tài)感知、實時分析、自主決策、高度集成和精準執(zhí)行的特征【3】。飛機智能化裝配技術(shù)體系架構(gòu)主要包括飛機智能裝配支撐技術(shù)、飛機智能裝配關(guān)鍵技術(shù)以及飛機智能裝配應用系統(tǒng)3個層級，如圖2所示。隨著部件尺寸、巡航速度、航載重量、可靠性的一些指標的變化，大飛機

5、裝配面臨的難題主要有‘41：(1)為了保證以臨界音速飛行的大型飛機的安全可靠性和經(jīng)濟性，必須采用柔性設計原則，采用輕量化、整體化、模塊化結(jié)構(gòu)。對精度和可靠性的要求嚴苛，使得部件裝配連接的難度較大。(2)大型飛機部件尺寸大，裝配精度要求高。為了提高生產(chǎn)效率，需仉棚。脅舐大飛機數(shù)字化設計與制造匪亟互至匭圖1飛機智能裝配系統(tǒng)模型示意Fig．1Modelofaircraftintelligentassemblysystem圖2飛機智能裝配技術(shù)體系示意Fig．2Aircraftintelligentassemblytechnologysyste

6、m要隨時協(xié)調(diào)各部件尺寸，并根據(jù)大飛機產(chǎn)業(yè)化發(fā)展構(gòu)造裝配生產(chǎn)線，達到批量生產(chǎn)。(3)大型飛機產(chǎn)品配套關(guān)系復雜，復雜零件數(shù)量巨大。數(shù)字化技術(shù)的應用是有效的解決方法。實現(xiàn)信息共享與流程控制，通過虛擬裝配模擬，制定裝配流程，有助于實現(xiàn)大飛機高效率、高質(zhì)量的裝配。(4)隨著大飛機的不斷研制與發(fā)展，對材料性能的要求越來越高，大型飛機上復合材料的占比越來越多。為了滿足復合材料與其混合結(jié)構(gòu)裝配的需求，復合材料結(jié)構(gòu)制孔和精確裝配對飛機性能影響重大。由于飛機裝配工作的高復雜性和高精度要求，智能裝配技術(shù)已經(jīng)成為飛機裝配技術(shù)發(fā)展的新方向。飛機智能裝配技術(shù)是機

7、械、電子、控制、計算機、人工智能等多學科交叉融合的高新技術(shù)。其中，虛擬現(xiàn)實仿真優(yōu)化技術(shù)、專用智能裝配工藝裝備的開發(fā)以及飛機總裝智能裝配生產(chǎn)線技術(shù)作為智能裝配技術(shù)的熱點與發(fā)展方向，能夠有效解決大飛機裝配過程中的難題，也是提高飛機裝配水平及智能制造水平的關(guān)鍵所在。虛擬現(xiàn)實仿真優(yōu)化技術(shù)虛擬現(xiàn)實仿真優(yōu)化技術(shù)是飛機智能化裝配的關(guān)鍵技術(shù)。其技術(shù)內(nèi)涵為：為保證數(shù)字化裝配全過程順利實施，結(jié)合飛機裝配路徑規(guī)劃、裝配物料以及實際裝配布局，建立裝配過程中的生產(chǎn)模型和工藝模型，提前在虛擬現(xiàn)實環(huán)境中進行全裝配過程的仿真，通過人機工效分析對裝配全過程進行過程優(yōu)化

8、，直到裝配方案滿足要求，從而正確指導裝配過程的技術(shù)體系‘51。建立飛機虛擬裝配系統(tǒng)的主要意義在于：(1)通過三維可視化手段，工藝設計人員可進行工藝規(guī)劃和仿真驗證，可以提高工藝規(guī)劃效率，減少裝配過程中的不合理設計。(2)通