【編者按】在飛機(jī)部件裝配過程中拷拥，各部件外廓尺寸和重量都比較大牵深，移動調(diào)整比較困難竿赂，在整個裝配過程中占用較長的周期仲寇。而且部件裝配質(zhì)量直接決定了產(chǎn)品的外形精度和最終裝配質(zhì)量，是整個裝配過程中復(fù)雜而又關(guān)鍵的環(huán)節(jié)宅谁。

　　我國在研制大型飛機(jī)過程中购具，部件裝配的特點(diǎn)更加突出、傳統(tǒng)的部件裝配技術(shù)已難以滿足大飛機(jī)高質(zhì)量记浸、高精度和快速研制的要求惯醇。因此，研究飛機(jī)部件裝配的新技術(shù)裸悟，掌握大型飛機(jī)部件裝配的關(guān)鍵技術(shù)款野，盡快提高我國飛機(jī)裝配的技術(shù)水平，對我國大型飛機(jī)的研制和生產(chǎn)具有重大的意義绕时。 【參閱三菱重工開發(fā)新機(jī)型 側(cè)重飛機(jī)部件及模具】

　　數(shù)字化裝配是飛機(jī)部件裝配發(fā)展的新方向

　　隨著計算機(jī)技術(shù)侮增、信息技術(shù)和自動化技術(shù)的蓬勃發(fā)展，數(shù)字化成為制造業(yè)的發(fā)展方向株捌。飛機(jī)制造業(yè)作為制造業(yè)中的一個重要組成部分月腋，也正向數(shù)字化、信息化及設(shè)計制造試驗(yàn)一體化的方向發(fā)展瓣赂。飛機(jī)數(shù)字化設(shè)計榆骚、制造和管理技術(shù)，是一門集計算機(jī)钩述、網(wǎng)絡(luò)寨躁、自動控制、數(shù)字化加工牙勘、現(xiàn)代飛機(jī)制造和現(xiàn)代管理等諸多技術(shù)于一體的飛機(jī)制造綜合應(yīng)用技術(shù)职恳。在國外，以波音方面、空中客車為代表的航空制造業(yè)兩巨頭放钦，基本實(shí)現(xiàn)了飛機(jī)的全面數(shù)字化設(shè)計、制造恭金，大幅度提高了飛機(jī)的設(shè)計及制造水平操禀，最大限度地減少了設(shè)計的返工，充分利用了行業(yè)內(nèi)的資源和設(shè)計制造能力横腿，其作用是非常明顯的颓屑。在國內(nèi)，各飛機(jī)總成基地都正向飛機(jī)數(shù)字化制造的方向發(fā)展：引進(jìn)或者開發(fā)了一定數(shù)量的軟件和數(shù)字化加工裝備灰深，培養(yǎng)了大量的數(shù)字化專業(yè)人員饵卸，對組織管理模式進(jìn)行了變革铲苹，在數(shù)字化設(shè)計、數(shù)字化制造驻奇、數(shù)字化管理方面均己取得了一定的成績镐刽。

　　在飛機(jī)制造過程中的其他環(huán)節(jié)向數(shù)字化方向發(fā)展的同時，裝配作為其中的關(guān)鍵一環(huán)峰抽，其發(fā)展方向也必然是數(shù)字化汪阱。飛機(jī)裝配只有向數(shù)字化方向發(fā)展才能打通飛機(jī)數(shù)字化制造生產(chǎn)線，提高我國的飛機(jī)制造水平榛开。結(jié)合我國飛機(jī)制造業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀瘟甩，飛機(jī)部件裝配的數(shù)字化是全面實(shí)現(xiàn)數(shù)字化裝配的首要環(huán)節(jié)。

　　國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀

　　1 測量輔助裝配

　　近年來在部件數(shù)字化對接裝配方面提出了一種新的工藝方法：測量輔助裝配（Measuring Aided Assembly,MAA）逢痕，這種方法依靠測量系統(tǒng)來輔助完成部件的定位嘲谚，以裝配對象的數(shù)字模型為基礎(chǔ)，同時在裝配過程中對裝配對象進(jìn)行實(shí)時測量钳枕，由獲得的數(shù)字量位置信息來指導(dǎo)定位和調(diào)整缴渊，保證對接工藝要求[1-2]。

　　該工藝方法主要有下面幾個特點(diǎn)：

　∮愠础（1）需要建立一個數(shù)字化測量系統(tǒng)（激光跟蹤儀衔沼、IndoorGPS 系統(tǒng)等），可以識別部件在裝配全過程中的精確位置姿態(tài)等三維幾何信息昔瞧，并將數(shù)據(jù)信息傳遞給集成控制系統(tǒng)與標(biāo)稱模型對比后指導(dǎo)裝配和調(diào)整過程指蚁。

　　（2）采用虛擬的基準(zhǔn)體系自晰，通過數(shù)字化測量系統(tǒng)構(gòu)建出虛擬坐標(biāo)系凝化。部件在對接過程中，經(jīng)過實(shí)時測量部件結(jié)構(gòu)上的目標(biāo)點(diǎn)酬荞，分析測量數(shù)據(jù)得到部件相對于虛擬基準(zhǔn)的位置坐標(biāo)搓劫，部件進(jìn)行移動時，通過檢測其位置坐標(biāo)變化就可以確定部件的位置混巧。測量枪向、調(diào)整、定位的基準(zhǔn)是數(shù)字量猎蚀、柔性化的基準(zhǔn)體系糠牍。

　　（3）配備必要的處理軟件（測量輔助裝配優(yōu)化）竖杂，計算部件的目標(biāo)位姿卑我。考慮所有裝配部件的實(shí)際幾何信息雕乃、尺寸公差和理論外形柴哈，確定部件最優(yōu)裝配對接位姿补蛋，即時與標(biāo)稱模型比較，確定超差點(diǎn)冶巴，通過數(shù)控定位執(zhí)行器進(jìn)行調(diào)整，直到滿足裝配公差的要求溪惶。

　　2 無型架裝配技術(shù)

　　空中客車公司對數(shù)字化裝配工裝提出了3個關(guān)鍵項(xiàng)目顺鸯，即自動化技術(shù)、先進(jìn)定位技術(shù)和無型架裝配技術(shù)[3]终距。無型架裝配技術(shù)不是指不使用任何工裝設(shè)備尊捞，還是要使用到一些通用的定位調(diào)整、夾緊設(shè)備[4]宏怔。無型架數(shù)字化裝配中心是一個軟硬件相結(jié)合的裝配工作站奏路，融合了一體化數(shù)字工裝和各項(xiàng)裝配、調(diào)整臊诊、檢測技術(shù)[5]鸽粉。無型架裝配平臺的系統(tǒng)架構(gòu)主要由3部分組成：

　　（1）柔性裝配平臺：一種通用的裝配型架抓艳，具有很好的通用性和柔性触机，能夠通過更換其關(guān)鍵部件而快速應(yīng)用到不同的裝配對象上，能夠?qū)崿F(xiàn)裝配對象的快速調(diào)整玷或、準(zhǔn)確定位儡首。

　　（2）數(shù)字化測量系統(tǒng)：主要由激光定位跟蹤儀偏友、照相測量系統(tǒng)蔬胯、計算機(jī)輔助測量系統(tǒng)組成的精確測量系統(tǒng)，可以對裝配部件的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行快速位他、準(zhǔn)確跟蹤測量氛濒，保證裝配產(chǎn)品的可控性、準(zhǔn)確性填篱。

　♂懵印（3）數(shù)據(jù)處理中心：由高性能計算機(jī)和配套軟件組成的計算系統(tǒng)，可以識別裝配對象的特征革陋、進(jìn)行裝配方案的設(shè)計乌窿、進(jìn)行公差的分析計算，對反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行處理等工作锦钓。

　　可以看出庙炮，無型架裝配技術(shù)也需要建立數(shù)字化測量系統(tǒng)，通過測量系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)處理中心求驳，發(fā)出控制指令种司，最后通過數(shù)字化定位執(zhí)行器調(diào)整定位部件處于準(zhǔn)確位置刷桐。

　　3 國內(nèi)相關(guān)研究綜述

　　北京航空制造工程研究所鄒方等人研究了飛機(jī)總裝自動化校準(zhǔn)對接系統(tǒng)，提出了對接系統(tǒng)必須具有幾大功能：高可靠的支撐娶得、高精度位置姿態(tài)調(diào)整和部件結(jié)合面對接誤差最小原則痛只。規(guī)劃了中央翼和中外翼對接時采用測量輔助裝配法的全過程[2]（系統(tǒng)的定位器分布見圖1）：

　　
　　（1）采用天車吊裝中央翼懊湾，將其放在定位器上漱竖。

　　（2）采用激光跟蹤儀測量中央翼上基準(zhǔn)點(diǎn)畜伐，進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整馍惹，使之找正擺平。

　÷杲纭（3）采用天車吊裝中外翼万矾，將其放置在定位器上，固定好鉸接點(diǎn)慎框。

　×急贰（4）采用激光跟蹤儀測量中外翼，定位器自動進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整使之?dāng)[平鲤脏，顯示XYZ3向與中央翼對接面的誤差们颜。

　　（5）作平移操作猎醇，沿一個方向平行移動中外翼窥突，使之與翼盒對接面誤差為零，最后進(jìn)行坐標(biāo)鎖定硫嘶。

　　西北工業(yè)大學(xué)孟俊濤等人進(jìn)行了飛機(jī)部件精準(zhǔn)對接技術(shù)的研究[1]阻问，針對部件對接的主要問題，提出了應(yīng)用測量輔助裝配法來提高裝配準(zhǔn)確度并分析了基于該工藝方法的測量纤厨、定位基準(zhǔn)體系族逻，以及飛機(jī)部件精準(zhǔn)對接系統(tǒng)的主要組成：機(jī)械傳動裝置（數(shù)控定位執(zhí)行器）、數(shù)字化測量系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)守镰。描述了該系統(tǒng)的流程圖崎络，如圖2所示。闡述了部件精準(zhǔn)對接系統(tǒng)的兩大技術(shù)要點(diǎn)：部件最佳對接位置的分析方法猖右、大部件空間姿態(tài)調(diào)整方法等颗酷。

　　
　　國內(nèi)其他高等院校近期也針對飛機(jī)數(shù)字化裝配中大部件調(diào)姿與測量問題進(jìn)行一些研究與驗(yàn)證。浙江大學(xué)設(shè)計了一種精密三坐標(biāo)POGO柱稽橱，進(jìn)行了部件位姿調(diào)整實(shí)驗(yàn)戏丽，如圖3所示。

　　在此基礎(chǔ)之上提出了一種基于三坐標(biāo)POGO柱三點(diǎn)支撐的部件位姿調(diào)整方法，并對POGO柱的調(diào)姿特性進(jìn)行了仿真分析和實(shí)驗(yàn)研究耙屹，表明基于3個POGO柱的大部件調(diào)姿方法具有穩(wěn)定铲醉、可靠、高效的優(yōu)點(diǎn)抗俄，通過簡單的重組可以推廣到四點(diǎn)支撐以便適應(yīng)各類大型部件姿態(tài)調(diào)整的需要[6]脆丁。北京航空航天大學(xué)以數(shù)字化裝配定位為對象研究了基于激光跟蹤測量系統(tǒng)的飛機(jī)部件對接數(shù)字化柔性裝配技術(shù)和原理[7]。在激光跟蹤儀的二次開發(fā)軟件包的基礎(chǔ)上动雹，開發(fā)了一種激光跟蹤測量原型系統(tǒng)[8]偎快；論述了數(shù)字化定位執(zhí)行器——機(jī)械隨動定位裝置和隨動伺服控制系統(tǒng)的組成和原理，實(shí)現(xiàn)了以位置控制為目的的機(jī)械隨動伺服控制洽胶。進(jìn)行了原型系統(tǒng)對接裝配的計算機(jī)仿真，如圖4所示裆馒。

　　浙江大學(xué)邱寶貴等人研制了大型飛機(jī)機(jī)身調(diào)姿與對接試驗(yàn)系統(tǒng)姊氓，該系統(tǒng)由試驗(yàn)機(jī)身、三坐標(biāo)數(shù)控定位器喷好、激光跟蹤儀翔横、配套軟件等組成。

　　試驗(yàn)系統(tǒng)能夠有效地模擬飛機(jī)機(jī)身段大部件調(diào)姿與對接的全過程梗搅，所提出的基于４個數(shù)控定位器支撐的飛機(jī)大部件調(diào)姿與對接原理及其對應(yīng)的運(yùn)動學(xué)模型正確禾唁，其位姿調(diào)整精度能夠滿足飛機(jī)裝配準(zhǔn)確度的要求，大幅提高了飛機(jī)裝配的質(zhì)量和效率[9]无切。

　　結(jié)束語

　　飛機(jī)數(shù)字化裝配技術(shù)是數(shù)字化工裝設(shè)計技術(shù)穗狞、數(shù)字化裝配工藝技術(shù)、數(shù)字化裝配定位技術(shù)客净、數(shù)字化測量與誤差補(bǔ)償技術(shù)凭衩、數(shù)字化連接技術(shù)及數(shù)字化的集成控制技術(shù)等多種先進(jìn)技術(shù)的綜合集成。數(shù)字化裝配技術(shù)在飛機(jī)裝配過程中實(shí)現(xiàn)裝配的數(shù)字化冀烘、柔性化慌位、信息化、模塊化和自動化纬惶，將傳統(tǒng)的依靠手工或?qū)Ｓ眯图軍A具的裝配方式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化的裝配方式子宵，將傳統(tǒng)裝配方法下的模擬量傳遞模式改為數(shù)字量傳遞模式。數(shù)字化裝配技術(shù)是一項(xiàng)綜合集成技術(shù)诽闲，涉及飛機(jī)裝配的全過程彪性。其研究內(nèi)容比較復(fù)雜，包含的關(guān)鍵技術(shù)比較多匾蛆，研究工作量大漓客，研究周期比較長。隨著我國大飛機(jī)研制的立項(xiàng)，數(shù)字化裝配敏捷蝙斜、高效名惩、高質(zhì)量的技術(shù)優(yōu)勢已經(jīng)被國內(nèi)飛機(jī)制造企業(yè)所認(rèn)識。當(dāng)前孕荠，借助于大飛機(jī)本身的裝配技術(shù)要求娩鹉，數(shù)字化裝配的應(yīng)用將首先在飛機(jī)對接裝配領(lǐng)域取得突破。

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