飞机工装设计制造主要问题与技术

　　摘    要：　为进一步提升飞机工装设计制造质量与效率, 提出加强对飞机工装设计制造技术应用的建议。文章在阐述飞机工装设计制造相关内容的基础上, 结合当下飞机工装设计制造中存在的主要问题, 从工装柔性化, 数字化以及研制速度等方面对工装设计制造主要技术类型与应用要点等进行分析。

　　关键词：　航空产业; 飞机工装; 设计制造; 技术研究;

　　Abstract：　In order to further improve the quality and efficiency of aircraft tooling design and manufacturing, some suggestions are put forward to strengthen the application of aircraft tooling design and manufacturing technology. On the basis of expounding the related contents of aircraft tooling design and manufacture, in combination with the main problems existing in aircraft tooling design and manufacture, from the flexibility of tooling, the main technical types and application points of tooling design and manufacture are analyzed in terms of digitization and development speed.

　　Keyword：　aviation industry; aircraft tooling; design and manufacture; technical research;

　　新时期下, 我国在国际中的竞争实力不断提升, 航空行业的发展规模也相应拓展, 这对飞机型号与功能提出更多样化的要求。国产大飞机C919的试飞成功, 给我国航空产业的发展增强了信心, 也为这一产业的未来发展奠定了基础, 指明了方向, 如一些核心技术, 我国工程师已经攻克, 就剩下急需改进。若在现存飞机工装模式下对相关产品进行开发, 限制条件众多, 很容易诱发多种问题。在飞机工装制造期间, 生产准备周期较长、制造成本较高、生产占地面积较宽广, 在多种因素的影响下, 会对新机产品质量形成负面影响。正因如此, 本文结合飞机工装设计制造中存在的主要问题, 分析成因, 探究相应的处理措施。

　　1、 飞机工装设计制造的主要内容分析

　　刚度小、规格大、制作要求较高等是飞机结构的主要特征, 为保证飞机产品设计制造的精确度、协调性, 在生产实践中, 对大型成套工艺装备体现出较高的依赖性, 同时需要投入大量的人力, 物力与财力, 且研发周期相对较长, 制作成本较高。新时期下, 国内很多生产航空主机的厂家接受了研发多种型号飞机产品的订单, 这就需要及时扭转现存的工装研制模式、工业设备设施功能落后的工作现状, 更有效的迎合新型号机型生产制造需求[1]。目前国际主流的航空飞机技术都被美国的波音公司和欧洲空客公司所垄断, 前段时间波音公司的一架飞机失事后, 国际航空制造业对波音公司的技术产生了质疑, 这就给我国飞机制造行业提供了难得的发展机遇。我国大飞机制造企业就应果断抓住这一发展机遇, 加大研发力度, 实施技术攻关, 最终让中国制造的大飞机飞上蓝天, 并顺利走向世界。

　　2 、飞机工装设计制造中存在的主要问题

　　2.1 、研发过程中的瓶颈

　　国内参与航空主机生产的主要厂家因为需要对数个不同型号机型进行同步生产研发, 造成较多繁琐的工装设计制造任务不能按合同中规定的期限内完成, 技术装备部门无法具备满足现实发展需求的生产能力。在产品生产实践过程中, 新工装设计制造逐渐演变成较为明显的瓶颈。这主要是因为产品新型号繁多、工装综合设计尚未达到较高技术水平与效率以及技装部门不具备较高的生产制造能力。由于国内机械行业的整体加工工艺还需要改进, 零部件的量化生产还需要时间, 这就无形之中增加了我国航空主机研发与生产的投入成本, 这是一个连锁的反应, 只有在源头上改进机械设备行业, 生产出适合航空主机需要的零部件, 才能开展下一步的研发与设计。

　　在国外, 飞机工装设计制造基本达到了数字化水平, 而国内仅仅是采用计算机辅助设计, 和发达国家还存在较大距离。工装设计依据不完善的体验式数字化模型产品与数字样机, 在设计实践中未能将CAE技术应用到零件可成型性分析、型架刚度指标测算等领域中, 通常依照过往经验进行, 造成生产中需数次调整工装设计流程与方案[2]。故此, 国内航空行业在研发设计软件的开发进程也需要进一步优化, 在依赖计算机辅助设计的基础上, 积极引进国际先进的设计技术, 购买数字化设计软件, 提升国内飞机工装设计制造的数字化与信息化程度, 提升飞机工装设计制造的精确度, 来促进国内设计理念的更新换代。

　　2.2、 工装结构缺乏完善性

　　我国采用的多数飞机工装设计制造方法起源于前苏联, 和西方航空企业相比较, 国内工装特别是装配型架, 在生产制造中需要占据较大面积, 生产周期较长, 故而整机的生产准备周期会拖延, 生产制造成本会增加。并且在传统装配型架上安设了很多定位件, 为保证定位的精度, 通常需要激光准直仪、电子经纬仪等专用设备的辅助, 这会拖延安装时间, 降低效率。前苏联解体后, 俄罗斯继承了苏联的飞机工装设计制造方法, 这种设计方法一度在国际上领先, 但随着俄罗斯经济发展出现了停滞, 飞机工装设计制造方法的更新换代逐渐跟不上国际的发展步伐, 故此, 我国在学习俄罗斯飞机工装设计制造方法的基础上, 还应吸收美国、欧洲的最新的设计制造方法, 对这些方法进行批判性吸收, 最终成为国产化技术, 早日实现拥有自主产权, 并在国际领域申请专利保护。

　　2.3、 工装设计水平普遍偏低

　　当下, 国内飞机工装设计水平滞后性显着, 效率偏低, 减缩生产准备周期、生产出人们期许的飞机产品, 能在较短的时间内进行工装生产制造, 是众多飞机工装设计制造企业发展过程中需突破的重难点。但是当下国内多数工装研制长期沿用较为传统的串行模式, 事实上就是各个部门依照固定流程进行生产作业, 为强化不同工艺流程之间的协调性, 模拟量这一较为落后方法占据了主导地位。国产大飞机的设计、生产与制造, 是一个系统化工程, 需要一个相当长的时间周期, 只有提升工装设计水平, 才能缩短施工工期, 早日将中国制造的大飞机飞上蓝天。

　　3 、飞机工装设计制造技术

　　3.1、 飞机工装设计制造的柔性化

　　时代在发展, 社会在进步, 欧美等很多发达国家的航空企业在飞机工装设计与制造工装过程中加大了对柔性装配技术的应用力度, 该种技术的合理应用, 能明显减缩正常准备时间, 压缩飞机工装的制造费用, 协助飞机制造企业获得更大的经济效益。从某种程度上分析, 飞机工装柔性化制造为一类性能较为成熟、高端的制造技术。柔性装配工装是柔性装备体系中的重要内容, 主要利用产品数字量尺寸协助系统规范性运行, 实现装备模块的智能化、重组化。与此同时, 该种工装设计制造技术应用期间无需专用装配夹具或型架的辅助, 明显降低飞机工装的制造成本, 压缩了飞机工装生产准备时间。

　　例如, 空客公司于1996年为a302制造的工装, 其最大的特征是能够迅速调整结构与功能, 进而迎合不同装配对象的装备需求, 降低大量工装制造周期与成本的同时, 也能减缩生产用地面积。柔性工装可以是“多点阵成型真空吸附式”万能柔性工装系统, 还可以是“行列式高速柱阵”式工装, 在型架设计制造领域可以应用快速调整的机构, 进而迎合多样化装配对象的装配需求。普通型架具有多个立柱, 每个立柱上设有数个定位件, 柔性型架的立柱、定位件, 部分情况下底座均是可移动或调整的构件[3]。波音公司也不例外, 也拥有先进的设备制造工装, 优化设计过程, 降低制造成本, 缩短生产周期, 但由于前段时间的波音失事, 一些专家对波音的技术有怀疑, 但实际上波音公司的一些技术仍然比较先进, 我国完全可以吸收利用。

　　3.2、 飞机工装设计制造的数字化

　　飞机工装制造的数字化涵盖飞机数字化设计, 制造与检测三项内容。其中, 工装数字化设计具体是指在三维数字化环境内能落实对工装结构零构件设计, 数字化与装配设计工作任务;工装数字化制造具体是指在数字化设计工装模型, 数字化加工设备仪器等协助下, 对工装的关键属性型面, 互换协调交点进行加工与装配;工装数字化检测是利用数字化检测设备设施对数字化设计, 制造工装进行检测的过程。在飞机工装设计与制造过程中, 数字化技术的应用有效的完善了飞机工装设计、制造流程, 具体体现在如下几方面: (1) 调整了工艺装备的设计制造形式, 三维数字量将传统技术中的实物样本模拟量取而代之, 这在很大程度上能降低工装数目, 省略了模型样板、标准样件、工装制造样板等物件。 (2) 目前, 数控加工与安装技术在工艺装配生产制造领域中有广泛应用, 其有效的扭转了以往工装制造分工、生产形式、作业程序、组织管理等模式。新时期下, 国内航空制造企业广泛应用了模拟量传导的协调体系, 同时结合标准样件、模线样板的结构特征与功能, 连续优化了飞机制造企业工装制造的组织体系, 该体系在建设过程中始终以专业分工为原则。 (3) 数字化技术在飞机工装设计制造中的应用, 能持续拓展各项数字化设计制造软件, 制造设备设施的应用范畴, 明显提升了资源配置的科学性, 弥补了传统专业分工过程中存在的不足, 整体提升工作效率。

　　3.3、 工装的快速研制

　　工装的快速研制是当下我国飞机主机厂迫切需处理的问题, 该技术在减轻当下工装设计制造工作压力与解除生产瓶颈问题等方面体现出重要价值。飞机工装的快速研发包括工装的快速设计与快速制造两方面, 工装的快速设计能够从多个维度着手, 但在工装设计过程中, 各类数据库的建设与完善是提升工装设计工作整体效率的一个简单、有效的方法, 其涵盖标准件库的建设与完善、相关工艺数据库的构建、工装特异性结构库的研发等。

　　在开发数据库的实践中, 应全面分析当下工装设计主流平台的功能与作用, 采用多样化方式促使不同系统能和CATIA之间建立紧凑的衔接关系。在工装的快速制造过程中, 首要步骤是对当下工装的特异性结构进行分析与归纳, 进行标准化、模块化研究, 针对这些标准结构有针对性的进行预加工制造, 这样当接收到产品订单以后就能在短时间内完成加工、装配等工序。此外, 当下很多技装公司 (工厂) 在主机厂内没有将自身价值充分体现出来, 工装设计制造技术改造与相关工作尚未开展进行, 设备设施更新换代速率和其他分厂之间的差距不是一星半点的。在这样的情景下, 应加大对技装公司发展资金的投入力度, 及时更新设备设施, 为工装制造能力提升创造基础。

　　4、 结束语

　　综合全文, 结合当下情况, 国内飞机制造企业的工装设计制造技术还缺乏完善性、成熟度, 在后续实践中不断提升技术水平。与此同时, 加大资金投入力度, 保证相关设备设施更新的时效性, 为技术含量更高的飞机产品设计提供强大的设备资金保障, 全面提升飞机工装设计制造能力, 为我国航空制造产业发展贡献力量。

　　参考文献

　　[1]刘航.飞机数字化装配中壁板对接及机身调平技术研究[J].科技视界, 2017 (36) :242+245.
　　[2]徐海峰, 唐敦兵, 殷磊磊.基于MBD的飞机工装设计制造集成技术研究[J].航空制造技术, 2017 (11) :81-86.
　　[3]张永建, 安鲁陵, 谭昌柏, 等.基于MBD和多Agent的飞机构件工装协同设计系统开发[J].航空制造技术, 2017 (11) :87-92.