飛機裝配:飛機制造的重要環節-中文百科頻道

特點

飛機裝配是将各零件或組合件按産品技術要求相互準确定位，并用規定的連接方法裝配成部件或産品的過程。受結構特點和結構剛性等網素影響，在飛機裝配中大量采用鉚接和螺接等連接手段，同時，為了保證裝配協調及外形準确度要求，并保證裝配過程中組件、部件具有一定的結構剛度，飛機裝配巾采用了大量的結構複雜、準确度高的裝配型架這一切均顯示出，與一般機械産品的裝配過程相比，飛機裝配具有非常顯著的特點。

(1)産品幾何定義與協調方法

由于飛機零件形狀複雜，難以在二維圖樣上用尺寸描述零件的尺寸和形狀，長期以來一直用模線樣闆的方式進行飛機産品的幾何定義。随着計算機技術的發展。20世紀70年代産生了計算機輔助設訓+制造技術。飛機的幾何尺寸與形狀定義采用了以B樣條等函數構建的三維線架結構，使模線由人工繪制變為由繪圖機自動繪制。複雜的機械加工可以利用零件的數模進行編程，實現數控加工。直到20世紀90年代，以波音、空客為代表的三維數字化設計制造技術應用，徹底改變了飛機設計制造模式。

(2)裝配工藝裝備的特點與作用

飛機結構不同于一般機械産品，在它的裝配過程中，不能僅僅依靠零件自身形狀與尺寸的加工精度來保證裝配出合格的組、部件。因此，除了采用各種通用機床、常用工具和試驗設備以外，還需針對不同機型的組件及部件，制定專門的裝配工藝裝備，如裝配型架、對合型架、精加工型架、壁闆裝配夾具等。這些專用的生産裝備用于完成飛機産品從零組件到部件的裝配以及總裝配過程，一般尺寸較大的稱為裝配型架，而尺寸較小的稱為裝配夾具，二者不存在嚴格、明确的界限。

裝配工裝的主要功用有如下幾點：①定位夾緊，保證産品的尺寸、形狀和零件問相對位置的準确性。②确保産品滿足準确度和協調互換的要求，在一般機械制造中，保證産品互換性主要是通過公差、配合制度和通用量具來實現，而飛機制造中則是通過相互協調的裝配工裝來實現。③保持尺寸形狀穩定性，飛機結構中存在大量钣金件，其尺寸大而剛性小，所以無論是鉚接還是焊接。在連接時都會産生不同程度的變形，而裝配能夠确保钣金件及其組合件的形狀，控制裝配過程的變形。④改善裝配過程的勞動條件，提高勞動生産率，降低成本。

在批生産中，一個部件的裝配往往需要用一套具有多種功能的工裝完成全部的裝配工作，如骨架裝配夾具、總裝型架、架外補鉚型架等。這種情況下，每個工裝必須與裝配過程前後相關的工裝相互協調，同時還需要與相關的零件工裝協調。

(3)裝配連接方式

飛機的機體結構由上萬項零件組成，連接方式以鉚接為主。鉚接的優點是連接強度穩定可靠，易于檢查和排除故障，能适應較複雜的結構和不同材料之間的連接且操作技術簡便易行。但是鉚接也存在自身的缺點，主要表現在：鉚縫應力分布不均勻；手工勞動量大，生産效率低；鉚接質量受人為因素影響較大，不易控制。

為了解決人工鑽鉚所出現的問題，能夠完成定孔位、制孔、送釘、施鉚全過程的自動鑽鉚設備開始出現。随着數控技術的發展，自動鑽鉚技術日益成熟，小現了不同結構形式的自動制孔設備和與其配套的自動調平托架。自動鑽鉚設備本身比較龐大。與人工鉚接相比其靈活性較差，因此适合鉚接工作面開敞的部組件，常用于大型飛機鉚接裝配。對于戰鬥機中空間狹小且鉚接部位形狀複雜的裝配件而言，其應用受到了一定的限制。為此，目前又出現了各種類型的自動制孔設備，如機器人自動制孔設備、五坐标自動制孔設備等。

發展趨勢

從20世紀50年代以來，數字化技術在國外航空工業中的應用，經曆了從數字化技術的單項應用。到數字化系統集成應用，再到數字化協同設計制造和産品全壽命周期數據管理的發展曆程。以波音公司為例，波音公司在20世紀90年代研制波音777飛機的過程中已全面實施了産品數字化設計，該型飛機作為世界上第一種全數字化定義和無紙化生産的飛機。是飛機制造業全面應用數字化技術的裡程碑。歐洲的空客公司也建立了多地區、多制造廠之問的飛機異地協同數字化設計制造及管理體系。為空中“巨無霸”飛機A380的成功研制提供了堅實的數字化技術應用基礎。

目前，飛機數字化設計制造技術已在波音、洛克希德·馬丁、空客等公司的飛機研制過程中廣泛應用，先進飛機設計制造技術以全面采用數字化産品定義、産品數據管理、并行工程和虛拟制造技術為主要标志，從根本上改變了飛機傳統的設計制造方式，大幅度提高了制造技術水平，并取得了良好的效益、例如，空客公司采用虛拟制造技術，将其新機試制周期從4年縮短為2.5年，顯著降低了研制費用及生産成本。

飛機數字化裝配技術興起于20世紀80年代後期。并在西方航空工業發達國家獲得了迅速發展，數字化裝配技術集成了工業界各領域最先進的科技成果，如數字化技術、虛拟現實技術、激光跟蹤定位技術、自動控制技術等，它已經完全不同于傳統的飛機裝配技術。現代飛機數字化裝配技術以自動化、數字化、柔性化與信息化為特點，顯著提高了飛機裝配質量和效率，同時也提高了飛機的疲勞壽命。

目前，波音公司和空客公司代表了全球航空制造業的最先進水平，其數字化裝配技術體系已逐漸成熟。在波音777/787飛機、空客A380飛機等的研制過程中，機身部件的裝配均已采用數字化裝配技術。同時，為适應飛機數字化裝配技術發展的要求，國外相關的沒備制造公司與飛機制造公司合作。不斷在數字化裝配技術及裝備方面進行探索研究。在各種新機型研制過程中，飛機數字化裝配技術也在不斷向前發展。

中國農業大學李紅軍博士在接受《經濟參考報》記者采訪時表示，與往年相比，2020年高新技術将會超過社會發展成為項目數和經費數居第一位的闆塊。“以‘基于5G的飛機裝配過程虛拟/增強現實的全流程輔助決策技術’為例，将CPS、5G、VR/AR等熱門技術融合為飛機制造提供決策支持，力争提高飛機裝配效率30%。

準确度

飛機機體的裝配準确度，直接影響到飛機的使用性能以及生産的互換性，因此保證飛機機體的裝配準确度，是飛機裝配工作的主要任務。對于飛機機體裝配準确度的要求主要包括下述幾方面。

外形準确度

(1)外形要求。

對于不同類型的飛機，其要求是不同的。對于外形準确度，翼面部件比機身部件要求高，部件最大剖面之前比最大剖面之後要求高。

高速殲擊機允許的翼面展向波紋度不大于0.5/400。由于機翼一般為單曲度部件，可用直尺沿等百分比(如5%，10%，15%，20%，40%，60%和80%)弦線處進行檢查。

因為要檢查出外形的正向誤差，所以必須使用等距樣闆。當要檢查各截面間的相對扭轉和相對位移時，則必須用部件檢驗型架或在裝配型架上安裝檢驗卡闆(即各截面的等距檢驗卡闆)進行檢驗。這時檢驗出的外形誤差是外形的綜合誤差。

(2)表面平滑度要求。

表面不平滑誤差包括鉚釘、螺釘、焊點處的局部凸凹缺陷，蒙皮對縫間隙和階差等。蒙皮對縫間隙允許值是按平行和垂直氣流方向分别規定的，對縫階差允許值是按順氣流和逆氣流方向分别規定的。對結構比較複雜、難以保證精密配合的部位，則根據具體情況制定允許值。例如，對于“三叉載”型客機的乘客艙門與周圍機身配合處，允許的間隙：上部為7.0±1.9mm，側部為4.4±1.9mm，下部為3.8±2.5mm；允許與機身的階差要求：凸出為2.5mm，凹進為5.0mm。

位置準确度

部件内部組合件和零件的位置準确度是對基準軸線的位置要求，如大梁軸線、翼肋軸線、隔框軸線、長桁軸線等的實際裝配位置相對于理論軸線的位置偏差。一般規定梁軸線允許的位置偏差和不平度範圍為±0.5～±1.0mm，普通肋軸線的位置偏差範圍為±1～±2mm，長桁的位置偏差為±2mm等。

表示飛機尾翼相對于機身的位置準确度參數是上反角(或下反角)口、安裝角a和後掠角。一般将其允差值換算成線性尺寸在飛機水平測量時檢驗。

表示各操縱面相對于固定翼面的位置準确度參數是階差、剪刀差和問隙。

表示機身各段問的相對位置準确度參數是同軸度。同軸度本身的要求并不高，一般在幾毫米以内，但必須保證各段對接處的階差不超過表面平滑度的要求。

生産線

随着自動鑽鉚技術與數字化技術緊密結合，分别形成了多種機型、多種部件的自動化裝配生産線。自動化裝配生産線有多種模式，照裝配單元集中布置的單元生産模式、按照裝配流程布置的流水線生産模式以及混合布置模式等。傳統的裝配生産線一般采用按照裝配單元集中布置的單元生産模式，而新近規劃中的一些部件裝配生産線多是采用按照裝配流程布置的流水線生産模式。實際上所有的生産線很難完全采用單一理念，最終采用混合布局生産線。在部裝和總裝階段，最具代表性的是波音公司的總裝移動生産線，通過采用了移動生産方式。大大縮短了飛機總裝時間，降低了總裝成本，提高了裝配質量。

為了充分發揮裝配生産線的性能，保證生産效率和速度，需要按自動化裝配工藝流程對生産線進行整體規劃，針對生産線從管理、工藝和控制等方面進行完善的設計。

流程優化

飛機裝配過程複雜，工作量大，采用自動化生産線的裝配流程，既要考慮自動化裝配作業的空間開敝性，同時也要兼顧工位作業的平衡性，正确的進行結構分段，合理劃分裝配單元，安排裝配任務。而流程優化和改進是一個反複循環的過程，這對自動化生産線的設計與規劃提出了更高的要求。生産線必須具有一定的柔性，以滿足流程優化的需求。

流程優化的另一個重要環節是飛機裝配作業的規範化和标準化，包括裝配動作、時間、業務流程、設備以及裝夾具等。完成裝配工作的标準化，是建立自動化裝配生産線的基礎。對于飛機裝配而言，其标準化工作主要包括以下幾個方面：

(1)裝配動作的标準化。針對批生産，将裝配操作步驟和操作方法具體化、固定化，保證過程的一緻性、穩定性。

(2)業務工作标準化。繪制各類工作流程圖，固化工作流程，縮短裝配周期。如質量檢驗、生産計劃與調度等業務工作。

(3)設備維護标準化。編制統一的生産線設備維護保養手冊，定期對設備進行維護保養，提高設備的利用率。

(4)工裝夾具通用化。通過工裝夾具通用化，采用組合工裝和快換工裝等技術手段，保證工裝夾具的可持續操作性。

産能平衡

生産線平衡問題已被認為是生産流程設計及作業标準化過程中關鍵的一環。企業實現均衡生産不僅有利于保證設備、人力的負荷平衡，從而提高設備和工時的利用率，同時還有利于建立正常的生産秩序和管理秩序，保證産品質量和安全生産；均衡生産還有利于節約物資消耗，減少在制品數量，加速流動資金周轉，從而降低生産成本。

精益物流

精益物流是保障生産線順利運轉的重要環節，物流配送需将準備好的完全成套件，按指定的架次、在指定的時間、按照規定的路線送到指定的地點，保證裝配工作有序地進行。物流包括兩個層次，第一個層次主要指企業内部物流，尤其是與裝配生産線相關的物流配送和管理；第二個層次是企業外部的物流，涉及産品組成零組件的供應商，以供應鍊為基礎。

企業内部物流是伴随着裝配生産過程而産生的。面向飛機裝配生産線的生産現場物流配送需要結合飛機的裝配流程、産品特征、生産線布局，充分考慮到物流通道和配送手段，盡量減少傳送、等待的時間，降低倉庫、生産線的庫存。尤其是飛機零組件/大部件體積大、占用空間大、運送不方便，對物流通道和配送手段都提出了更高的要求。

在主制造商一供應商的制造模式下，企業外部物流的保障對于裝配生産線的連續運轉尤為重要。企業外部物流要整合供應鍊資源，加強對供應商的管理，提高零部件質量，統一信息、技術、設備、操作标準，建立供應商到貨時間窗口，提高到貨的準确性，确保供應商快速、高質量的安全供貨。