多机型混线生产共用装配工艺装备改进技术研究

多机型混线生产共用装配工艺装备改进技术研究

王纳新,田经纬,蔡继钊

(航空工业西飞  邮编:710089)

摘要：本文介绍了飞机研制过程中多机型混线生产共用传统装配工艺装备扩展设计改进的技术方法。主要从多机型飞机共用装配工艺装备的柔性化、模块化设计改进；同工位多机型定位结构快速切换与防差错技术探索；同一台工装上模拟量方法与数字化方法过渡、融合以及逆向工程技术的应用进行了论述。这些技术方法不仅可以普遍用于扩展机型工装设计，对各大主机厂现有大量的模拟量装配工装的改进、维护有着普遍的推广应用前景。

关键词： 传统装配工艺装备；扩展设计改进；技术研究。

在航空工业的飞机研制生产工程中，一个型号的飞机从开始研制到成熟再到各种用途改进，一般会历经几十年的时间，这期间伴随着技术的进步，安全要求以及商业需求的不断提升，每个型号都会不断改进完善，进而产生各种不同的机型。以空客A320飞机为例，从新机研制至今已经历A320J、A320JS、A320CEO、A320NEO等多个机型的生产。同样，飞机制造所用的装配工艺装备（以下简称装配工装）也会经历若干年的不断设计改进，以适应不同机型飞机装配的要求。飞机新机型大多只是局部结构改进，因此，同一机种飞机的多个机型装配通常共用同一台装配工装，只对工装的局部结构改进以适应新机型生产的要求。在装配工装的改造升级过程中，探索出对这些模拟量装配工装进行全新数字化升级改造技术的方法与应用，同时着重解决如何用数字化加工技术、激光/雷达跟踪测量、安装技术替代样件、量归、样板等传统标准工艺装备就成了各飞机制造企业的一个重要课题。以下将结合我们在实际多机型传统模拟量装配工装改进过程中的实践对这些方法、技术进行阐述。

1 基于原装配工装的多机型装配的柔性化、模块化的设计改进

工艺装备的柔性化、模块化设计理念是目前工装设计研制的主流趋势之一，柔性化设计最大优势就在于在一台装配工装上快速完成不同飞机产品的装配制造，模块化的工作特点是将复杂结构分解为更利于制造、使用的模块的方式，将复杂装配工艺装备中具有特定功能的结构部分作为一个特定的子功能，这些子功能依照集成要求组合成完整的装配工装进而完成装配工装要求所有功能。多机型传统模拟量装配工装改进设计时，对已有的模拟量设计的装配工装进行局部柔性化、模块化可行性技术分析，根据不同机型飞机产品结构的特点制定具体的涉及改进方案。在实践中常用到的有三种方法，最常见的是局部定位结构的改进设计，将原有单一功能的固定结构改进成为适应多机型定位要求快速切换的柔型结构。第二是关键部位组件定位、夹紧、移动结构进行功能拆分，将框架、移动、升降等共用的基础功能拆分成共用模块，而将不同机型的定位、夹紧功能设计成柔性的定位模块以满足不同机型的定位、夹紧要求，使用时针对不同机型只对定位模块进行切换。在机翼翼盒总装型架根肋定位系统的改进设计就采用这一方法。第三种方法则针对完整组件需扩展设计要求的情况，通常将新增机型的装配要求集成在一个或几个的组件中，以实现在新旧机型之间的切换。

2  同工位条件下的不同机型定位结构的快速切换与防差错

基于不同机型飞机产品结构及技术要求的差异程度，对现有装配工装的改进设计原则是，保留原工装的总体结构设计方案，不同构型飞机产品结构相同或近似的部位继续沿用原有结构设计， 仅对不同构型结构不同的部位进行改进设计。因此，现有装配工装的同一工位出现多个不同机型的定位结构，这些定位结构之间切换的便捷性、可达性直接影响着产品装配的质量和效率，通常在改进设计中为实现同一工位的不同定位结构间安全、快速切换可将原有的固定结构改进为快拆结构；在操作空间允许的情况下，可将移动、拆卸部位改进为电动或气动结构，以节省人力、提高装配效率。

不同机型的工装定位形式往往结构相同，外观非常相似。操作者在产品装配时很容易将不同机型的工装定位结构用错、用串，进而造成产品质量事故。因此，在装配工装上同一工位不同机型的定位结构防差错设计是改进设计过程中的一个重要内容。防差错设计的方法很多，最常见的是标记防差错，即在不同机型工装结构上用文字做明确的标记，标记内容根据需求如:“机型、产品图号、航向、左右、基准”等。其次是利用不同颜色防差错，如在同一台装配工装不同机型定位器涂不同的颜色油漆；左、右台工装涂不同颜色油漆区别，如：左红、右绿等；钻模上在相同孔径的孔周围涂相同颜色油漆，不仅可以防差错，还可提高制孔效率。第三种方法物理防差错，也称结构防差错，是最安全的防差错方法。物理防差错就是在结构设计过程中要增加专门的结构用于防差错，如相似定位结构的连接孔、销子设计成孔位、孔径不相同；易错的定位面和非定位面可在非定位面上设计凸起或安装螺钉；在易用错部位设计干涉结构，若使用不当就无法安装到位等。   

3 数字化工装设计方法对传统模拟量装配工装实现机型扩展设计

在机型扩展装配工装设计改进时，首先需要解决的问题是如何将原有模拟量装配工装的设计基准与新的机型飞机基准统一并建立准确的空间位置关系。这需要根据原装配工装模拟量基准与飞机基准之间相对空间位置关系，确定已有定位点、线、面在飞机基准下的准确位置，然后通过换算取得每一个特征点、线、面在飞机坐标系下的坐标值，这一过程通常是在CATIA上通过建模仿真完成，结果更加直观、准确。然后，根据获取到每个有定位点、线、面在飞机基准坐标系下的理论值，利用激光跟踪仪对工装实物上相应定位孔、轴、面数据采集，进而在模拟量装配工装上逆向建立起准确的数字化安装基准系统，即用于后续安装激光跟踪仪的ERS系统。数字化基准安装系统建成后，在扩展机型工装设计时就可以进行常规的数字化工装设计改进工作。同时，生产制造部门则可以完全放弃原有模拟量的工艺方法，采用OTS激光跟踪仪、激光雷达等数字化手段进行装配工装制造、安装，解决了以前模拟量工装设计的二维图纸与数字化设计、安装方法在同一台装配工装上的过渡、融合问题，确保了新老机型生产线能实现顺畅切换和正常生产。

4基于逆向工程技术的传统模拟量装配工装扩展设计的探索与应用

大多成熟机型所用的装配工装是基于模拟量方法设计、制造，在工装的设计制造过程中采用大量的样件、量规、样板等标准工艺装备。作为制造依据的标准工艺装备实物通常带有复杂的曲面外形，对接交点等，由于长期使用不可避免的会发生磨损、破坏。由于模拟量方法制造工艺现已很少用到，加上人员流失、设备淘汰等因素这些模拟量标准工艺装备的维护、返修变得极为困难。解决这一问题的途径就是如何将这些标准工艺装备实物数字化，形成电子标工。逆向工程技术的应用为解决这一难题提供了可能。在实际的应用中首先采用激光雷达等设备对样件、量规等标准工艺装备的物理实样扫描，采集到标工实物上准确的外形、孔位等信息，进而建立数字模型，再经过设计人员转换成完整的电子标工。这些电子标工就可以与实物标工一样用于工装定位结构的设计改进。逆向工程技术不仅可以用于扩展机型工装设计，对大量的模拟量装配工装由于长期使用造成的磨损、破坏的返修与维护有着普遍的推广应用前景。

结束语

无论国内还是国外航空制造企业，在产的成熟机种、机型往往占其产品的多数，这些成熟机种、机型所用的装配工艺装备都面临不断机型扩展改进需求。因此，本文所论述的多机型混线生产共用传统装配工艺装备扩展设计改进技术有着广泛的应用前景。通过对装配工装柔性化、模块化改进设计实现了在同一台装配工装多机型混线生产；快速切换、防差错技术改进在提高不同机型装配切换效率的同时，还确保了飞机装配质量；数字化工装设计方法在传统模拟量装配工装技术改造过程中的应用以及逆向工程技术的实践，用新技术为传统模拟量工装的定检、维护，改进提供了可靠的技术支撑。

参考文献：

[1] 王海宇. 飞机装配工艺学[M]. 西安: 西北工业大学出版社, 2012.

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[3] 王巍, 杨亚文等. 基于数字化测量的飞机型架装配技术研究[J]. 航空制造技术, 2014, 57(21): 82–85.

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