浅论大型飞机研制中的若干数字化智能装配技术

智库 (11) 2021-04-09 17:47:00

根据我国的标准,大型飞机主要是指坐席在150以上的大型客机,或起飞总重量为100t军民用运输机。2015年商飞公司在上海举行的大飞机下线仪式,标志着我国有能力自主生产大型飞机。为了尽可能将大型飞机生产成本压缩到合理范围内,需要提高装配的精度、效率,协调好各机械设备的关系,单靠传统装配技术已经很难满足在飞机装配的需求,因此采用数字化智能装配技术成为了可能。
1飞机智能化装配的系统框架及其架构
相比传统飞机装配技术,智能化装配设计的零部件、工装夹具、物流等环节,都能够根据生产需要进行智能化调整,并为工作人员提供装配系统模型框架图。通过它,可以了解决策单元、知识累积等方面的信息处理情况,获知精准的执行特征,具有实时分析、高度集成等特征。此智能装配技术体系,包含装配支撑、装配关键技术、装配应用系统三个层级。
装配过程,飞机参数的变化,如巡航速度、可靠性等指标变化,面临以下几种装配挑战:(1)基于柔性设计原则,保证飞机能够在音速飞行状态下,保证其可靠性、经济性,因此要严格把握装配的精度,对于飞机各零部件连接有很大的要求。(2)由于大型飞机的尺寸较大,因此要根据这一特点,调整构造装配生产线,满足生产需求。(3)智能装配强化了信息沟通和共享,增强流程控制,提高大飞机高效率、高质量装配。(4)大飞机的复合材料占比较大,对于不同材料的装配需求,不仅要满足其精度要求,还要考虑材料搭配的合理性[1]。
2虚拟现实仿真优化技术
2.1技术特点
虚拟现实仿真优化技术,应用到大飛机数字化智能装配技术中,是其关键技术的一种。利用仿真技术,针对飞机的装配过程合理优化装配路径,以及物料和实际装配布局,根据给出的生产和工艺模型,首先利用仿真技术模拟装配一遍,然后分析其存在的问题,通过各环节分解优化,确保最终装配方案满足在要求,通过这样的技术流程指导整体装配过程。基于以上要求,虚拟装配系统需要满足两项要求,即三维可视化手段、生成装配仿真文件。前者主要视为工艺设计人员提供便利,通过可视化展现装配环节的细节,方便其进行修改和完善,剔除掉不合理的设计;后者通过装配仿真文件,构建相对真实的场景,在此环境下进行零件装配,减少二维图纸耗费的沟通时间成本。
这项技术波音公司已经得到了很大的发展,被广泛应用到大飞机装配过程中,如波音787客机的研制,就是利用此工艺缩短了零件装配设计和修改的时间,最大程度降低生产成本。法国Ma公司也利用虚拟现实仿真优化技术,通过它开发一个疲劳模型虚拟环境平台,从物理视角为人们提供虚拟人体在操作过程的疲劳程度、困难度,基于人体体力变化的特征形成疲劳模型。监测不同肌肉群疲劳抗力,通过模拟数据在VRHIT实验平台进行验证,确认理论的可行性。
2.2装配仿真内容
利用仿真技术,对装配路径和顺序进行验证,确认其是否遵循着特定运动轨迹完成零部件装配,以及整体的装配顺序是否正确描述该过程,为测试人员提供明确的零件功能、结构特征以及它们的几何关系。通过仿真程序,直观地展示装配过程,可以发现是否有空间干涉、碰撞等问题,然后根据仿真结果再进行优化和调整,进一步提高零部件装配效率。
应用DELMIA系统方案,对人机工程的可达性、可见性进行检测,在这过程主要考察各项装配操作,涉及的零部件都处于操作范围内,且符合人体装配作业需要。然后进行空间碰撞、干涉检查,检测方式可分为动态、静态干涉检测。除了对装配路径的零部件间干涉、间隙体积计算外,还为检测人员提供视觉观察方式,发现涉及零部件的工艺结构问题,对于不符合工艺问题的情况,进行定量化计算和详细分析[2]。
3智能装配工艺装备开发
用于飞机装配的智能工艺装备,可以在装配过程获取装配工艺知识,根据装配环境制定更加合理,符合信息物理融合技术运用条件的生产控制策略。因此,为了实现装配高精度性,根据大飞机的参数开发专用的智能装配工艺装备。
以智能装配装备取代人力操作的常规内容,将重复性的操作交给机械,进一步提高飞机装配的机械化、自动化程度。配合智能机器人或设备,强化人与机器、人与人之间的沟通,通过合理的信息资源共享,最大程度提高飞机装配的效率和质量。
钻铆技术是飞机柔性装配的前沿技术之一,它突破了传统装配技术中,关于加工位置、加工操作的技术局限,由此推出了自动钻铆技术,使这项技术的应用范围增大。2014年波音公司开发了一款机身自动站立装配系统(FAUB),根据测试和技术验证,已可应用到机身装配生产线。应用这一系统,机身在脉动生产线,通过机器人紧固机身壁板然后用点胶枪为铆接点提供润滑。这样的技术,每天至少能为6000个铆接点进行钻孔、铆接紧固件的操作,相比于传统的手工操作,自动钻铆技术提高了操作的安全性、效率和产品质量,我国对于大飞机智能装配装备的研究,也有一定的成果,在北京航空航天大学等大学和科研单位的组织下,推出一种用以调整大型飞机机身调姿与对接试验系统,利用激光技术和仪器,能够在试验过程测量各监测点,配合管理系统的计算功能,精准调整飞机的调姿与对接,构成运动学模型。这项系统集成了管理、测量和控制系统,并为其提供软件开发和集成条件,是我国大型飞机智能装配技术的关键技术之一。
结论
综合上述,为了减少大型飞机装配的时间和错误率,通过应用数字化智能装配技术,优化装配的路径和顺序。配合智能装配装备,将重复性的操作交给机器人,提高了装配的正确率和效率,提高了自动化、机械化水平。

THE END

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