数据驱动的飞机智能化装配工艺设计技术 .pdfVIP

数据驱动的飞机智能化装配工艺设计技

术

摘要：现阶段，我国社会发展迅速，科技不断进步。随着现代飞行器的制造

工艺趋向于集成，急需构建一套完备的数据协同传递模型，以缩短发布周期，降

低制造成本。在飞机制造业中，产品的设计意向需要传达到整个生产流程中，而

由设计所签发的飞机产品的设计模式只包括工艺参数的一小部分，并未与工艺特

征及3D建模建立联系，这对工艺过程中工艺资讯的传达与发布都是不利的，因

此，要结合实际的技术条件、实际生产能力、工艺技术要求及个人的设计实践，

对其进行工艺加工和重新设计。

关键词：数据驱动；飞机智能化；装配工艺；设计技术

引言

飞机产品在制造过程中，其零部件的种类和数量非常多，整机结构复杂，装

配耗时且成本高。同时，构成飞机主体结构的零部件多为钣金件，尺寸较大、质

量轻，在装配的过程中容易发生变形。因此，为保证飞机的装配质量，必须确保

待装配零部件的结构外形与安装位置准确，这就需要在装配过程中大量使用专用

的装配工艺装备。装配工艺装备是指飞机产品在由组件、部件装配到总装配的过

程中，用以控制其几何参数所用的具有定位功能的专用装备，即产品制造过程中

所需的刀具、夹具、模具、量具等工具的总称，在飞机、汽车、轨道机车等制造

领域中被广泛应用。数字孪生技术作为智能制造的核心技术之一，能够根据实际

运行状态和环境变化的数据对物体实际运行情况进行仿真预测，加强物理实体与

信息数据之间的全面交互与深度融合。型架作为保障飞机装配质量的重要工艺装

备，其装配工作的重要性不言而喻。

1航空产品设计发展趋势分析

航空领域相关产品设计工作普遍存在零部件数量多、标准化程度低以及组装

结构复杂等问题。同时航空复杂产品的整体生产制造方面，对应加工工艺存在较

大技术难度、生产制造工艺类型多样、生产制造流程长等特征，同时航空复杂产

品的各种零件组装配套关系十分复杂，普遍以机电一体化为主。随着中国航空市

场领域发展需求持续扩大以及市场竞争趋势不断加剧，各种航空复杂产品在制造

生产中不断提升产品研发质量和缩减研发周期基础上，更加倾向于产品设计、装

配技术工艺和制造生产等环节的全面协同发展。在物联网技术、AR技术、数字孪

生技术、MBD技术、人工智能技术、大数据技术等信息技术持续创新发展背景下，

促进相关技术应用范围的持续扩展，为此需要将各种先进技术手段合理应用到航

空产品的综合设计研制当中，充分满足航空领域产品制造生产和设计等方面的独

特需求，借助先进技术支持航空复杂产品创新研发能力持续发展和提升，合理应

对市场挑战，积极迎合市场发展要求。为此需要积极参考和借鉴国内外各个代表

航空复杂产品生产企业的建设经验和成功案例，在航空产品研制中合理应用各种

先进技术，结合国内航空复杂产品生产需求研究适合的数字化装配技术工艺，注

重提升国内航空领域的复杂产品研发能力。

2基于数字孪生的飞机型架装配工艺设计解决方案

2.1基于数字孪生的型架装配工艺规划总体方案

数字孪生技术应用需要具备物理空间的物理产品、虚拟世界的虚拟产品以及

连接虚拟产品与物理产品的数据和信息3要素。针对研究对象综合考虑与型架装

配过程关联的人员、工具、标准、检验要求等相关构成元素，完成整个方案的编

制，将总体安装方案分为数字空间下型架装配工艺规划与仿真验证、物理空间的

实际安装过程和连接两个空间的信息交互平台构建3部分，得到数字孪生技术下

的型架装配工艺规划总体方案。面向型架装配过程的数字孪生技术应用，分析型

架各类定位构件安装精度要求与装配结构特点，划分零部件装配结构层次并确定

装配工艺顺序，规划型架装配过程并进行仿真验证，在数字空间形成以可视化装

配工艺文件为表达形式，且与实际装配现场一致的数字孪生装配过程模型；物理

装配现场依据可视化装配工艺文件确认装配现场相关信息、执行装配工艺指令，

完成型架的装配，并通过连接物理空间与数字空间的信息交互接口反馈装配进程

信息及装配过程中出现的问题，以完善和改进型架装配工艺；构建连接数字空间

与物理空间的信息交互接口，实现接收型架工艺指令、执行装配过程并反馈各类

装配进程信息。

2.2型架坐标系的拟合过程

型架的装配以及装配完成后的复测与定检的主要对象都是定位件和夹紧件。

由于激光跟踪仪实际测量获得的坐标值是在测量坐标系下的实测值，代表零件在

测量坐标系下的实际位置，而飞机产品零部件和型架定位元件的设计都是基于产

品坐标系，数模中所有的理论坐标