飞机装配:飞机制造的重要环节-中文百科频道

特点

飞机装配是将各零件或组合件按产品技术要求相互准确定位，并用规定的连接方法装配成部件或产品的过程。受结构特点和结构刚性等网素影响，在飞机装配中大量采用铆接和螺接等连接手段，同时，为了保证装配协调及外形准确度要求，并保证装配过程中组件、部件具有一定的结构刚度，飞机装配巾采用了大量的结构复杂、准确度高的装配型架这一切均显示出，与一般机械产品的装配过程相比，飞机装配具有非常显著的特点。

(1)产品几何定义与协调方法

由于飞机零件形状复杂，难以在二维图样上用尺寸描述零件的尺寸和形状，长期以来一直用模线样板的方式进行飞机产品的几何定义。随着计算机技术的发展。20世纪70年代产生了计算机辅助设训+制造技术。飞机的几何尺寸与形状定义采用了以B样条等函数构建的三维线架结构，使模线由人工绘制变为由绘图机自动绘制。复杂的机械加工可以利用零件的数模进行编程，实现数控加工。直到20世纪90年代，以波音、空客为代表的三维数字化设计制造技术应用，彻底改变了飞机设计制造模式。

(2)装配工艺装备的特点与作用

飞机结构不同于一般机械产品，在它的装配过程中，不能仅仅依靠零件自身形状与尺寸的加工精度来保证装配出合格的组、部件。因此，除了采用各种通用机床、常用工具和试验设备以外，还需针对不同机型的组件及部件，制定专门的装配工艺装备，如装配型架、对合型架、精加工型架、壁板装配夹具等。这些专用的生产装备用于完成飞机产品从零组件到部件的装配以及总装配过程，一般尺寸较大的称为装配型架，而尺寸较小的称为装配夹具，二者不存在严格、明确的界限。

装配工装的主要功用有如下几点：①定位夹紧，保证产品的尺寸、形状和零件问相对位置的准确性。②确保产品满足准确度和协调互换的要求，在一般机械制造中，保证产品互换性主要是通过公差、配合制度和通用量具来实现，而飞机制造中则是通过相互协调的装配工装来实现。③保持尺寸形状稳定性，飞机结构中存在大量钣金件，其尺寸大而刚性小，所以无论是铆接还是焊接。在连接时都会产生不同程度的变形，而装配能够确保钣金件及其组合件的形状，控制装配过程的变形。④改善装配过程的劳动条件，提高劳动生产率，降低成本。

在批生产中，一个部件的装配往往需要用一套具有多种功能的工装完成全部的装配工作，如骨架装配夹具、总装型架、架外补铆型架等。这种情况下，每个工装必须与装配过程前后相关的工装相互协调，同时还需要与相关的零件工装协调。

(3)装配连接方式

飞机的机体结构由上万项零件组成，连接方式以铆接为主。铆接的优点是连接强度稳定可靠，易于检查和排除故障，能适应较复杂的结构和不同材料之间的连接且操作技术简便易行。但是铆接也存在自身的缺点，主要表现在：铆缝应力分布不均匀；手工劳动量大，生产效率低；铆接质量受人为因素影响较大，不易控制。

为了解决人工钻铆所出现的问题，能够完成定孔位、制孔、送钉、施铆全过程的自动钻铆设备开始出现。随着数控技术的发展，自动钻铆技术日益成熟，小现了不同结构形式的自动制孔设备和与其配套的自动调平托架。自动钻铆设备本身比较庞大。与人工铆接相比其灵活性较差，因此适合铆接工作面开敞的部组件，常用于大型飞机铆接装配。对于战斗机中空间狭小且铆接部位形状复杂的装配件而言，其应用受到了一定的限制。为此，目前又出现了各种类型的自动制孔设备，如机器人自动制孔设备、五坐标自动制孔设备等。

发展趋势

从20世纪50年代以来，数字化技术在国外航空工业中的应用，经历了从数字化技术的单项应用。到数字化系统集成应用，再到数字化协同设计制造和产品全寿命周期数据管理的发展历程。以波音公司为例，波音公司在20世纪90年代研制波音777飞机的过程中已全面实施了产品数字化设计，该型飞机作为世界上第一种全数字化定义和无纸化生产的飞机。是飞机制造业全面应用数字化技术的里程碑。欧洲的空客公司也建立了多地区、多制造厂之问的飞机异地协同数字化设计制造及管理体系。为空中“巨无霸”飞机A380的成功研制提供了坚实的数字化技术应用基础。

目前，飞机数字化设计制造技术已在波音、洛克希德·马丁、空客等公司的飞机研制过程中广泛应用，先进飞机设计制造技术以全面采用数字化产品定义、产品数据管理、并行工程和虚拟制造技术为主要标志，从根本上改变了飞机传统的设计制造方式，大幅度提高了制造技术水平，并取得了良好的效益、例如，空客公司采用虚拟制造技术，将其新机试制周期从4年缩短为2.5年，显著降低了研制费用及生产成本。

飞机数字化装配技术兴起于20世纪80年代后期。并在西方航空工业发达国家获得了迅速发展，数字化装配技术集成了工业界各领域最先进的科技成果，如数字化技术、虚拟现实技术、激光跟踪定位技术、自动控制技术等，它已经完全不同于传统的飞机装配技术。现代飞机数字化装配技术以自动化、数字化、柔性化与信息化为特点，显著提高了飞机装配质量和效率，同时也提高了飞机的疲劳寿命。

目前，波音公司和空客公司代表了全球航空制造业的最先进水平，其数字化装配技术体系已逐渐成熟。在波音777/787飞机、空客A380飞机等的研制过程中，机身部件的装配均已采用数字化装配技术。同时，为适应飞机数字化装配技术发展的要求，国外相关的没备制造公司与飞机制造公司合作。不断在数字化装配技术及装备方面进行探索研究。在各种新机型研制过程中，飞机数字化装配技术也在不断向前发展。

中国农业大学李红军博士在接受《经济参考报》记者采访时表示，与往年相比，2020年高新技术将会超过社会发展成为项目数和经费数居第一位的板块。“以‘基于5G的飞机装配过程虚拟/增强现实的全流程辅助决策技术’为例，将CPS、5G、VR/AR等热门技术融合为飞机制造提供决策支持，力争提高飞机装配效率30%。

准确度

飞机机体的装配准确度，直接影响到飞机的使用性能以及生产的互换性，因此保证飞机机体的装配准确度，是飞机装配工作的主要任务。对于飞机机体装配准确度的要求主要包括下述几方面。

外形准确度

(1)外形要求。

对于不同类型的飞机，其要求是不同的。对于外形准确度，翼面部件比机身部件要求高，部件最大剖面之前比最大剖面之后要求高。

高速歼击机允许的翼面展向波纹度不大于0.5/400。由于机翼一般为单曲度部件，可用直尺沿等百分比(如5%，10%，15%，20%，40%，60%和80%)弦线处进行检查。

因为要检查出外形的正向误差，所以必须使用等距样板。当要检查各截面间的相对扭转和相对位移时，则必须用部件检验型架或在装配型架上安装检验卡板(即各截面的等距检验卡板)进行检验。这时检验出的外形误差是外形的综合误差。

(2)表面平滑度要求。

表面不平滑误差包括铆钉、螺钉、焊点处的局部凸凹缺陷，蒙皮对缝间隙和阶差等。蒙皮对缝间隙允许值是按平行和垂直气流方向分别规定的，对缝阶差允许值是按顺气流和逆气流方向分别规定的。对结构比较复杂、难以保证精密配合的部位，则根据具体情况制定允许值。例如，对于“三叉载”型客机的乘客舱门与周围机身配合处，允许的间隙：上部为7.0±1.9mm，侧部为4.4±1.9mm，下部为3.8±2.5mm；允许与机身的阶差要求：凸出为2.5mm，凹进为5.0mm。

位置准确度

部件内部组合件和零件的位置准确度是对基准轴线的位置要求，如大梁轴线、翼肋轴线、隔框轴线、长桁轴线等的实际装配位置相对于理论轴线的位置偏差。一般规定梁轴线允许的位置偏差和不平度范围为±0.5～±1.0mm，普通肋轴线的位置偏差范围为±1～±2mm，长桁的位置偏差为±2mm等。

表示飞机尾翼相对于机身的位置准确度参数是上反角(或下反角)口、安装角a和后掠角。一般将其允差值换算成线性尺寸在飞机水平测量时检验。

表示各操纵面相对于固定翼面的位置准确度参数是阶差、剪刀差和问隙。

表示机身各段问的相对位置准确度参数是同轴度。同轴度本身的要求并不高，一般在几毫米以内，但必须保证各段对接处的阶差不超过表面平滑度的要求。

生产线

随着自动钻铆技术与数字化技术紧密结合，分别形成了多种机型、多种部件的自动化装配生产线。自动化装配生产线有多种模式，照装配单元集中布置的单元生产模式、按照装配流程布置的流水线生产模式以及混合布置模式等。传统的装配生产线一般采用按照装配单元集中布置的单元生产模式，而新近规划中的一些部件装配生产线多是采用按照装配流程布置的流水线生产模式。实际上所有的生产线很难完全采用单一理念，最终采用混合布局生产线。在部装和总装阶段，最具代表性的是波音公司的总装移动生产线，通过采用了移动生产方式。大大缩短了飞机总装时间，降低了总装成本，提高了装配质量。

为了充分发挥装配生产线的性能，保证生产效率和速度，需要按自动化装配工艺流程对生产线进行整体规划，针对生产线从管理、工艺和控制等方面进行完善的设计。

流程优化

飞机装配过程复杂，工作量大，采用自动化生产线的装配流程，既要考虑自动化装配作业的空间开敝性，同时也要兼顾工位作业的平衡性，正确的进行结构分段，合理划分装配单元，安排装配任务。而流程优化和改进是一个反复循环的过程，这对自动化生产线的设计与规划提出了更高的要求。生产线必须具有一定的柔性，以满足流程优化的需求。

流程优化的另一个重要环节是飞机装配作业的规范化和标准化，包括装配动作、时间、业务流程、设备以及装夹具等。完成装配工作的标准化，是建立自动化装配生产线的基础。对于飞机装配而言，其标准化工作主要包括以下几个方面：

(1)装配动作的标准化。针对批生产，将装配操作步骤和操作方法具体化、固定化，保证过程的一致性、稳定性。

(2)业务工作标准化。绘制各类工作流程图，固化工作流程，缩短装配周期。如质量检验、生产计划与调度等业务工作。

(3)设备维护标准化。编制统一的生产线设备维护保养手册，定期对设备进行维护保养，提高设备的利用率。

(4)工装夹具通用化。通过工装夹具通用化，采用组合工装和快换工装等技术手段，保证工装夹具的可持续操作性。

产能平衡

生产线平衡问题已被认为是生产流程设计及作业标准化过程中关键的一环。企业实现均衡生产不仅有利于保证设备、人力的负荷平衡，从而提高设备和工时的利用率，同时还有利于建立正常的生产秩序和管理秩序，保证产品质量和安全生产；均衡生产还有利于节约物资消耗，减少在制品数量，加速流动资金周转，从而降低生产成本。

精益物流

精益物流是保障生产线顺利运转的重要环节，物流配送需将准备好的完全成套件，按指定的架次、在指定的时间、按照规定的路线送到指定的地点，保证装配工作有序地进行。物流包括两个层次，第一个层次主要指企业内部物流，尤其是与装配生产线相关的物流配送和管理；第二个层次是企业外部的物流，涉及产品组成零组件的供应商，以供应链为基础。

企业内部物流是伴随着装配生产过程而产生的。面向飞机装配生产线的生产现场物流配送需要结合飞机的装配流程、产品特征、生产线布局，充分考虑到物流通道和配送手段，尽量减少传送、等待的时间，降低仓库、生产线的库存。尤其是飞机零组件/大部件体积大、占用空间大、运送不方便，对物流通道和配送手段都提出了更高的要求。

在主制造商一供应商的制造模式下，企业外部物流的保障对于装配生产线的连续运转尤为重要。企业外部物流要整合供应链资源，加强对供应商的管理，提高零部件质量，统一信息、技术、设备、操作标准，建立供应商到货时间窗口，提高到货的准确性，确保供应商快速、高质量的安全供货。