飛機裝配技術

2024年3月28日發(作者：只是因為你)

飛機裝配技術簡介

飛機裝配是根據尺寸協調原則，將飛機零件或組件按照設計和技術要求進行

組合、連接形成更高一級的裝配件或整機的過程。社會的需求、市場競爭及相關

技術的不斷發展，推動著飛機裝配技術不斷向更高水平演進。迄今為止，飛機裝

配技術已經歷了從人工裝配、半自動化裝配到自動化裝配的發展歷程，目前快速

發展的柔性裝配將自動化裝配技術推向了一個新的高度。

近10于年來，國外飛機裝配迅速發展，以B777、A340、A380、F-22、F-35

等為代表的新型軍、民機集中反映了國外飛機制造技術的現狀和發展趨勢，在裝

配技術上基于單一產品數據源的數字量尺寸協調體系，實施數字化尺寸工程技術，

應用柔性模塊化的工裝技術、加工和檢測單元并集成應用為一系列的自動化裝配

系統進行機體結構的自動化裝配，大量采用了長壽命連接技術，實現長壽命飛機

結構的高質量、高效率裝配。

1 我國飛機工裝設計制造研究現狀

我國航空工業主要沿襲前蘇聯的組織生產模式，飛機工裝也不例外。目前，

我國工裝整體設計制造水平落后，主要表現在：工裝設計雖采用了計算機輔助設

計（CATIA），但未充分利用優化分析（CAE）及虛擬預裝配技術，致使型架需

反復修改；制造能力差，采用外協加工存在資質認證困難、保密性差、交貨周期

長等問題；整機裝配仍采用手工作業或人工控制，精度和效率較低。與西方先進

航空企業相比，我國的工裝型架數目多、占地面積大、制造周期長、成本高、安

裝在型架上的定位件及測量儀器缺乏標準化和模塊化，同時以模擬量傳輸協調各

工藝環節的“串行工程”模式，嚴重阻礙了裝配質量的提高及研制周期的縮短。

低效的傳統飛機裝配技術已成為制約我國飛機快速研制的巨大障礙。我國航空企

業及科研院校在引進國外先進裝配技術的同時，在工裝設計方面的研究較多，主

要集中在采用CAD 技術進行飛機型架及相關性設計，包括型架標準件庫的建立

和型架優化及參數設計等

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3

]

。在測量技術方面，計算機輔助電子經緯儀（CAT），

及激光跟蹤儀（LT）等先進設備已逐步用于飛機裝配并實現國產化。在虛擬預

裝配方面，開展了飛機裝配工序可視化仿真、裝配路徑優化及裝配容差分析等研

究?？傊?，我國飛機工裝整體研究格局相對較為零散，工程缺乏系統化。

2 國外飛機數字化柔性工裝研究及應用

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飛機數字化裝配技術興起于20世紀80年代后期，迅速發展于西方航空發達國

家。1994年歐盟提出“基于協作型多功能操作機器人的航空產品柔性裝配系統”

研究項目

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4

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，其最終目標是實現數字化無型架裝配(JAM)。美國Boeing777研制

周期縮短了50%，出錯返工率減少了75%，成本降低了25%，成為數字化設計制

造與并行工程技術成功應用的典范。

2001年～2004年歐洲的ADFAST項目把研究目標定位于經濟實用的重構工

裝系統(ART)和集成測量系統上，獲得重大突破?？湛凸?005年機翼盒自動裝

配的AWBA2研究項目應用了多種數字化柔性裝配技術，降低了成本，縮短了周

期，實現了月產38套機翼。

波音公司在研制737時構建的基于構型控制的數字化制造信息管理系統

（DCAC/MRM）

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，及近年來研制787所采用的全球協同管理技術（Global

Co-laboration Environment，GCE），使得數字化技術平臺在同行業航空企業競

爭中取得優勢，象征性事件是2007年7月8日波音787Dreamliner的如期下線，同時

波音公司宣布已取得1100多億美元的707架波音787飛機的訂單。

洛克希德·馬丁公司牽頭研制的JSF戰機原型機X-35，采用具有激光定位、

電磁精密制孔等數字化柔性裝配特點的龍門鉆削系統，使裝配周期減少了2/3，

工裝數量由350件減少19件，成本降低1/2，LeicaLTD500激光定位配合液壓校平

系統及移動裝配生產線，大大減少了對接時間，和大部件的對接裝配數字化。先

進的裝配理念和方法，如決定性裝配（Determinant Asmbly，DA）、以骨架為

基準的自動化裝配技術等也廣泛應用于大型飛機自動化裝配。圖1為Boeing787

總裝及移動概念圖。

圖1 波音787總裝及移動

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Boeing787機身第43段的復合材料整體筒體與鈦合金框架實現了自動化裝配。

采用內外兩套獨立的裝置，在裝配時實現自動化裝配。采用內外兩套獨立的裝置，

在裝配時實現自動定位、夾緊、制孔、安裝環槽釘并完成環圈自動鐓鉚，由電磁

提供鉚接動力，目前該技術已在日本三菱重工投入使用。為實現飛機復合材料平

尾升降舵裝配，空客公司研制的復合材料升降舵柔性裝配系統可自動完成后緣的

測量和校準、上下壁板鉆孔和锪窩、鉚釘選擇及供給、注膠、鉚接及壁板表面波

紋度測量等

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。

3 數字化柔性工裝關鍵技術

數字化柔性裝配是建立在計算機數字信息處理平臺上，一個融合飛機特征的

全數字量協調體系。通過自動夾持、制孔、鉚接及無縫校準對接，完成組裝、部

裝及總裝。它能適應飛機的次寸規格、批量、裝配工藝、場地及時間變化，在有

限的場地完成快速裝配，達到優質、高效、低成本。數字化裝配關鍵技術包括虛

擬裝配技術、柔性(無型架)裝配技術、自動鉆鉚技術及激光跟蹤測量/檢測技術

等。圖2所示為數字化裝配技術框架。

圖2 數字化裝配技術框架

3.1 虛擬裝配技術

虛擬裝配是基于并行設計與分析環境的數字化預裝配（Digital Pre-Assmebly，

DPA），裝配過程仿真綜合考慮了零件的幾何信息、工裝信息、BOM定義、作

業路線、工作指令等，在預裝配仿真中發現問題，優化工藝，提高效率及降低成

本。圖3所示為國外某航空公司先進虛擬裝配環境界面。

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圖3 先進虛擬裝配用戶界面

3.2 柔性（無型架）裝配技術

柔性裝配技術是一種能適應快速研制、低成本制造及工裝可重組模塊化的先

進裝配技術。發展目標是無型架數字化裝配平臺，涵蓋了柔性工裝、精確定位與

測量、數據采集/處理系統。無型架數字化裝配技術將徹底減少飛機裝配對型架

的依賴性。目前國外柔性化裝配技術主要表現在一下幾個方面：

a．行列式高速柱柔性工裝。行列式高速柱工裝適用于壁板及翼梁裝配，如

波音飛機727、737、777、C-17等飛機翼梁的裝配和空客A330系列機翼壁板的

裝配。最新的A380壁板及翼梁裝配也采用了此工裝。圖4所示為波音727機翼

柔性裝配現場。

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圖4 波音727機翼柔性裝配

b.多點陣成形真空吸盤柔性工裝。多點陣成形真空吸盤工裝由一組立柱吸盤

組成，吸盤在程序控制下移動定位，生成與裝配件曲面完全符合并均勻分布的吸

附點陣，能精確、可靠地定位和夾持壁板。當飛機型面發生變化時，吸附點陣在

伺服控制下相應改變。當工裝廣泛應用于戴姆勒—奔馳宇航、MD及EADS等公

司的軍、民用飛機生產。

c.移動裝配生產線技術。波音公司將飛機放在由傳送鏈移動的輪車生產線上，

使飛機沿生產線移動裝配。通過射頻信號實時傳送來實現對飛機移動裝配生產線

的遠程控制，并監控飛機移動的情況。飛機在2個裝配臺的移動只需1h，可同

時移動7架飛機，并能保證飛機之間的等距及等高。同時因傳送鏈在地板上，地

下總線能夠保證恒定電流供應及防火等監控管理。目前，波音公司已經在移動裝

配生產線上連續建造了波音717、737、757等單通道飛機。該技術大大縮短了民

用飛機交付時間。

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.

3

數字化鉆鉚技術

自動鉆鉚裝配生產線，包括部件裝配鉆鉚、對接鉆鉚及機器人鉆鉚，綜合了

數字化整體結構精確制造技術、激光跟蹤測量定位、伺服控制等先進技術，實現

了對大段壁板的鉆鉚裝配工作，提高了飛機的裝配質量及效率。近年來興起的電

磁鉚接在干涉配合鉚接、復合材料結構鉚接、難成形材料鉚釘鉚接、干涉配合緊

固件安裝及改善勞動條件方面有無法比擬的優勢，將在飛機制造中發揮重要作用，

具有廣泛的應用前景。目前國內有關航空企業及科研院校已著手該項研究。圖5

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所示為空客A340機翼數控鉆加工。

圖5 空客A340機翼數控鉆加工

3.4

以激光跟蹤儀為核心的數字化測量技術

飛機制造使用的測量設備有：三坐標測量機、電子經緯儀、光學準直儀、激

光自動跟蹤儀、激光雷達掃描儀、CCD照相測量系統及室內GPS系統等。它們

在裝配線中用來測量和定位工裝或直接定位裝配構件，是飛機裝配質量的保證。

圖6所示為某航空公司實時激光基準儀測量概念圖。

圖6 某航空公司實時激光基準儀測量概念圖

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4 我國飛機數字化柔性工裝的技術途徑

4.1

建立工藝規范化仿真裝配體系

全數字化工藝規范體系是虛擬預裝配技術的基礎，創建基于知識工程、實例

推理技術及人機交互式裝配的工藝規范體系成為必然。結合目前我國航空制造企

業的需求和實際情況，亟待開發一套飛機可視化仿真裝配系統。其一，利用機構

仿真、干涉檢查及強度分析等虛擬裝配技術驗證飛機結構、功能及性能的合理性；

其二，利用多媒體可視化處理仿真結果，在車間客戶端輸出，對裝配工人具有很

好的“示教”結果，避免出錯及返工，其流程如圖7所示。

圖7 規范化工藝虛擬裝配流程

4.2 引進和開發柔性工裝及自動鉆鉚等關鍵設備

國外先進航空企業的實踐證明，采用數字化柔性工裝是縮短生產準備周期，

降低成本及提高裝配質量的有效途徑。國內航空企業可結合自身的需要，先引進

部分柔性工裝及自動鉆鉚等關鍵設備組建局部組件柔性裝配中心，然后攻克其關

鍵技術，開發具有自主知識產權的壁板、翼梁、水平安定面升降舵、機身及對接

柔性工裝系統，逐步實現裝配自動化。諸如泄露檢測、復合材料自動無損探傷、

裝配在線檢測等先進檢測技術的研究也要同時進行。當然，這個過程需要航空企

業與國內科研院校開展廣泛密切的合作。

4.3 面向裝配的數字化標準規范體系及數據管理

目前我國航空企業所沿用的蘇聯生產與管理體系已嚴重阻礙了數字化技術

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的發展。雖然近年來航空企業在數字化工程的實施過程中，根據自身的需求制定

了一些標準與規范，但還不足以構成支持整個行業的標準體系。因此，結合我國

的實際情況，有必要建立一套數字化制造的標準規范體系。可以先建立急需的、

必需的標準，如數字化裝配標準規范體系，強調標準的可執行性、實用性，同時

考慮后續體系表的擴展及動態管理的完善。

數字化應用技術的核心是數據，數據的生成、管理及存儲遍布飛機制造整個

過程。通過實施產品數據管理（PDM），建立一套基于產品屬性和配置規則的單

一數據源。研究動態產品結構的數據管理技術，逐步形成以產品數據為中心、協

同工作環境下的綜合數據管理和共享，實現對飛機裝配零部件、工裝及刀具等信

息的管理與控制。

5 結束語

我國飛機裝配技術落后，設備陳舊，裝配質量難以滿足飛機性能的要求，制

約了飛機研制生產水平的提高。數字化柔性裝配技術代表了目前和未來飛機制造

裝配技術的發展方向。數字化柔性裝配技術的應用將推動全球飛機制造業向模塊

化、集成化、智能化、經濟化及綠色化的方向發展。深入研究和應用數字化柔性

裝配關鍵技術及體系，將能突破我國飛機裝配技術中得薄弱環節，推動數字化設

計制造技術在飛機制造中的全面、協調、有效發展和應用，徹底改變傳統低效的

飛機裝配協調方法，使我國飛機制造水平盡快達到國外先進水平，實現行業的跨

越式發展。

6 參考文獻

[1] 馬 強，飛機工藝裝備模塊化設計[D].西安：西北工業大學，2006.

[2] 梁 云，基于實例的型架設計技術研究[D].西安：西北工業大學，2003.

[3] 韓 怡，飛機工裝相關性設計技術研究與實現[D].南京：南京航空航天大學，2007.

[4] 王 巍，賀平，萬良輝.飛機柔性裝配技術研究[J].機械設計與制造，2006（11）:89-91.

[5] 范 平，范玉青.突破技術趨勢，波音再現競爭優勢—對大型飛機研制技術的戰略性分

析[J].航空學報，2008，29（3）：707—712.

[6] 張 輝，飛機裝配設備及供應商一覽[J].航空制造技術，2008,（11）：71-74.

[7] 許國康，大型飛機自動化裝配技術[J].航空學報，2008，29（3）：735-740.

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