數字化裝配對航空發動機製造最大的改變是......

航空發動機裝配是整個航空發動機製造過程的龍頭，但也一直是航空發動機製造的瓶頸。 

數字化製造技術作為新一代發動機研製生產的支撐手段，已逐漸成為提升航空科技工業的重大關鍵製造技術。數字化製造技術以各類數字化技術手段的應用為主要特徵，是新一代航空發動機研製的必需手段和必由之路。裝配製造是產品生命周期的重要組成部分，是實現產品功能的主要製造過程。在航空發動機的裝配製造中，裝配成本佔總成本的40％，裝配工作佔到全機生產工作的一半以上，因此，航空發動機的裝配是整個發動機製造過程的龍頭，也一直是中國飛機製造過程中最薄弱的環節。傳統的航空發動機裝配（如圖1a 所示）採用紙質的圖紙和工藝文件、人工裝配、剛性工裝、人工檢測，使裝配精度受人為因素的諸多限制，裝配質量無法保證。採用數字化裝配手段來改變航空發動機傳統的裝配方式，提高發動機的製造效率和質量，是航空發動機製造技術的重要發展方向之一。數字化裝配的特點體現在工藝文件的電子化、裝配的自動化、工裝的柔性化以及自動跟蹤/在線檢測裝配質量等（如圖1b 所示），它大大的提高了裝配效率和質量，是航空發動機裝配發展的必由之路。

數字化裝配包含數字化裝配設計和裝配製造數字化兩層含義，數字化裝配設計是數字化裝配的基礎，而裝配製造數字化是數字化裝配的再現。 

數字化裝配是數字化製造中的一個重要環節，而數字化裝配設計是整個環節中的基礎。 

航空發動機數字化裝配設計從建立產品的的物理模型開始，到選擇裝配基礎件設計物理模型，在這個過程中涉及了數字化裝配建模、裝配關係判別、裝配規劃、裝配模擬、公差分析、可裝配與拆卸分析、人機工程等技術（如圖2 所示）。

在數字化設計階段裝配基礎件的選擇是設計的基礎。裝配基礎件常常是裝配中的尺寸基準或定位基準，如壓氣機或渦輪盤、機匣、轉子等。 

裝配關係判別是判別裝配體中零部件間的裝配先後順序，這種裝配先後順序是隨裝配結構設計而確定的內在的、隱含的幾何約束關係，如果不能滿足這種裝配關係，就無法正常完成最終裝配。通常在裝配關係判別的設計過程中，系統會自動的生成大部分裝配零部件間的裝配優先關係，而那些系統無法自動確定的裝配優先關係則需要由設計師來判斷。 

裝配工藝的生成過程是首先利用CAD 工具自動生成多種可能的裝配順序，然後在確定的路徑空間下搜索無干涉的零部件裝配(拆卸)路徑，所謂的碰撞與干涉檢查就是確定不同的物體在空間是否佔有相同區域的問題，它分為靜態干涉檢查和動態干涉檢查。靜態干涉檢查是指物體在空間中的位置是可移動的，但不隨時間變化，位置的變化是由其它參數定義的，如空間布局和裝配干涉檢測等。動態干涉檢測與時間相關，即碰撞檢測物體在空間中的位置是隨時間變化的，如行走機器人的碰撞檢測。動態干涉檢測通常採用連續時間測試法（如掃描法和邊界表示法）和離散時間測試法進行判別。 

可裝配性判別的目的是根據航空發動機各種型號的不同生產情況，同時在考慮裝配過程中的眾多影響因素的條件下，來規劃一個最經濟的、最科學的裝配工藝的過程，因此，可裝配性判別的過程是一個人機交互的過程。 

通過以上各過程所完成的工藝需要在計算機上進行模擬裝配，即裝配模擬。裝配模擬包括裝配干涉模擬、裝配順序模擬、人機工程模擬、可視化裝配與人員培訓、裝配現場三維工藝布局模擬等，在這個過程中系統通過模型重構來完善裝配工藝。 

目前裝配建模設計所採用的軟體主要是Autocad、SolidWorks、SolidMX、MasterCAM、Pro/E、UG、Catia 等，航空發動機的數字化建模多採用UG 軟體。

裝配製造涉及裝配工藝、裝配工裝、裝配檢查以及裝配過程管理等技術問題。裝配製造數字化研究的的目的就是要研究如何採用數字化的手段和工具來改善和提高裝配工作現場的生產組織與質量的控制能力，以提高生產組織效率和裝配質量。 

由於航空發動機零部件繁多、外形結構複雜、非標零件多、裝配精度難於保證等原因，使航空發動機的裝配一直停留在傳統的手工操作和人工檢測與半自動化檢測相結合的裝配方式上，裝配精度主要靠操作工人的技術等級來保證。在裝配定位方面，傳統航空發動機的裝配大量採用剛性裝配工裝定位、劃線定位等方法，這種方法只能適應特定型號的發動機，當發動機的外形或結構發生改變時，必須重新訂製大量的專用裝配工裝以及與之配套的轉接件、吊具等，結果增加了生產成本和生產準備周期，並且難以滿足現代航空發動機的高準確度、短周期的研製生產需求。 

隨著數字化、自動化、信息化等技術在飛行器製造技術中的廣泛應用，傳統的剛性定位逐漸向數字化、自動化、柔性化定位方向發展。柔性裝配是指採用柔性定位技術進行裝配的一種數字化裝配方法，這種工裝可以適用於不同形狀、不同尺寸組件或部件的裝配，滿足不同產品的定位需要，同時可以保證裝配的準確度。柔性裝配技術是一種能適應快速研製、低成本製造及工裝可重組模塊化的先進裝配技術，涵蓋了柔性工裝、精確定位與檢測、數據採集／處理系統等方面的技術。 

柔性裝配工裝基於產品數字量尺寸協調體系設計，具有模塊化、可重組、自動化的特點，免除了設計和製造各種產品裝配專用的傳統裝配型架/夾具，從而降低了工裝製造成本，縮短工裝準備周期，同時大幅度提高裝配生產率。 

目前柔性裝配檢測技術大多採用光學測量與補償技術，通過數字測量系統(如激光跟蹤儀等)實時監控、測量工裝或產品上相關控制點(關鍵特性)的位置，然後建立產品零部件基準坐標系統。數字化測量技術發展迅速，其測量與監測方式正從單一測量到綜合測量的發展過程，全數字化測量也從被動走向主動、從單一走向多樣、從點到面、並擴展到空間，數字測量系統與控制的結合、與物流的結合、與逆向檢測的結合為大尺寸測量提供了先進的、全新的解決方案。因此，測量系統正朝著數字化、網路化、柔性化、精密化方向發展，從離線走入在線和實時，形成全時、全程的全天候檢測態勢。 

數字化管理在航空工業已具有一相當基礎，數字化設計/製造/管理協同技術體系和應用系統正在全面推廣，這勢必對提高我國航空發動機研製能力、技術創新，促進航空發動機行業跨越式發展起到重要的作用。 

文章轉自：佳工網