1、Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 03 期49文章编号：2095-6835（2023）03-0049-03面向航空复杂产品装配全过程技术研究郭文涛（庆安集团有限公司，陕西 西安 710077）摘要：航空复杂产品生产质量会直接影响航空产业发展效果，为此需要加强航空复杂产品的研究工作。先分析了面向航空复杂产品装配全过程优化设计，随后介绍了面向航空复杂产品装配全过程关键技术，包括基于 MBD 技术的装配产品设计、基于装配模型的工艺优化设计、基于数字孪生技术的优化设计、基于 AR 技术的现场模拟设计、基于大数据技术的优化设计，希望能给相关人士
2、提供有效参考。关键词：航空；复杂产品；装配全过程；装配模型中图分类号：V261文献标志码：ADOI：10.15913/ki.kjycx.2023.03.015在现代化背景下，随着科技的发展，航空领域迎来了全新发展高峰，为了支持航空产业持续建设发展，需要进一步加强相关航空产品的设计、研发工作，采取有效措施针对航空复杂产品整个装配过程实施全面优化设计，提升各种航空复杂产品的生产质量，优化航空产品装配效果，为航空领域安全、稳定、持续发展奠定良好基础。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
3、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
4、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1。2面向航空复杂产品装配全过程优化设计航空复杂产品装配全过程分为以下几种环节：装配前端设计中包含装配公差优化、面向装配设计以及装配过程方针；装配过程监控包括装配工程智能调节、实时监控装配信息、AR 技术支持智能装配；装配事后优化包含装配优化设计、装配数据分析、大数据统计2。2.1装配前端设计装配前端设
5、计中，可以在装配工艺设计以及产品设计等环节合理应用 MBD 技术，促进面向装配设计，确保产品符合制造性和工艺性要求，进一步在三维模型中合理标注检验信息、制造信息以及后续工艺，在单一信息源基础上，实现工艺、设计和检验的关联管理设计。设计者可以于三维模型内直接实施公差设计，按照标准规范要求，对现有产品公差下合格率进行准确计算。借助关键公差值相关灵敏度分析以及多目标下的公差分析，合理求解符合产品多目标条件公差，针对公差实施全面优化设计。借助数字孪生技术，把产品装配条件直接输入数字化样机中，针对整个装配过程实施合理仿真，针对整个装配过程实施间隙检查和过程干涉，结合最终检测结果，促进装配过程全面优化。2
6、.2装配过程监控针对装配过程实施灵活调整和智能化监控，结合装配知识数据库，合理调整各种装配工艺参数，迎合智能装配发展要求。结合 VR 技术以及 AR 技术，处于真实情境和数字环境下针对产品开展实时装配，结合装配环境对产品装配方案实施合理调整，指导现场技科技与创新Science and Technology&Innovation502023 年 第 03 期术人员科学装配，达到优化装配质量要求3。2.3装配后优化全面采集产品装配相关信息数据，借助大数据技术和人工智能技术，创建几何模型、决策模型和仿真模型支持智能决策，优化装配过程，借助航空复杂产品装配信息数据库，利用机器学习、数据挖掘以及数据分析
7、等功能，对整个装配过程实施合理调整与智能监控4。3面向航空复杂产品装配全过程关键技术分析3.1基于 MBD 技术的装配产品设计针对装配产品实施综合设计中需要综合考虑产品安装可靠性、功能性以及外观性等因素影响，在进一步提升产品可装配性基础上，优化产品综合性能。可装配性主要是产品为达到装配条件，结合装配工艺优化产品设计，降低装配不良率，提升装配效率，提升装配质量，降低装配成本。装配产品设计中，需要按照基础规则实施设计，提前检验产品整体装配性，在对产品装配性各种影响因素进行系统分析基础上，科学评价产品可装配性，提出优化设计意见，促进产品结构进一步简化，优化装配产品性能，提升产品整体可装配性。为了优化
8、产品装配效率，促进各项工艺信息数据得以准确、及时表达，针对装配信息实施数字化管理，可以在装配生产工艺内合理应用 MBD 技术。技术人员借助 MBD 技术可以在产品模型中准确标注各种产品信息，涵盖产品检验信息、生产信息、工艺信息以及设计信息。工艺技术部门借助设计模型实施数字化工装设计、数字化工艺设计、数字工艺分析、数控检测编程设计以及数控编程设计。合理应用 MBD 技术可以为加工生产、设计工艺以及检测信息关联性和一致性提供有效技术支持，为实现一体化生产奠定良好基础支持。3.2基于装配模型的工艺优化设计针对产品装配过程合理建设数字模型，涵盖操作人员、检测装置、装配设施、物料、产品等模型，针对整个装
9、配过程实施全面仿真模拟，处于数字环境内及时发现其中的不当装配问题，优化装配设计、生产过程。装配拆卸仿真模拟，针对拆卸工作实施细致检查，在对产品整个拆装过程实施综合仿真模拟基础上，检测产品装配顺序是否合理，是否可以顺畅开展装配工作，检测装配设计合理性，对于具体 AO/AAO，实施产品间、产品和工装的干涉检测。一旦发现其中存在干涉状况需要及时预警，高亮体现干涉量和干涉区，辅助工艺设计者尽快发现各项问题，寻找干涉成因，结合最终干涉结果优化改善装配工艺。自动生成拆装线路，对元件拆装实施动态模拟，解析各个零件拆装中与其他零件之间是否产生冲突问题，评价零件可拆装性，随后为零件寻找无干涉拆装方案。明确某一部
10、件顺着指定线路运行后的空间体积，构成扫掠体，现实回避区，于该回避区内实施产品设计，能够减少拆装环节干涉问题。产品装配中的人因分析方针，借助人机工程技术理论，对于可视性、可操作性、开放性较差部位，可以把标准人体三维模型设置在虚拟装配环境内实施人机工程仿真，同时对操作者行动过程实施准确模拟，判断操作空间大小是否符合拆装要求，以及拆装对象可见性。把人因仿真成果上交至对应部门，针对工装、工艺和产品实施优化设计。装配工艺参数优化仿真，灵敏度分析主要是分析工艺变动对装配指标影响的方法，可以帮助判断装配指标随各种因素变化的敏感度。装配工艺优化中，借助灵敏度分析对装配工艺不准确以及产生波动条件下最佳装配工艺稳
11、定性。借助灵敏度分析，能够找出哪些工艺参数会影响装配系统，得到关键装配技术的最佳取值范围，借助多目标分析和迭代设计，优化装配工艺。3.3基于数字孪生技术的优化设计数字孪生主要借助物理模型、传感设备更新和历史运行数据，集成多物理量、多学科、多尺度以及多概率仿真，实现虚拟空间映射，准确反映出实体装备整个生命周期发展。数字孪生主要针对建造系统实施集成仿真，拥有多分辨率、多物理以及概率性特点，借助数字线索，可用模型、数据输入、感知信息来预测和映射相关物理孪生整个生命周期内的性能和活性特征。借助数字孪生技术可以把物理空间内各种数据信息融入产品虚拟开发环节，针对实物模型和数字模型开展对比评估分析，实施连续
12、性验证和优化预测，强化定量分析检测，支持最终决策，进一步减少飞机复杂产品的开发成本和时间消耗。3.4基于 AR 技术的现场模拟设计增强现实技术主要是以虚拟现实技术为基础形成的，借助计算机系统相关信息提升用户的现实感知技术。增强现实对应仿真系统属于虚拟仿真系统的深入研究和扩展，增强现实技术能够对摄影机的摄像角度、位置进行实时计算，该种技术可以利用大屏幕在现实世界内嵌套虚拟世界。当前世界中大部分增强现实技术主要针对现存信Science and Technology&Innovation科技与创新2023 年 第 03 期51息实施全面叠加，融入物理现实世界当中，结合现代化建设生产需求，使虚拟制造变
13、成现实。AR 技术同样可以针对产品实施可视化展现，进行入门操作培训、工艺命令指导。AR 技术能够把虚拟操作说明转化为现场操作手册，在维护服务中能够把数字信息映射至现实世界内，联系环境指导生产工艺，优化生产效能。3.5基于大数据技术的优化设计针对航空领域各种复杂产品实施装配生产中，借助 CPS、物联网以及传感器等技术手段，针对整个产品装配过程进行全面监控，采集设备、物流、质量、能耗以及检测结果等信息，针对装配生产中相关大数据实施综合统计分析，得到影响产品装配成本、装配进度和装配质量的各种因素。在对各种核心因素变化发展趋势进行系统研究基础上，发现装配问题，形成有效解决对策，优化产品生产工艺。工时优
14、化设计方面，针对所生产的各个架次飞机准确记录相关生产工序的竣工时间、开始时间、计划竣工移交时间。统计生产工序的延误时间和实际施工时间，准确判断相关工序是否按时完成。针对各种大数据实施综合计算统计分析，对各个工序质量检测时间、交检率、完工率进行全面统计，从工序规划、生产工序方法、操作人员类型以及工序质量检测等层面优化设计工艺命令。优化装配预紧力，掌握各次装配生产中对应装卡产品和设备的受力状况以及用力状况，利用大数据技术实施综合计算分析，解析装卡设备在航空复杂产品生产中的拧紧力以及对应产品的装配力矩、压装力矩和承担压力，准确把握两者联系，得到装卡设备以及产品对应受力状况和用力变化发展趋势，了解产品
15、和设备受力变化关系，掌握装卡设备用力最佳点，优化产品装配预紧力。针对航空复杂产品整体装配生产中的阶差以及间隙实施合理设计，准确把握多种零件结合部位的装配阶差和装配间隙，掌握运动元件对应活动面之间的间隙最低值和最大值等信息数据，结合各次装配工作的装配生产工艺参数发展变化，准确判断装配生产相关工艺参数变化对装配生产阶差、间隙所形成的影响，了解整体变化发展趋势，促进航空复杂产品整体装配生产工艺参数实现全面优化设计，达到装配生产中的最佳工艺参数要求，满足装配生产中阶差以及间隙控制要求。针对航空复杂产品对应装配生产物料配送实施全面优化设计，对不同生产材料和零部件的配送时间进行准确分析，了解不同设备材料配
16、送质量对于最终装配效果的影响，解析各个供应商的材料设备配送准时送达率。面向航空复杂产品整个装配生产过程，结合不同材料零件的送达准确率实施全面统筹规划，提升各种元件的配送质量，保障装配生产中各种紧急和重要材料的稳定、可靠配送，从最大程度上提升材料配送效率，保障相关材料设备的有序供给，实现合理装配。技术人员作为航空复杂产品整体装配生产中的重要影响元素，需要针对相关安装技术人员实施合理分配，结合航空复杂产品装配施工中的不同生产工艺要求，合理统计分析各种资质操作人员顺利完成装配工艺的质量和时间，准确定义操作人员不同类型，按照航空复杂产品各个装配生产环节的重要程度和紧急程度，对不同级别技术装配人员实施合理分配，充分发挥出人力资源价值功能，优化装配质量和生产进度。4结语综上所述，通过深入研究面向航空复杂产品装配全过程核心技术，可以帮助进一步创新工艺设计方法和产品设计模式，为进一步改善提升航空复杂产品质量提供良好技术保障。在航空产品相关性能功能持续优化创新背景下，航空产品以及生产工艺越发复杂，为此需要在各种航空复杂产品生产制造中合理应用各种新型技术手段，提升航空产品研发水平。参考文献：1吕瑞强，侯志