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飛機工裝設計制造主要問題與技術

時間:2019-06-18 來源:科技創新與應用 作者:關曉玲 本文字數:4321字

  摘    要: 為進一步提升飛機工裝設計制造質量與效率, 提出加強對飛機工裝設計制造技術應用的建議。文章在闡述飛機工裝設計制造相關內容的基礎上, 結合當下飛機工裝設計制造中存在的主要問題, 從工裝柔性化, 數字化以及研制速度等方面對工裝設計制造主要技術類型與應用要點等進行分析。

  關鍵詞: 航空產業; 飛機工裝; 設計制造; 技術研究;

  Abstract: In order to further improve the quality and efficiency of aircraft tooling design and manufacturing, some suggestions are put forward to strengthen the application of aircraft tooling design and manufacturing technology. On the basis of expounding the related contents of aircraft tooling design and manufacture, in combination with the main problems existing in aircraft tooling design and manufacture, from the flexibility of tooling, the main technical types and application points of tooling design and manufacture are analyzed in terms of digitization and development speed.

  Keyword: aviation industry; aircraft tooling; design and manufacture; technical research;

  新時期下, 我國在國際中的競爭實力不斷提升, 航空行業的發展規模也相應拓展, 這對飛機型號與功能提出更多樣化的要求。國產大飛機C919的試飛成功, 給我國航空產業的發展增強了信心, 也為這一產業的未來發展奠定了基礎, 指明了方向, 如一些核心技術, 我國工程師已經攻克, 就剩下急需改進。若在現存飛機工裝模式下對相關產品進行開發, 限制條件眾多, 很容易誘發多種問題。在飛機工裝制造期間, 生產準備周期較長、制造成本較高、生產占地面積較寬廣, 在多種因素的影響下, 會對新機產品質量形成負面影響。正因如此, 本文結合飛機工裝設計制造中存在的主要問題, 分析成因, 探究相應的處理措施。

  1、 飛機工裝設計制造的主要內容分析

  剛度小、規格大、制作要求較高等是飛機結構的主要特征, 為保證飛機產品設計制造的精確度、協調性, 在生產實踐中, 對大型成套工藝裝備體現出較高的依賴性, 同時需要投入大量的人力, 物力與財力, 且研發周期相對較長, 制作成本較高。新時期下, 國內很多生產航空主機的廠家接受了研發多種型號飛機產品的訂單, 這就需要及時扭轉現存的工裝研制模式、工業設備設施功能落后的工作現狀, 更有效的迎合新型號機型生產制造需求[1]。目前國際主流的航空飛機技術都被美國的波音公司和歐洲空客公司所壟斷, 前段時間波音公司的一架飛機失事后, 國際航空制造業對波音公司的技術產生了質疑, 這就給我國飛機制造行業提供了難得的發展機遇。我國大飛機制造企業就應果斷抓住這一發展機遇, 加大研發力度, 實施技術攻關, 最終讓中國制造的大飛機飛上藍天, 并順利走向世界。

  2 、飛機工裝設計制造中存在的主要問題

  2.1 、研發過程中的瓶頸

  國內參與航空主機生產的主要廠家因為需要對數個不同型號機型進行同步生產研發, 造成較多繁瑣的工裝設計制造任務不能按合同中規定的期限內完成, 技術裝備部門無法具備滿足現實發展需求的生產能力。在產品生產實踐過程中, 新工裝設計制造逐漸演變成較為明顯的瓶頸。這主要是因為產品新型號繁多、工裝綜合設計尚未達到較高技術水平與效率以及技裝部門不具備較高的生產制造能力。由于國內機械行業的整體加工工藝還需要改進, 零部件的量化生產還需要時間, 這就無形之中增加了我國航空主機研發與生產的投入成本, 這是一個連鎖的反應, 只有在源頭上改進機械設備行業, 生產出適合航空主機需要的零部件, 才能開展下一步的研發與設計。

飛機工裝設計制造主要問題與技術

  在國外, 飛機工裝設計制造基本達到了數字化水平, 而國內僅僅是采用計算機輔助設計, 和發達國家還存在較大距離。工裝設計依據不完善的體驗式數字化模型產品與數字樣機, 在設計實踐中未能將CAE技術應用到零件可成型性分析、型架剛度指標測算等領域中, 通常依照過往經驗進行, 造成生產中需數次調整工裝設計流程與方案[2]。故此, 國內航空行業在研發設計軟件的開發進程也需要進一步優化, 在依賴計算機輔助設計的基礎上, 積極引進國際先進的設計技術, 購買數字化設計軟件, 提升國內飛機工裝設計制造的數字化與信息化程度, 提升飛機工裝設計制造的精確度, 來促進國內設計理念的更新換代。

  2.2、 工裝結構缺乏完善性

  我國采用的多數飛機工裝設計制造方法起源于前蘇聯, 和西方航空企業相比較, 國內工裝特別是裝配型架, 在生產制造中需要占據較大面積, 生產周期較長, 故而整機的生產準備周期會拖延, 生產制造成本會增加。并且在傳統裝配型架上安設了很多定位件, 為保證定位的精度, 通常需要激光準直儀、電子經緯儀等專用設備的輔助, 這會拖延安裝時間, 降低效率。前蘇聯解體后, 俄羅斯繼承了蘇聯的飛機工裝設計制造方法, 這種設計方法一度在國際上領先, 但隨著俄羅斯經濟發展出現了停滯, 飛機工裝設計制造方法的更新換代逐漸跟不上國際的發展步伐, 故此, 我國在學習俄羅斯飛機工裝設計制造方法的基礎上, 還應吸收美國、歐洲的最新的設計制造方法, 對這些方法進行批判性吸收, 最終成為國產化技術, 早日實現擁有自主產權, 并在國際領域申請專利保護。

  2.3、 工裝設計水平普遍偏低

  當下, 國內飛機工裝設計水平滯后性顯著, 效率偏低, 減縮生產準備周期、生產出人們期許的飛機產品, 能在較短的時間內進行工裝生產制造, 是眾多飛機工裝設計制造企業發展過程中需突破的重難點。但是當下國內多數工裝研制長期沿用較為傳統的串行模式, 事實上就是各個部門依照固定流程進行生產作業, 為強化不同工藝流程之間的協調性, 模擬量這一較為落后方法占據了主導地位。國產大飛機的設計、生產與制造, 是一個系統化工程, 需要一個相當長的時間周期, 只有提升工裝設計水平, 才能縮短施工工期, 早日將中國制造的大飛機飛上藍天。

  3 、飛機工裝設計制造技術

  3.1、 飛機工裝設計制造的柔性化

  時代在發展, 社會在進步, 歐美等很多發達國家的航空企業在飛機工裝設計與制造工裝過程中加大了對柔性裝配技術的應用力度, 該種技術的合理應用, 能明顯減縮正常準備時間, 壓縮飛機工裝的制造費用, 協助飛機制造企業獲得更大的經濟效益。從某種程度上分析, 飛機工裝柔性化制造為一類性能較為成熟、高端的制造技術。柔性裝配工裝是柔性裝備體系中的重要內容, 主要利用產品數字量尺寸協助系統規范性運行, 實現裝備模塊的智能化、重組化。與此同時, 該種工裝設計制造技術應用期間無需專用裝配夾具或型架的輔助, 明顯降低飛機工裝的制造成本, 壓縮了飛機工裝生產準備時間。

  例如, 空客公司于1996年為a302制造的工裝, 其最大的特征是能夠迅速調整結構與功能, 進而迎合不同裝配對象的裝備需求, 降低大量工裝制造周期與成本的同時, 也能減縮生產用地面積。柔性工裝可以是“多點陣成型真空吸附式”萬能柔性工裝系統, 還可以是“行列式高速柱陣”式工裝, 在型架設計制造領域可以應用快速調整的機構, 進而迎合多樣化裝配對象的裝配需求。普通型架具有多個立柱, 每個立柱上設有數個定位件, 柔性型架的立柱、定位件, 部分情況下底座均是可移動或調整的構件[3]。波音公司也不例外, 也擁有先進的設備制造工裝, 優化設計過程, 降低制造成本, 縮短生產周期, 但由于前段時間的波音失事, 一些專家對波音的技術有懷疑, 但實際上波音公司的一些技術仍然比較先進, 我國完全可以吸收利用。

  3.2、 飛機工裝設計制造的數字化

  飛機工裝制造的數字化涵蓋飛機數字化設計, 制造與檢測三項內容。其中, 工裝數字化設計具體是指在三維數字化環境內能落實對工裝結構零構件設計, 數字化與裝配設計工作任務;工裝數字化制造具體是指在數字化設計工裝模型, 數字化加工設備儀器等協助下, 對工裝的關鍵屬性型面, 互換協調交點進行加工與裝配;工裝數字化檢測是利用數字化檢測設備設施對數字化設計, 制造工裝進行檢測的過程。在飛機工裝設計與制造過程中, 數字化技術的應用有效的完善了飛機工裝設計、制造流程, 具體體現在如下幾方面: (1) 調整了工藝裝備的設計制造形式, 三維數字量將傳統技術中的實物樣本模擬量取而代之, 這在很大程度上能降低工裝數目, 省略了模型樣板、標準樣件、工裝制造樣板等物件。 (2) 目前, 數控加工與安裝技術在工藝裝配生產制造領域中有廣泛應用, 其有效的扭轉了以往工裝制造分工、生產形式、作業程序、組織管理等模式。新時期下, 國內航空制造企業廣泛應用了模擬量傳導的協調體系, 同時結合標準樣件、模線樣板的結構特征與功能, 連續優化了飛機制造企業工裝制造的組織體系, 該體系在建設過程中始終以專業分工為原則。 (3) 數字化技術在飛機工裝設計制造中的應用, 能持續拓展各項數字化設計制造軟件, 制造設備設施的應用范疇, 明顯提升了資源配置的科學性, 彌補了傳統專業分工過程中存在的不足, 整體提升工作效率。

  3.3、 工裝的快速研制

  工裝的快速研制是當下我國飛機主機廠迫切需處理的問題, 該技術在減輕當下工裝設計制造工作壓力與解除生產瓶頸問題等方面體現出重要價值。飛機工裝的快速研發包括工裝的快速設計與快速制造兩方面, 工裝的快速設計能夠從多個維度著手, 但在工裝設計過程中, 各類數據庫的建設與完善是提升工裝設計工作整體效率的一個簡單、有效的方法, 其涵蓋標準件庫的建設與完善、相關工藝數據庫的構建、工裝特異性結構庫的研發等。

  在開發數據庫的實踐中, 應全面分析當下工裝設計主流平臺的功能與作用, 采用多樣化方式促使不同系統能和CATIA之間建立緊湊的銜接關系。在工裝的快速制造過程中, 首要步驟是對當下工裝的特異性結構進行分析與歸納, 進行標準化、模塊化研究, 針對這些標準結構有針對性的進行預加工制造, 這樣當接收到產品訂單以后就能在短時間內完成加工、裝配等工序。此外, 當下很多技裝公司 (工廠) 在主機廠內沒有將自身價值充分體現出來, 工裝設計制造技術改造與相關工作尚未開展進行, 設備設施更新換代速率和其他分廠之間的差距不是一星半點的。在這樣的情景下, 應加大對技裝公司發展資金的投入力度, 及時更新設備設施, 為工裝制造能力提升創造基礎。

  4、 結束語

  綜合全文, 結合當下情況, 國內飛機制造企業的工裝設計制造技術還缺乏完善性、成熟度, 在后續實踐中不斷提升技術水平。與此同時, 加大資金投入力度, 保證相關設備設施更新的時效性, 為技術含量更高的飛機產品設計提供強大的設備資金保障, 全面提升飛機工裝設計制造能力, 為我國航空制造產業發展貢獻力量。

  參考文獻

  [1]劉航.飛機數字化裝配中壁板對接及機身調平技術研究[J].科技視界, 2017 (36) :242+245.
  [2]徐海峰, 唐敦兵, 殷磊磊.基于MBD的飛機工裝設計制造集成技術研究[J].航空制造技術, 2017 (11) :81-86.
  [3]張永建, 安魯陵, 譚昌柏, 等.基于MBD和多Agent的飛機構件工裝協同設計系統開發[J].航空制造技術, 2017 (11) :87-92.

    關曉玲.關于飛機工裝設計制造技術之研究[J].科技創新與應用,2019(17):143-144.
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