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航 空制造业的竞争日趋激烈,人们要求飞机的承载能力更强,更高效,而交货周期却更短。为满足这些严格的要求,飞机设计师不得不寻求更先进的设计方法和工具, 以提高产品质量,缩短研制周期。有限元分析方法和智能设计系统加速了产品的优化设计,使零件、组合件的设计达到了前所未有的精度。这些先进的方法和工具为 型架设计方法的改进提供了技术基础。 传统型架设计方法存在的问题

飞机结构件尺寸大,刚度小,而制造精确度要求高。为保证产品制造精度和互换协调,飞机制造过程中采用了成套装配型架。为减小装配过程中结构的变形并保证准 确定位,现有装配型架采用刚性结构,而且一套型架只能用于一个装配对象,因此,飞机生产准备过程中需制造大量的装配型架。由于尺寸大,结构复杂,因此,装 配型架的制造周期长,成本高,而且占地面积大。传统的装配型架上要安装许多定位件,为保证定位精度,定位件的安装往往需要专用安装仪器,如电子经纬仪、激 光准直仪等,工作的分散性差,安装效率低,安装周期长。

一般飞机生产准备周期占飞机研制周期的1/2以上,而装配型架的设计制造是飞机生产准备的主要内容之一。减少型架的制造时间对缩短整个飞机研制周期有重要 意义。为缩短生产准备周期,人们希望飞机设计完成后,生产工装很快就能投入使用,而型架设计的依据是飞机结构数据,因而传统的型架设计往往在飞机设计完成 后才开始进行。实际生产过程中,装配对象的设计数据经常改动,导致装配型架的设计随之改动,这又延长了型架的设计制造周期。

确定装配设计方法

为缩短飞机研制周期,目前国外许多公司都采用了“确定装配”(Determinate Assembly)设计方法。确定装配是用来描述产品设计过程的一个术语,其基本思想是构成产品的不同零件在预定义的结合面配合装配,整个装配过程不需要 专门的测量仪器和复杂的测量及调整。确定装配设计方法属于面向制造和装配的设计方法的一部分,这种设计方法的潜在好处是减少工装和工具,提高装配效率,从 而减少生产准备周期和制造费用。从理论上讲,这种设计方法要求零件的准确度高,不同零件“吸附在一起(Snap together)”就可保证产品装配的准确度。因此,这种设计方法必须以三维CAD系统和智能设计系统为设计工具,以高精度CNC设备为加工手段。
在型架设计中确定装配设计方法的一个具体应用就是采用“销钉板”(Pegboard),比如在立柱上加工许多标准的坐标孔,有相应标准的销钉与坐标孔配 合。为了定位装配对象,专门加工了许多定位用刻度板(Index plate),这些刻度板上也有坐标孔,可以通过销钉及相应的坐标孔将刻度板定位在立柱的销钉板上。刻度板和立柱的装配不需要专门的光学仪器和其他安装工 具。刻度板是专门针对装配对象的特点加工的,用于桁条等结构的定位。

飞机结构和装配型架的并行设计

民用飞机的结构尺寸愈来愈大,如目前最大的超大型客机A380,双层客舱,高24m,长73m,翼展宽80m,标准机型载客550~650人。飞机结构的 大型化对设计人员提出了新的挑战。由于结构尺寸的增大,设计人员需要解决承载和空气动力外形方面所遇到的许多问题,从而导致设计周期更长,设计更改更多, 这必然影响工装的设计,制造周期,延长了产品的上市周期。

要缩短产品上市周期,在飞机结构设计的同时就应开始工装设计,即飞机产品和飞机工装的并行设计。由于工装的设计依据来源于飞机产品数据,要在最终产品数据 还未确定的情况下进行工装设计,工装的部分结构必须独立于产品数据。工装和产品并行设计的一个基本思路是改变传统的工装结构,将其划分为独立于产品数据或 只需要基本数据的标准结构和依赖于最终产品数据的专用结构件两部分。装配型架的标准结构部分主要有立柱、底座、辅助支撑等,专用部分主要有用于定位桁条的 刻度板、接头定位件等。专用件一般尺寸较小,设计、加工制造周期很短,并且不需专门的大型加工设备。标准结构尺寸大,结构复杂,往往需要专用大型加工设 备,其设计、制造周期长。标准结构的设计不需要最终产品数据或只需一些基本数据,因此在飞机产品设计的初期就可进行设计制造,当产品最终版本发放后只需较 短的时间就可完成专用结构的设计制造。标准件和专用件采用确定装配设计方法,装配非常方便,并且不需专用安装工具,装配周期短。这样,在产品设计完成后很 短时间内型架就可投入产品装配。

确定装配和并行设计方法在A380壁板装配型架的设计制造中取得了巨大的成功。
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