航空发动机数字化装配技术探讨

郝 斌，张振兴

（中国航发沈阳发动机研究所，辽宁沈阳 110015）

0 引言

航空机械制造质量决定航空发动机质量。确保航空发动机的运行效率、参数的稳定是航空发动机装配技术首要解决的问题。航空发动机质量受人为因素干扰，传统航空发动机装配技术，很难实现数字化装配，结合传统技术与数字化技术，实现数字化技术装配航空发动机。

1 传统发动机装配技术存在的问题

数字化装配技术是航空发动机制造的重要手段。航空发动机装配成本占发动机成本的40%，装配工作量占整体工作量的50%。传统技术装配航空发动机的劣势。①装配工作以人力为主，很难避免失误，易发生错装或者漏装，无法满足航空发动机要求；②精准度性能低。人工装配不可避免人为误差，降低发动机精准度，误差大影响发动机使用，甚至导致发动机损坏；③装配人员能力及专业水平方面存在差异，导致装配工作中误差变大，同一种型号但经不同人员装配导致的装配问题，影响发动机工作效率；④易造成精准仪器损坏。航空发动机装配精准度高，对装配仪器要求高，装配人员要正确使用精密仪器。

装配技术影响航空发动机质量和性能，应用数字化装配技术降低失误率，提升发动机质量和工作效率。

2 数字化装配的关键技术

2.1 虚拟装配技术

虚拟装配是数字化装配技术的关键，模拟技术将装配过程中出现的问题可视化，监督整个装配过程，修改虚拟检测结果出现的问题。体现在数值计算、工作面布局、装配工艺规划以及装配操作模拟。虚拟装配技术将虚拟装配转变为动态仿真装配，优化车间布局，提升装配效率。

（1）虚拟装配系统结构建立。虚拟装配系统指对产品设计及装配规划在虚拟环境中实现装配的集成系统。建立虚拟装配系统结构，利用CAD（Computer Aided Design，计算机辅助设计）系统的零件物理特征以及几何模型，将零件信息录入到虚拟装配系统，在虚拟环境中模拟零件装配，装配人员与虚拟装配系统进行交互，完成装配过程。

（2）装配模型建模技术。通过数字化处理将产品转换成三维数字化模型，优化处理的技术称为装配模型建模技术，通过集合关系和约束依赖关系来完成，将工装以及工具作为零件来制定操作规则，形成整体装配模型。该技术优势是发挥传统装配技术的优势，将其进行数字优化处理，方便装配过程中的交互。

（3）装配过程仿真技术。①分析装配过程。初级装配阶段，仿真技术诊断装配过程中的问题，判断流程是否满足装配要求，解决装配过程中的问题；②分析装配的精准度。对装配工艺的要求越来越严格，对后期产品零件的装配技术提出了更高的要求和标准，需要保证装配精准度，做出合理的判断。

2.2 装配工艺过程数字化柔性设计

（1）实体建模技术。航空发动机的实体模型对于装配尺寸的要求严格，通过实体建模技术来进行数字化装配技术处理，要精准了解实体尺寸。实体建模技术按照主模型尺寸要求模型的尺寸，降低建模与实体之间的误差，提升装配质量。

（2）工艺过程设计技术。航空发动机实施数字化装配前，了解发动机装配工艺特征，了解各种型号发动机的不同和装配技巧，选择合理的装配方式，提升零件的使用率，提高装配的效率，实现航空发动机数字化装配技术的自动化。

（3）基于形位公差的装配容差分析技术。通过运算方式完成装配技术的模拟分析。通过对容器差异以及零部件上的差异进行数据分析，按照不同的零部件优势和特点选择合适的容器，不是传统的只考虑容器的实用性能来选择，提升容器的时效性以及装配质量。

2.3 装配工艺可视化技术

航空发动机数字化装配技术中，装配人员按照装配卡上的指标装配，简化装配流程，提升工作效率，由于不能通过图片以及文字对装配过程动态处理，导致操作人员很难发现后续出现的问题。可视化技术将文字信息与二维、三维技术结合，动态检测装配过程，发现问题及时解决。

3 装配制造数字化

航空发动机装配制造数字化主要问题除了工装、装配工艺外，还有装配管理、装配检查。装配制造数字化是通过发挥数字化优势来提升装配的质量和生产能力，提升装配的效率和质量。

航空发动机装配零件数量多、复杂程度高且大部分不是标准部件，精准度很难控制，导致航空发动机装配技术还停留在传统手工操作和半自动化的装配方式，装配精度依赖于人为的鉴定。在装配定位方面，航空发动机装配技术依赖于刚性装配工装定位、划线定位等方法，适用特定型号的发动机，当发动机型号变化，需要重新定制装配工装以及装配软件、设备，增加生产周期，无法保证航空发动机的精准度。

航空发动机装配技术向数字化发展，传统的刚性定位向自动化、数字化发展，提升发动机装配效率。柔性装配作为航空发动机装配数字化技术的技术手段，此种工装技术应用在不同尺寸、不同型号零部件的装配中，满足装配中对不同产品的定位，确保装配的精准度。该装配技术可以短时间内快速的研制且制造成本低，此技术包括数据采集、处理系统、柔性工装技术。

柔性装配检测技术。通过光学测量与补偿技术进行装配检测，利用激光跟踪仪等数字测量系统监督装配过程，对装配产品的测量以及相关控制点(关键特性)的位置，建立产品零部件基准坐标系统。

数字测量技术由传统的测量发展成集监督与测量于一体的综合测量技术。对于装配数字化来说，从被动转为主动，从单一转为多样的测量技术，提升装配工作的精准度。通过由点及面，发挥数字测量技术的优势，形成先进的装配数字化技术。装配技术正在逐渐发展成为集数字、网络、灵活、精准于一体的数字化技术，提升我国航空发动机装配质量。

4 结束语

研究航空发动机装配技术的数字化，提升发动机装配工作效率，加强创新能力，学习国内外先进的知识经验，实现航空发动机装配的数字化，提出可行的解决方案，促进我国航空事业的发展。