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[摘 要]以航空制造企业实施的企业级工艺优化工作为研究对象，针对航空制造工艺流程优化及改进，进行机械加工制造流程的全过程管理和实践，飞机机身部件装配是根据尺寸协调原则，其装配过程主要包括骨架装配、部件总装、外形检查等。机身部件装配精度直接影响后续大部件对接的装配质量，是保证飞机产品装配精度的重要环节。本文根据某飞机中机身部件的结构特点，分析了数字化激光测量系统在其装配过程中的应用方法，并进行了仿真验证。
[关键词]航空制造；飞机机身装配；工艺流程
中圖分类号：TP4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）08-0178-01
1 机身部件结构及装配特点分析
飞机的机身大多为半硬壳式结构，基本结构由加强框、桁梁、隔板、壁板等组件组成，各组件具有较强的结构刚性和工艺刚性。该中机身包括发动机舱及左右两侧尾梁，其中包括与机翼、尾翼相连的交点框；加强框之间的桁梁是中机身的主要纵向受力骨架，为中机身的纵向分离面提供支持；壁板则是构成中机身气动外形的主要结构件。由中机身部件结构可知，其包含的组件及板件数量多，外形复杂，协调环节多。中机身部件装配特点如下：
（1）以骨架外形为装配基准，先形成刚性骨架，再进行壁板总装，误差积累是“由内向外”，其中骨架装配的关键在于加强框的定位。
（2）定位方法主要采用DA 孔定位、装配工装定位以及基准零件特征定位。其中主承力构件通过工装结合定位孔定位。
（3）连接方式以铆接为主，连接工作繁杂，局部有密封要求。
（4）装配过程中存在强迫装配，导致机身部件的装配应力较大。为避免机身部件出现错位甚至变形，要遵循“同一时间与机身保持连接的定位、夹紧元件尽量多”的原则。
2 中机身部装数字化测量系统应用研究
由设计确定的中机身数字化装配工艺流程可知[1]，在整个装配过程中，数字化测量是必不可少的一个环节。其是整个装配过程实际数据的来源，而且这些以数字量式表征和传递的数据，更加直观和便于应用，是实现工装数字化定位、机身部件数字化装配的关键。根据中机身部件的结构，结合现有实际条件，在中机身部件装配过程中，主要采用激光跟踪测量系统来实现，采用测量计算软件实时控制激光测量设备，基于计算机和激光测量设备搭建装配现场测量网络，主要包括现场测量系统硬件和数据采集模块两部分。
中机身装配过程中，主要通过工装定位器和基准件进行定位，其中一些重要构件的关键特征必须利用激光测量系统测量定位，如加强框沿机身方向的占位面、发动机交点的同轴度、尾梁型面等。这些构件经初步定位后，由激光跟踪仪对其关键特征处光学靶标进行测量，通过计算机对实测数据和理论数据进行比较、分析，进而调整构件位姿，直至满足要求。
3 飞机中机身装配生产线仿真建模与分析
3.1 Plant simulation软件简介其可用于生产、物流和工程领域的分析研究，以及用来优化结构及实现对系统流程的控制
Plant Simulation 软件是面向对象的建模软件，其仿真过程围绕时间展开，通过对仿真系统中出现的实体进行建模，并模拟实际生产中的实体被加工、被移动、被存储的过程来进行模拟。飞机部件装配生产线仿真属于典型的离散系统仿真，以飞机中机身典型部件作为研究对象，使用Plant Simulation 软件作为工具，进行装配生产线的规划和验证分析[4]。
3.2 飞机中机身装配生产线仿真模型建立
（1）首先，根据车间布局中的站位位置构建站位模型，包括作业区域大小、装配零部件入口、加工站位、装配站位、缓冲区站位、成品出口站位等。
（2）根据零部件装配工艺构建模型物流系统，主要体现在各个站位模型之间的物流关系；吊车、小车、AGV 的工作路径及运行方式；装配过程的零部件来源及所需数量等。
（3）移动零部件的参数设置，主要是装配过程中的所需零部件及装配完成的组件、成品等。模型的控制方法及分析工具的设置。通过在模型中加入控制方法，可模拟实际装配生产中的过程；分析工具是进一步的仿真分析的数据。
3.3 飞机中机身装配生产线仿真及结果分析
通过软件提供的试验管理功能模块可实现多次重复仿真试验。仿真运行结果最终生产成品106 架，即年产量为10.6架/ 年。由于仿真设置有班次制度，装配生产线存在节假日等非工作时间，因此满负荷工作占比为22.33%。
（1）仿真结果分析。通过对生产线进行建模和仿真[4]，可得到生产线中各个装配站位的工作数据，整个生产线产能、物料的流动情况等。通过数据分析可得，仿真建模时，这些站位处于装配生产线的初始位置，不受零件供给的影响，缓冲区的设置也为无限容量，因此生产可以稳定循环下去，使其设备利用率达到100%。大部分站位的产能都大于整个装配生产线的产能10.6架/ 年，但其中“侧壁板装配”、“中机身总装”、“中机身架外装配”等站位产能偏低，而“中机身架外”是由于“中机身总装”站位直接提供装配原件而制约了其产能。因此可以确定“中机身总装”站位为制约生产线生产效率的环节，即生产线的“瓶颈”。其中一部分站位的等待时间过多，实际生产中为了平衡节拍，前两个站位的工人工作完后会流动到下一个站位工作，因而会造成这些站位的等待时间过久，但对应的生产节拍就得到调整。实际生产中并不存在无限容量的缓冲区，因此在有限的缓冲区容量下，会造成某些产能过剩的站位存在过多的阻塞时间，如“应急门框装配”、“机身框装配”站位。缓冲区容量的大小会影响各装配站位的设备利用率、装配站位的产能以及工人的工作量。
（2）仿真优化验证。根据分析分别采取如下优化方案进行仿真：由于“中机身总装站”工时是根据其他类似机型装配时间进行估计得到，其装配过程使用传统工装以手工装配为主，因此可使用自动化装配设备及采用柔性工装等方法改进装配工艺，提升“中机身总装站”工作效率，使加工时间减少24h ；根据零组件的不同，合理安排配送方式，如较大的组件使用吊车，较小的组件使用配送小车，提高配送速度；设置缓冲区上限；调整“应急门框装配站”站位的工人任务分配，可得到仿真结果分析数据可得：优化后的装配生产线产量为12.0 架/ 年，比原装配生产线增加了1.4 架/ 年，可见提高瓶颈工位的生产效率可以提高整个装配生产线的产量；优化后“侧壁板装配站”成为新的瓶颈站位，限制了装配生产线的产能；在限制了缓冲区的容量后，设备利用率有所下降，但各站位的产能均衡性得到提高。
以飞机中机身装配生产线为应用验证对象，使用Plant simulation 仿真软件工具，通过结合现有布局构建飞机中机身装配生产线仿真模型，对装配生产线产能、站位工作能力、人员工作情况、装配生产线瓶颈等进行了分析，并结合飞机部件装配生产线的仿真结果给出了相应的优化方案。通过仿真建模与分析研究，生产线仿真技术对于飞机装配生产线的规划和优化具有直接的指导价值和重要的参考意义。
参考文献
[1]余志强.陈嵩，孙炜.基于MBD的数模在飞机制造过程中的应用. 航空制造技术，2013（2）：82-85.
[2]鲁康. 强化标准关注体系推进MBD深入应用. 航空制造技术， 2013（20）：54-57.
[3]许旭东.毕利文，姚定.虚拟装配技术改变飞机制造流程. 航空制造技术，2015（11）47.
[4]单继东.王昭阳，陈贺利.航空发动机智能制造生产线构建技术研究[J]. 航空制造技术，2016， （16） ： 52.
[关键词]航空制造；飞机机身装配；工艺流程
中圖分类号：TP4 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）08-0178-01
1 机身部件结构及装配特点分析
飞机的机身大多为半硬壳式结构，基本结构由加强框、桁梁、隔板、壁板等组件组成，各组件具有较强的结构刚性和工艺刚性。该中机身包括发动机舱及左右两侧尾梁，其中包括与机翼、尾翼相连的交点框；加强框之间的桁梁是中机身的主要纵向受力骨架，为中机身的纵向分离面提供支持；壁板则是构成中机身气动外形的主要结构件。由中机身部件结构可知，其包含的组件及板件数量多，外形复杂，协调环节多。中机身部件装配特点如下：
（1）以骨架外形为装配基准，先形成刚性骨架，再进行壁板总装，误差积累是“由内向外”，其中骨架装配的关键在于加强框的定位。
（2）定位方法主要采用DA 孔定位、装配工装定位以及基准零件特征定位。其中主承力构件通过工装结合定位孔定位。
（3）连接方式以铆接为主，连接工作繁杂，局部有密封要求。
（4）装配过程中存在强迫装配，导致机身部件的装配应力较大。为避免机身部件出现错位甚至变形，要遵循“同一时间与机身保持连接的定位、夹紧元件尽量多”的原则。
2 中机身部装数字化测量系统应用研究
由设计确定的中机身数字化装配工艺流程可知[1]，在整个装配过程中，数字化测量是必不可少的一个环节。其是整个装配过程实际数据的来源，而且这些以数字量式表征和传递的数据，更加直观和便于应用，是实现工装数字化定位、机身部件数字化装配的关键。根据中机身部件的结构，结合现有实际条件，在中机身部件装配过程中，主要采用激光跟踪测量系统来实现，采用测量计算软件实时控制激光测量设备，基于计算机和激光测量设备搭建装配现场测量网络，主要包括现场测量系统硬件和数据采集模块两部分。
中机身装配过程中，主要通过工装定位器和基准件进行定位，其中一些重要构件的关键特征必须利用激光测量系统测量定位，如加强框沿机身方向的占位面、发动机交点的同轴度、尾梁型面等。这些构件经初步定位后，由激光跟踪仪对其关键特征处光学靶标进行测量，通过计算机对实测数据和理论数据进行比较、分析，进而调整构件位姿，直至满足要求。
3 飞机中机身装配生产线仿真建模与分析
3.1 Plant simulation软件简介其可用于生产、物流和工程领域的分析研究，以及用来优化结构及实现对系统流程的控制
Plant Simulation 软件是面向对象的建模软件，其仿真过程围绕时间展开，通过对仿真系统中出现的实体进行建模，并模拟实际生产中的实体被加工、被移动、被存储的过程来进行模拟。飞机部件装配生产线仿真属于典型的离散系统仿真，以飞机中机身典型部件作为研究对象，使用Plant Simulation 软件作为工具，进行装配生产线的规划和验证分析[4]。
3.2 飞机中机身装配生产线仿真模型建立
（1）首先，根据车间布局中的站位位置构建站位模型，包括作业区域大小、装配零部件入口、加工站位、装配站位、缓冲区站位、成品出口站位等。
（2）根据零部件装配工艺构建模型物流系统，主要体现在各个站位模型之间的物流关系；吊车、小车、AGV 的工作路径及运行方式；装配过程的零部件来源及所需数量等。
（3）移动零部件的参数设置，主要是装配过程中的所需零部件及装配完成的组件、成品等。模型的控制方法及分析工具的设置。通过在模型中加入控制方法，可模拟实际装配生产中的过程；分析工具是进一步的仿真分析的数据。
3.3 飞机中机身装配生产线仿真及结果分析
通过软件提供的试验管理功能模块可实现多次重复仿真试验。仿真运行结果最终生产成品106 架，即年产量为10.6架/ 年。由于仿真设置有班次制度，装配生产线存在节假日等非工作时间，因此满负荷工作占比为22.33%。
（1）仿真结果分析。通过对生产线进行建模和仿真[4]，可得到生产线中各个装配站位的工作数据，整个生产线产能、物料的流动情况等。通过数据分析可得，仿真建模时，这些站位处于装配生产线的初始位置，不受零件供给的影响，缓冲区的设置也为无限容量，因此生产可以稳定循环下去，使其设备利用率达到100%。大部分站位的产能都大于整个装配生产线的产能10.6架/ 年，但其中“侧壁板装配”、“中机身总装”、“中机身架外装配”等站位产能偏低，而“中机身架外”是由于“中机身总装”站位直接提供装配原件而制约了其产能。因此可以确定“中机身总装”站位为制约生产线生产效率的环节，即生产线的“瓶颈”。其中一部分站位的等待时间过多，实际生产中为了平衡节拍，前两个站位的工人工作完后会流动到下一个站位工作，因而会造成这些站位的等待时间过久，但对应的生产节拍就得到调整。实际生产中并不存在无限容量的缓冲区，因此在有限的缓冲区容量下，会造成某些产能过剩的站位存在过多的阻塞时间，如“应急门框装配”、“机身框装配”站位。缓冲区容量的大小会影响各装配站位的设备利用率、装配站位的产能以及工人的工作量。
（2）仿真优化验证。根据分析分别采取如下优化方案进行仿真：由于“中机身总装站”工时是根据其他类似机型装配时间进行估计得到，其装配过程使用传统工装以手工装配为主，因此可使用自动化装配设备及采用柔性工装等方法改进装配工艺，提升“中机身总装站”工作效率，使加工时间减少24h ；根据零组件的不同，合理安排配送方式，如较大的组件使用吊车，较小的组件使用配送小车，提高配送速度；设置缓冲区上限；调整“应急门框装配站”站位的工人任务分配，可得到仿真结果分析数据可得：优化后的装配生产线产量为12.0 架/ 年，比原装配生产线增加了1.4 架/ 年，可见提高瓶颈工位的生产效率可以提高整个装配生产线的产量；优化后“侧壁板装配站”成为新的瓶颈站位，限制了装配生产线的产能；在限制了缓冲区的容量后，设备利用率有所下降，但各站位的产能均衡性得到提高。
以飞机中机身装配生产线为应用验证对象，使用Plant simulation 仿真软件工具，通过结合现有布局构建飞机中机身装配生产线仿真模型，对装配生产线产能、站位工作能力、人员工作情况、装配生产线瓶颈等进行了分析，并结合飞机部件装配生产线的仿真结果给出了相应的优化方案。通过仿真建模与分析研究，生产线仿真技术对于飞机装配生产线的规划和优化具有直接的指导价值和重要的参考意义。
参考文献
[1]余志强.陈嵩，孙炜.基于MBD的数模在飞机制造过程中的应用. 航空制造技术，2013（2）：82-85.
[2]鲁康. 强化标准关注体系推进MBD深入应用. 航空制造技术， 2013（20）：54-57.
[3]许旭东.毕利文，姚定.虚拟装配技术改变飞机制造流程. 航空制造技术，2015（11）47.
[4]单继东.王昭阳，陈贺利.航空发动机智能制造生产线构建技术研究[J]. 航空制造技术，2016， （16） ： 52.