国外飞机柔性装配技术

2024年3月28日发(作者：重回高三)

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国外飞机柔性装配技术

北京航空制造工程研究所所长郭恩明

装配技术已经历了从手工装配、半机械／半自动化装

配、机械／自动化装配到柔性装配的发展历程。目前国

外蓬勃发展的柔性装配技术是一种能适应快速研制和生

产及低成本制造要求、设备和工装模块化可重组的先进

装配技术。它与数字化技术、信息技术相结合，形成了

自动化装配技术的一个新领域

郭恩明：

经济发达国家把航空工业作为拉历程。社会的需求、市场竞争及相关

中国一航北京航空制造工程研究所所

动国民经济相关产业的支柱产业，得技术的不断发展，推动着装配技术不

长兼党委书记．自然科学研究员，并

到了持续的发展，同时也带动了其他断向更高水平演进。

兼任总装备部先进制造技术专家组副

组长，中国航空学会常务理事、中国

高新技术特别是高新制造技术的飞速目前国外蓬勃发展的柔性装配技

复合材料学会副理事长、中国无损检

发展。术是一种能适应快速研制和生产及低

测学会理事、航空材料中心理事会理

在航空产品（包括飞机、发动机成本制造要求、设备和工装模块化可

事等职务。曾多次获得国家级科技进

和机载设备等）的制造中，飞机装配重组的先进装配技术。它与数字化技

步奖、部级科技进步奖和光华基金

奖。多次在型号研制中立功。１９９３年

是将零件（或组件、部件）按照设计术、信息技术相结合，形成了自动化

享受政府特贴，１９９７年被授予中国航

和技术要求进行组合、连接形成高一装配技术的一个新领域。柔性装配技

空工业有突出贡献专家称号，２００２年

级的装配件或整机的过程。飞机装配术的范畴很广，涵盖了柔性装配工

获国防科工委有突出贡献的中青年专

家称号、并入选国防科技工业“５１１人

由于产品尺寸大、形状复杂、零件以

装、柔性制孔、装配系统、装配（含

才工程”高级管理人才

及连接件数量多，其劳动量占飞机制

装配工艺）设计、虚拟装配、装配集

造总劳动量的一半左右甚至更多，因成管理、数字化检测、面向柔性装配

此经济发达国家对飞机装配技术十分的设计等技术领域。

航空工业是国家经济建设和保卫关注，并投入巨资进行研发。本文仅从柔性装配工装、柔性制

国家安全的战略性产业，它的产品一

迄今为止，装配技术已经历了从孔、柔性装配系统、数字化检测技术

—现代飞行器集当今多项高新技术于手工装配、半机械／半自动化装配、等几个方面就柔性装配技术在国外的

一体，被誉为现代科技之花。机械／自动化装配到柔性装配的发展现状及发展做简要的介绍。

２８航空制造技术－２００５年第９期

万　方数据

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柔性装配工装技术

柔性装配工装是基于产品数字量

尺寸协调体系的、可重组的模块化、

自动化装配工装系统，其目的是免除

设计和制造各种产品（如飞机壁板、

翼梁等）装配专用的传统装配型架／

夹具，从而降低了工装制造成本，缩

短工装准备周期，同时大幅度提高装

配生产率。柔性装配工装在国外飞机

制造中体现得特别明显，典型的应用

有飞机壁板柔性装配工装、翼梁柔性

装配工装、水平安定面升降舵柔性装

配工装（空客飞机）、机身柔性装配工

装和总装用的柔性对接工装系统等。

飞机壁板柔性装配工装是一种多

点阵成形真空吸附式万能柔性工装系

表１

时间（年）

茎茬煮荔＿毳委茬磊至羞等

由程序控制三维移动到空间

任何位置定位，生成与装配

件曲面完全符合并均匀分布

的吸附点阵，能精确和牢固

地夹持壁板以便完成钻孔、

铆接和铣切等装配工作。当

壁板外形发生变化时，工装

外形和布局自动进行调整，

通过改变定位和夹紧位置，可以适应

不同的零部件结构和定位装夹要求，

从而降低了综合成本，也缩短了工装

准备周期和产品的研制周期。类似的

柔性装配工装还用于翼梁、升降舵、

机身的柔性装配和环铆系统中。表１

列出了基于多点阵成形真空吸附式柔

飞机壁板柔性装配工装

性工装近１０余年来国外的应用情况。

从表中可以看出，自上世纪９０年代初

开始，这种柔性工装技术已广泛应用

于戴姆勒一奔驰宇航、波音、麦道、

格鲁门、英宇航、ＣＡｓＡ、ＥＡＤｓ／空

客、庞巴迪宇航等公司军民用飞机的

柔性装配和生产中。

国外航空航天装配领域多点阵成形真空吸附式柔性工装的部分应用情况

用户

柔性工装用途

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１９９３

１９９３

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柔馕王装，具有３３６令夹持位翔％８仑可按鍪稼袖

豢毪工装，秽ｌ雠个支点秘２４０个可控坐搽辍《２套）

柔性工装，带３∞个被动式气动支穰，露Ｚ逝移动

环形豢蛙互装，酝嚣镑扼系统（３套）

修整（镜）、钻孔

修整（铙）、锸孔（加王缘条裙匿鹾）

激光焊接

１９鲻

１９９６

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１９９７

１９９８

１９９８

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激光表器处瑾

环形柔惶王装，配环铆瓿系统（３鎏）

修整（铣）、键孔，勇ｌ工缘条帮鼷捱缀终（２台）

麦道≤Ｌ。ＢＥ轰Ｇ疆，羹露）

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激惫袭爨处理

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激光切割，化镌瑟预热王

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５２纂元象穗王装

环形柔性童装，酝环铆系统穿竣车（２台ｊ

２００５年第９期－航窄制造技术２９

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万方数据　

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钻孔设备、便携式自动制孔系统等几

个方面。

机器人制孔应用得比较成熟，如

Ｆ一１６复合材料垂尾壁板利用辛辛那

提·米尔康Ｔ３机器人进行钻孔、Ｃ一

１

３０飞机梁腹板用机器人进行自动制

ｃｅＵ

ｅｎｄ

孔、波音Ｆ／Ａ—１８Ｅ／Ｆ超级大黄蜂后

沿襟翼的ＯＮＣＥ（Ｏｎｅ—Ｓｉｄｅｄ

ｅｆｆｅｃｔｏｒ）机器人制孔系统等。

机器人制孔的最前沿应用，包括

洛克希德·马丁公司的Ｆ一３５飞机碳

纤维环氧复合材料机翼上壁板制孔用

的大型龙门式钻孔系统（ＪＧＡＤＳ）。该

系统带有便携的、灵活、低成本且重

量轻的机器人，它使用激光定位系

统、电磁马达和“压脚”（ｐｒｅｓｓｕｒｅ

ｆｏｏｔ）进行精密钻孔，加快了装配过

程，并形成紧配合，产生的表面光滑，

间隙小，满足了Ｆ一３５飞机气动和耐

久性的要求。由于具有上述优势，Ｆ一

１６、Ｆ一２２、Ｆ～２和Ｔ一５０项目都对该

系统进行评估并准备用于相应的装配

空客系列飞机机翼壁板柔性装配工装及壁板尺寸

作业。

自动化制孔系统对批量生产的大

型构件可以实现高效、高质量、低成

本的自动柔性制孔。

运载火箭阿丽亚娜５号在结构制

造过程中，通过使用两套自动制孔系

统，提高了生产能力和质量，改善了

柔性装配工装比较有特色的另一

种形式是Ｅｌｅｃｔｒｏｉｍｐａｃｔ公司开发的、

被称为“行列式高速柱阵”的柔性装

配工装系统，它已广泛用于空客系列

飞机的机翼壁板和波音公司大型军民

用飞机翼梁的柔性装配生产中。在空

客系列飞机机翼壁板柔性装配工装上

可完成Ａ３３０／３４０、Ａ３１９／３２０／３２１、

Ａ３００等系列飞机机翼壁板的装配，

它具有模块化（ＲＲＳ特性）、数字化、

自动化的特点。

在总装阶段，由于柔性装配技术

的发展，传统的对接平台／精加工台

已逐渐被由计算机控制的自动化千斤

顶、激光跟踪定位系统、激光准直定

位系统等组成的柔性对接平台所取

代，并在波音、雷神等飞机公司得到

推广应用。采用柔性对接平台，能使

机体装配质量大幅度提高，以满足新

一代飞机气动外形高准确度的要求；

它能自动控制，且操作简便，缩短了

３０航牵制造技术－２∞５年第９期

装配时间；能够适应不同尺寸的机身

机翼结构，节省了装配工装的费用。

柔性制孔技术

现代产品特别是大型飞行器复杂

整体结构的采用，机体结

构长寿命、高质量、高效

率、气动等方面的要求，

使装配制孔比以往要求更

精、更严；同时，现代飞

行器机体结构材料中复合

材料、钛合金比重大幅度

上升等，这些都为飞行器

装配特别是大型飞行器的

装配采用自动化柔性制孔

提出了明显的需求。

国外飞行器结构所应

用的柔性自动化制孔技术

及其发展包括：机器人制

孔、自动制孔系统、柔性

制孔系统、并联机床柔性

与装配工装相集成的阿丽亚娜５号自动制孔系统

万方数据　

配有一种可重

组柔性工装的长桁

柔性制孔系统，可

适应不同种类和规

格长桁的自动化制

孔。

Ｎ

ｏｒ

（Ｅ４３８０）等机翼壁板的柔性装配。柔

性翼梁装配系统源于波音公司的

ＡＳＡＴ计划。ＡＳＡＴ是自动化大梁装

配工装的简称，它集成了电磁铆接技

术和运动磁轭装配机技术，来解决翼

梁大型构件的自动化装配问题。

ＡＳＡＴ计划起始于Ｂ一７６７翼梁的自

动化装配系统，随后不断发展并集成

到大多数波音民机机翼生产线上，最

新的发展是Ｅ５０００（ＡｓＡＴ４）Ｃ一１７第

四代自动化翼梁柔性装配系统。上述

两类柔性装配系统的最显著特点都是

采用了电磁铆接动力头和行列式高速

柱阵柔性装配工装，能适应不同规格

和尺寸的壁板或翼梁的柔性装配。

ＡＳＡＴ４／Ｅ５０００柔性装配系统是

ｔｈ

ｒ

Ｏ

ｐ

Ｇｒｕｍｍａｎ公司为完

成Ｆ一３５机身的柔性

装配，设计并制造

了５种自动钻孔系

长桁柔性制孔系统

统（Ａ

ＴＯＲＲＥＳＤＩＬＬＦ３５

Ｄ

Ｓ），这些

工作条件并减少了零件总数。

波音公司Ｂ一７４７、Ｃ—１７等飞机

机舱地板都采用了自动化制孔系统。

过去，装配中所有难于进行点定位的

部分，都要用固定夹具定位后手工制

孔。而现在采用自动化制孔系统则可

进行自动定位和制孔，大大缩短了流

程时间，提高了制孔质量，并可节省

体力劳动及工具成本。

自动制孔系统的最新发展是

Ａ３８０第一阶段机翼壁板装配用的轻

便式ＣＮＣ自动制孔设备ＧＲＡＷＤＥ

（Ｇｅａｒ

ｒｉｂ

ａｕｔｏｍａｔｅｄ

ｗｉｎｇｄｒｍｉｎｇ

ＡＤＳ机床是ＣＮＣ

控制的六轴系统，它们构成了Ｆ一３５自

动化机身柔性装配系统的一部分。

制造与装配时，达到制孔自动化

同时又降低成本是极其重要的。因

此，低成本、柔性且满足高质量制孔

要求的便携式自动化制孔系统，与配

有大量刀具的复杂结构自动制孔系统

相比，极具竞争优势。波音公司开发

的ＦｌｅｘＴｒａｃｋ模块化柔性导轨制孔

系统正是属于此类。

美国空军为Ｃ一１７开发长期制造成本

减少战略而向波音提出的，可以说代

表了新一代的装配连接技术，它占地

面积很小，并具有很高的柔性。

ＡＳＡＴ４由～台配有电磁铆接动力头

的垂直运动磁轭装配机和两台ＣＮ

Ｃ

控制的柔性梁装配工装组成。每个装

配工装都可以接受６根Ｃ一１７梁中的

任一根，梁间的结构重组完全是自动

的并可在５ｍｉｎ内完成。Ｅ５０００动力

头采用全裕度设计，安装在磁轭腿

上，允许从梁的任一方向进行钻孔和

安装紧固件，翼梁在整个装配过程中

始终通过刚性夹持保持固定。

柔性装配系统

先进装配技术的重要发展方向是

柔性装配系统。目前，世界航空发达

国家的飞机自动化装配技术已由单台

数控自动钻铆机和数控托架组成的自

动钻铆系统向柔性装配工装、柔性加

工单元、数控定位系统（包括

机器人）、柔性送料系统、视觉

系统和数字化检测系统等组

成的柔性装配系统发展。

目前国外发展的柔性装

配系统主要有柔性机翼壁板

装配系统、柔性翼梁装配系

统、复合材料升降舵柔性装配

系统、ＢＲ６ＴＪＥ机身壁板柔性

装配系统、机器人柔性装配系

统、机身柔性装配系统（如波

音的ＦＡＩＴ计划）等。

空客公司研发了系列飞机机翼壁

板柔性装配系统，用来实现空客

Ａ３２０（Ｅ４０００）、Ａ３４０（Ｅ４１００）、Ａ３８０

ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）和ＨＡＷＤＥ（Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ

ａｕｔｏｍａｔｅｄ

ｗｉｎｇ

ｄｒｉｌｌｉｎｇ

ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）。ＧＲＡＷＤＥ的特点是能

从可拆卸的底座分离，并可安装到装

配工装的不同位置进行制孔。

ＨＡＷＤＥ是一种卧式自动化机翼制

孔系统，其独特性在于可以沿装配工

装升降，并在不同位置上运行。最有

特色的是该系统可以自动动态校正刀

具轴，精度可以达到±１５０“ｍ。

波音Ｃ一１７Ｅ５０００翼梁柔性装配系统

复合材料升降舵柔性装配系统是

空客公司为实现空客系列飞机复合材

料平尾升降舵的柔性装配而研制的，

它能适应空中客车Ａ

３２

柔性导轨模块式钻孔系统

（钻孔主轴已拆除）

０系列、

２００５年第９期·航空制造技术３１

万方数据　

』乙里一进￡世瞪幽

检测，并显

著地提高了

生产效率，

使得Ｆ一３５

及Ｆ一２２计

划的全寿命

周期的检验

空客西班牙公司的复合材料升降舵柔性装配系统

Ｍｅｔｒｏｎｏｒ便携式计算机辅助红外照

相测量系统，与一般的坐标测量机相

比，设备成本减少３／４，测量大型件

减少检测时间５６％，而对于小零件则

省时达６４％。

飞机装配件中很大一部分是整体

密封结构（如整体油箱或气密座舱

等），密封试验和检漏技术是飞机密成本减少约

Ａ３３０／３４０和Ａ３４０—５００／６００型飞机

的水平安定面升降舵后缘的柔性铆接

装配。系统可自动完成后缘的测量和

校准、上下壁板钻孔和锪窝、铆钉选

择和供给、注胶、铆接、壁板表面波

纹度测量等过程。

德国ＢＲ６ＴＪＥ公司开发的机身壁

板柔性装配系统，采用了基于模块化

的ＰＯＧＯ柱单元的柔性工装系统和

全电动铆接（借助于滚柱丝杠）技术，

并在Ｂ一７３７和Ｃ～１７机身壁板上得到

了应用。

Ｅ１ｅｃｔｒｏⅡ１１ｐａｃｔ与空客英国公司联

合开发了一种机器人柔性装配系统，

用于机翼壁板与骨架的装配。该系统

集成了４种主要功能：压紧壁板、探

测壁板（厚度）并钻孔、孔检测、插入螺

栓或环槽钉并安装。这种系统是空客

英国公司机翼制造过程自动化集成技

术的开发和可行性研究的一部分。

数字化检测技术

基于数字量协调的数字化／柔

性装配技术离不开数字化的检测和试

验。国外目前在激光超声检测技术、

几何量柔性测量技术、数字化密封试

验和检漏技术等方面有长足的进步。

在ＪＳＦ项目的竞争中，洛克希

德·马丁公司的数字化检测技术就是

其战胜波音而获胜的关键技术之一。

洛克希德·马丁公司利用其先进的带

有专利的激光超声检测技术，能够对

复杂型面的复合材料零件进行１

００％

的自动检测。此项技术目前已用于

Ｆ一２２、Ｆ一３５的大型油箱、大梁、复

合材料进气道、机翼蒙皮等的自动化

３２航牵制造技术·２００５年第９期

万　方数据

３亿美元。Ｘ封结构装配制造中不可缺少的一环，

一３３空天飞机油箱也采用了这项技国外已普遍采用氦质谱检漏仪等自动

术。化的检测设备来保证。目前，美国正

在几何量柔性测量技术方面，激在进行一种数字化的非接触式激光检

光跟踪数字化定位技术在国外已得到漏方法的研究和应用，其检漏过程和

普遍应用。洛克希德·马丁公司还采检漏结果可以与产品数模相集成。

用了一种由挪威开发并制造的（责编根山）

国外飞机柔性装配技术

作者：

作者单位：

刊名：

英文刊名：

年，卷(期)：

被引用次数：

郭恩明

北京航空制造工程研究所

航空制造技术

AERONAUTICAL MANUFACTURING TECHNOLOGY

2005(9)

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1.秦政琪.武大伟

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2.邹爱丽.秦政琪

飞机钣金件数字化柔性装配[期刊论文]

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机床与液压 2010(10)

3.张俐.吕景佳.苗新刚

机翼柔性装配试验系统设计[期刊论文]

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航空制造技术 2010(14)

4.鲍永杰.高航.董波.李兰柱

C/E复合材料"以磨代钻"制孔工艺[期刊论文]

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宇航材料工艺 2010(4)

5.何胜强

飞机数字化装配技术体系[期刊论文]

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6.李国喜.吴宝中.龚京忠.杨景照

基于不确定度的柔性装配测量方案规划技术[期刊论文]

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7.王亮.李东升.刘凤贵.肖文磊.冯子明.陶春君.白新宇

飞机壁板类组件数字化装配柔性工装技术及应用[期刊论文

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8.王亮.李东升.罗红宇.靳阳

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机械工程学报

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11.李东升.胡福文.李小强.肖军杰.朱明华.桑阳.徐应强

基于可重构柔性工装夹持的飞机蒙皮数控切边关键技术及

发展[期刊论文]

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12.秦政琪.范振伟

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沈阳航空工业学院学报 2009(3)

13.蒋君侠.陈琪.方强.柯映林

三坐标定位器系统动态特性分析和实验[期刊论文]

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14.高红

飞机部件柔性装配技术应用及工艺设计[期刊论文]

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15.许国康

大型飞机自动化装配技术[期刊论文]

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16.梁勇.周丹.皮付见

民机研制中工艺装备技术发展及其标准化[期刊论文]

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航空标准化与质量 2008(4)

17.孟俊涛.王仲奇.殷俊清

机身壁板装配数字化定位系统设计与实现[期刊论文]

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现代制造工程 2007(12)

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