飛機機頭數字化虛擬裝配實驗

實驗網址：http://mevlab.zju.edu.cn/vd/1/2

將大量零件按照設計和工藝要求進行組合連接，逐步形成組件、部件、大部件和整機的過程稱爲飛機裝配，占飛機制造總工作量的50%以上。一般來說，飛機結構尺寸大，剛性弱，形狀複雜，零部件數量多，而且飛機數字化裝配是一項涉及機械、控制、電氣、計算機、數學和力學等多個學科的方法、理論、工藝、結構的綜合集成技術，屬于典型的高端裝備制造技術領域。通過飛機裝配過程虛擬仿真，促使學生將相關的多個專業知識綜合運用，提高學生專業知識綜合應用能力的同時，讓學生身臨其境的感受飛機裝配過程中的數字化測量、柔性入位與姿態調整、自動化制孔等技術與裝備的協調與綜合運行。

該教學仿真系統是采用數字化測量技術、數字化調姿定位技術和環形軌自動制孔技術，完成大飛機機頭前段與後段4塊壁板共5個飛機大部件的自動化對接，同時完成機頭前段與後段連接區的自動化制孔，實現大飛機機頭的數字化裝配。該教學仿真系統是根據浙江大學飛機數字化裝配團隊的研究成果編制而成，該系統已經實際應用于我國某大型飛機的數字化裝配。該系統包含了測量、定位、加工硬件系統和相應的軟件系統與數據庫，實現了飛機大部件數字化測量、姿態自動化調姿、自動化加工，真實再現了現代航空制造中飛機裝配領域的各個先進技術。

該系統的硬件包括機頭前段數控定位器組和後段上壁板、左側壁板、右側壁板和下壁板數控定位器組，共計5個定位器組，每一個定位器組含有4台數控定位器。外加激光跟蹤儀、環形軌制孔系統。該系統的軟件系統包括激光測量系統、調姿對接控制系統、環形軌道制孔系統、工藝集成管理系統和數據庫管理系統。

该飛機機頭數字化裝配过程包括数字化测量、大部件柔性入位与调姿、环形轨自动化制孔三个过程。激光测量系统首先接受来自工艺集成管理系统的指令，通过程序驱动相应激光跟踪仪，建立现场装配坐标系，再测量飞机部件的位姿，实现自动化的测量数据采集和测量结果的自主评价，并将测量结果上传至工艺集成管理系统；工艺集成管理系统再调用调姿对接控制系统，调姿对接控制系统是飞机大部件位姿调整的执行系统，接收来自工艺集成管理系统的调姿命令，计算调姿路径，并实现飞机大部件位姿的自动调整，并将结果上传给工艺集成管理系统；环形轨道制孔系统可以下载离线编制的制孔程序，自动建立制孔站位（建立制孔设备与飞机大部件的位置关系）、利用激光位移传感器自动获得制孔方向、利用工业相机自动测量孔位，从而补偿理论孔位与实际孔位的偏差，最终实现机头前段与后段对接区域的自动化制孔；工艺集成管理系统负责调度底层系统，协调完成装配工艺过程，计算各组件的位姿，监控现场设备状态，为操作者提供装配工艺操作界面，显示装配工艺进度、计算结果、试验结果报告等，同时将关键的过程数据保存到数据库中；数据库管理系统负责管理装配系统相关数据，包括各组件的特征数据、公共观测点数据、各设备的特征数据、装配过程产生的工艺数据等。