空客A380挑战超大尺寸装配

2015-01-19 11:13 中国航空报         中航工业一飞院 王玲 我要评论0 字号：



大型飞机的总装配无论从管理还是从技术角度看都是一个极其复杂的难题，也是世界飞机制造业共同面临的重大问题。为此，应从飞机制造的全局角度，研究国外现有的先进装配技术，充分吸收国外在大型飞机装配方面的经验和教训，总结出现代先进的飞机装配技术体系及其数据的管理方法，提炼出适合我国的研制大型飞机装配方面的技术。

空客公司A380飞机是有史以来最现代、最大规模并且功能最强的民用航空系统。其第一次露面是在2000年的12月，被命名为“21世纪的旗舰”。该飞机是在与航空公司、机场和航空运输管理部门紧密合作的基础上开发的。A380采用了当今最先进的技术，包括材料技术、系统和工业流程，并坚持采用最严格的国际标准制造。空客公司位于欧洲法国、德国、英国和西班牙的公司参与了A380飞机的设计与制造。

超大尺寸装配 面临的问题与解决方案

位于图卢兹的让·吕克·拉加迪尔（Jean-Luc Lagardère）工厂主要负责A380的最后装配。作为空客最新的装配线，包括了几个部分：第一个单元负责飞机主体承重部分的装配，第二个单元对装配的飞机进行测试，并进行动力系统的安装，第三个单元负责进行露天试验并准备飞机的第一次飞行。

第一个单元的第40个工位负责的是飞机的最终装配(包括飞机截面和机翼)。为完成这项任务，不同的部件相互间进行适配比较。需要对工件几何量执行严格的要求。A380的装配项目始于1998年，克服了诸多新的挑战：每个截面的超大尺寸、整个飞机本身的外形、双层机身以及诸如此类的难题。另外A340的工装需要继续使用。这些工装需要按照很高的精度进行调整，需要进行周期检查，这样才能保证不同的飞机截面能够按照要求进行定位。

新的装配基本思路是直接测量飞机，就是检测每个飞机截面相互间的关系，而不是利用工装作为参考系统，完全避免了混合误差的问题。第二项任务是为装配复杂曲面寻找适合的方法（如整体机身和双层飞机的轮廓）。

A380项目运用了基于激光的装配方法。选择了4台Leica激光跟踪仪：两台用于机身、两台用于机翼。所有4台激光跟踪仪通过统一的坐标系相互关联。这种安排保证了激光跟踪仪相互间的统一和交互替换。

专门开发了控制和测量软件，具有简化的人机界面，实现与Leica工业测量系统的EmScon软件的接口，在软件开发阶段，Leica工业测量系统公司与空客密切合作。Leica工业测量系统的帮助确保了软件间的相互兼容，并确保了使用正确的功能。

无论是现在还是将来，持久的提升并确保为飞机截面定位提供可靠、高品质的命令，使得整个工作周期减少——这是空客公司技术人员的主要关注点。这种提升，包括了优化飞机部件间定位的算法。基于Leica激光跟踪仪的功能与可靠性，利用激光测量实现飞机装配成为一项成熟的技术，能够在空客组织内的其他项目中使用。在图卢兹工厂的测量方法开发后，被使用在另外一个军方的A400M项目中，同时很可能还会用在即将到来的A350项目。

大型飞机总装的技术现状

飞机装配是整个飞机制造的龙头，牵动着飞机研制各个方面的工作。传统的飞机装配过程和方法，百年来已形成完整的技术和管理体系。产品数据以实物的模拟量形式传递，环环相扣，看得见摸得着，从企业上层领导到生产一线的技术人员都熟知和掌握这一技术。虽然传统技术使产品数据在传递过程中产生精度不高、误差大的问题，但它适应当时飞机新产品的研制要求，且研制过程不易出现“颠覆性”问题。上世纪的波音707、737、747以及半数字化技术研制的波音777都如期上天。

如今数字化研制新技术渗透到飞机研制的各个层次、环节和方面。但是，从企业管理层到技术人员对这一新技术的理论和应用缺乏深入的理解，尚无完整的数字化装配技术和管理规范体系及其应用模式可遵循，我国企业也无完整的数字化信息支撑系统。另外，各公司在硬件设备上投入大量资金研制数字化钻铆装备以及机体对接装配中利用激光跟踪仪等先进技术，在一定程度上忽略了对完整的数字化装配体系的建立，且对数字化装配协调的数据管理未予以足够的重视。这是一个重大的决策性失误。再加上数字化技术和大型飞机本身的复杂性，无论是发达国家的波音和空客公司在研制新机中，还是我国的新机（不包括仿制和改型）研制中，无不在研制的最后阶段（即飞机的总装配和全机测试阶段）出现严重影响飞机的研制质量和进度的“颠覆性”重大问题。如本世纪研制的空客A380、A400M和波音787、747-8的研制进度无不推迟1~3年。

现代社会对大型民用运输机的安全性、舒适性、经济性和环保性等要求越来越高，导致大型民用运输机产品越来越复杂。A380的250万个零部件由遍布全球30个国家的1500个公司生产（其中来自美国的供应商800个，日本的供应商21个）。而且A380客机3个机身段在对接装配连接时就需要10000个螺钉，外部所用涂漆（底漆加外层漆）的重量为531千克。为此，负责A380计划的主管查尔斯·钱皮恩（Charles Champion）说，A380的装配过程堪称一个耗费脑力、极其复杂的技术奇迹。这个过程涉及4个国家的工程中心以及无数难以想象的繁琐复杂的后勤工作。怎样把如此多的零部件用数字化方法准确无误地装配到一起，顺利地把飞机送上蓝天是一项技术难度大、工程艰巨、协作面广、管理困难，并且需要投入巨额资金的综合性课题。

现代A380飞机于2005年4月首飞成功，比原计划推迟近2年；欧洲大型军用运输机A400M于2009年12月在西班牙成功完成首飞，比原计划推迟3年；波音公司研制的大型客机787于2009年12月首飞成功，比原计划推迟了两年半；在波音747-400基础上改型设计的波音747-8F大型货机于2010年2月首飞成功，比原计划晚了1年多。这些大型飞机的研制都采用了先进的数字化技术，它们推迟研制进度的原因是多方面的，但公司尚未有完整的数字化装配技术体系是其中的重要原因。

总装阶段的经验总结

空客公司在研制A380飞机的过程中有严格的进度计划（从1999年确定A380飞机的构型开始到2006年交付使用的进度计划）。由于空客公司本身是由多国公司组成的松散式联邦集团，虽然数字化技术在各公司内的应用也很广泛和深入，但是整个空客公司内的数字化工作缺乏统一的规划、控制和管理，各国的分公司用着相同软件的不同版本。如特别重要的设计软件CATIA系统，德国在A380部件的设计制造中使用的是CATIA的4版本；法国负责A380客机总装的单位在设计制造中使用是CATIA的5版本。他们并没有注意到4版本和5版本的CATIA系统之间有着很大的差异，因为5版本的CATIA是重新设计过的软件，其系统内部的数据结构与原有的是不一样的。另外，在A380客机研制过程中，由于当时条件的限制，也未构建单一产品数据源（SSPD），且A380的数字样机也是后来逐步建立起来的。这样，在协同设计、制造不同单位之间的数据传输和交换时造成了很大的麻烦，形成了A380产品数据不一致性的致命伤。遗憾的是这一看来简单的问题，由于空客高层领导的疏忽，事先未意识到它存在的严重后果，直到在德国制造和装配的A380前机身和后机身18段，运到法国与中机身和其他部件对接总装时，才发现在德国安装的机身段上的电缆与在法国装配中的机身段的结构不协调、对接不上等一系列问题。问题的严重性是显而易见的，技术人员在现场无法弄清，必须把德国制造的巨大机身段运回到原来工厂重新装配。最后空客公司不得不把A380飞机的交货时间推迟近两年。这一重大失误酿成空客50亿欧元的损失。

正如国外评论说的那样，基于产品生命周期管理（PLM）的数字化是波音的梦想、空客的噩梦（Boeing’s Dream, Airbus’ Nightmare）。当然话说回来，研制如此超大型客机的难度和复杂性是前所未有的，公司在技术或管理上出现一些问题也是难免的。空客公司正在研制的A350客机，为了避免在A380总装配中出现的重大问题，为正在研制的A350客机的机身段做了实物样机（physical mock up），这在技术上是一个倒退。

大型飞机的总装配无论从管理还是从技术角度看都是一个极其复杂的难题，也是世界飞机制造业共同面临的重大问题。为此，应从飞机制造的全局角度，从系统地研究波音和空客现有的先进装配技术入手，清楚地掌握波音和空客在大型飞机装配方面的经验和教训，总结出现代先进的飞机装配技术体系及其数据的管理方法，提炼出适合我国的研制大型飞机装配方面的技术。这不仅对我国的大型民机研制具有重要意义，对大型军用运输机、重型直升机以及其他军机的研制具有同样重要的作用。