飞机机头数字化虚拟装配实验

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将大量零件按照设计和工艺要求进行组合连接，逐步形成组件、部件、大部件和整机的过程称为飞机装配，占飞机制造总工作量的50%以上。一般来说，飞机结构尺寸大，刚性弱，形状复杂，零部件数量多，而且飞机数字化装配是一项涉及机械、控制、电气、计算机、数学和力学等多个学科的方法、理论、工艺、结构的综合集成技术，属于典型的高端装备制造技术领域。通过飞机装配过程虚拟仿真，促使学生将相关的多个专业知识综合运用，提高学生专业知识综合应用能力的同时，让学生身临其境的感受飞机装配过程中的数字化测量、柔性入位与姿态调整、自动化制孔等技术与装备的协调与综合运行。

该教学仿真系统是采用数字化测量技术、数字化调姿定位技术和环形轨自动制孔技术，完成大飞机机头前段与后段4块壁板共5个飞机大部件的自动化对接，同时完成机头前段与后段连接区的自动化制孔，实现大飞机机头的数字化装配。该教学仿真系统是根据浙江大学飞机数字化装配团队的研究成果编制而成，该系统已经实际应用于我国某大型飞机的数字化装配。该系统包含了测量、定位、加工硬件系统和相应的软件系统与数据库，实现了飞机大部件数字化测量、姿态自动化调姿、自动化加工，真实再现了现代航空制造中飞机装配领域的各个先进技术。

该系统的硬件包括机头前段数控定位器组和后段上壁板、左侧壁板、右侧壁板和下壁板数控定位器组，共计5个定位器组，每一个定位器组含有4台数控定位器。外加激光跟踪仪、环形轨制孔系统。该系统的软件系统包括激光测量系统、调姿对接控制系统、环形轨道制孔系统、工艺集成管理系统和数据库管理系统。

该飞机机头数字化装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。