国外大型飞机装配型架设计的新方法
航空制造业的竞争日趋激烈，人们要求飞机的承载能力更强，更高效，
而交货周期却更短。为满足这些严格的要求，飞机设计师不得不寻求更先进的
设计方法和工具，以提高产品质量，缩短研制周期。有限元分析方法和智能设
计系统加速了产品的优化设计，使零件、组合件的设计达到了前所未有的精
度。这些先进的方法和工具为型架设计方法的改进提供了技术基础。
传统型架设计方法存在的问题
飞机结构件尺寸大，刚度小，而制造精确度要求高。为保证产品制造精
度和互换协调，飞机制造过程中采用了成套装配型架。为减小装配过程中结构
的变形并保证准确定位，现有装配型架采用刚性结构，而且一套型架只能用于
一个装配对象，因此，飞机生产准备过程中需制造大量的装配型架。由于尺寸
大，结构复杂，因此，装配型架的制造周期长，成本高，而且占地面积大。传
统的装配型架上要安装许多定位件，为保证定位精度，定位件的安装往往需要
专用安装仪器，如电子经纬仪、激光准直仪等，工作的分散性差，安装效率
低，安装周期长。
一般飞机生产准备周期占飞机研制周期的1／2以上，而装配型架的设
计制造是飞机生产准备的主要内容之一。减少型架的制造时间对缩短整个飞机
研制周期有重要意义。为缩短生产准备周期，人们希望飞机设计完成后，生产
工装很快就能投入使用，而型架设计的依据是飞机结构数据，因而传统的型架
设计往往在飞机设计完成后才开始进行。实际生产过程中，装配对象的设计数
据经常改动，导致装配型架的设计随之改动，这又延长了型架的设计制造周
期。
确定装配设计方法
为缩短飞机研制周期，目前国外许多公司都采用了“确定装
配”(Determinate Assembly)设计方法。确定装配是用来描述产品设计过程的
一个术语，其基本思想是构成产品的不同零件在预定义的结合面配合装配，整
个装配过程不需要专门的测量仪器和复杂的测量及调整。确定装配设计方法属
于面向制造和装配的设计方法的一部分，这种设计方法的潜在好处是减少工装
和工具，提高装配效率，从而减少生产准备周期和制造费用。从理论上讲，这
种设计方法要求零件的准确度高，不同零件“吸附在一起(Snap together)”就
可保证产品装配的准确度。因此，这种设计方法必须以三维CAD系统和智能设
计系统为设计工具，以高精度CNC设备为加工手段。
在型架设计中确定装配设计方法的一个具体应用就是采用“销钉
板”(Pegboard)，比如在立柱上加工许多标准的坐标孔，有相应标准的销钉与
坐标孔配合。为了定位装配对象，专门加工了许多定位用刻度板(Index
plate)，这些刻度板上也有坐标孔，可以通过销钉及相应的坐标孔将刻度板定
位在立柱的销钉板上。刻度板和立柱的装配不需要专门的光学仪器和其他安装
工具。刻度板是专门针对装配对象的特点加工的，用于桁条等结构的定位。
飞机结构和装配型架的并行设计
民用飞机的结构尺寸愈来愈大，如目前最大的超大型客机A380，双层
客舱，高24m，长73m，翼展宽80m，标准机型载客550～650人。飞机结构的
大型化对设计人员提出了新的挑战。由于结构尺寸的增大，设计人员需要解决
承载和空气动力外形方面所遇到的许多问题，从而导致设计周期更长，设计更
改更多，这必然影响工装的设计，制造周期，延长了产品的上市周期。
要缩短产品上市周期，在飞机结构设计的同时就应开始工装设计，即飞
机产品和飞机工装的并行设计。由于工装的设计依据来源于飞机产品数据，要
在最终产品数据还未确定的情况下进行工装设计，工装的部分结构必须独立于
产品数据。工装和产品并行设计的一个基本思路是改变传统的工装结构，将其
划分为独立于产品数据或只需要基本数据的标准结构和依赖于最终产品数据的
专用结构件两部分。装配型架的标准结构部分主要有立柱、底座、辅助支撑
等，专用部分主要有用于定位桁条的刻度板、接头定位件等。专用件一般尺寸
较小，设计、加工制造周期很短，并且不需专门的大型加工设备。标准结构尺
寸大，结构复杂，往往需要专用大型加工设备，其设计、制造周期长。标准结
构的设计不需要最终产品数据或只需一些基本数据，因此在飞机产品设计的初
期就可进行设计制造，当产品最终版本发放后只需较短的时间就可完成专用结
构的设计制造。标准件和专用件采用确定装配设计方法，装配非常方便，并且
不需专用安装工具，装配周期短。这样，在产品设计完成后很短时间内型架就
可投入产品装配。
确定装配和并行设计方法在A380壁板装配型架的设计制造中取得了巨
大的成功。空中客车英国公司以三维零件实体定义和开发的智能设计系统为工
具，制造工程师可以将零件几何特征很快转换为桁条定位指针(Stringer
index)，用于定位每一个桁条。
装配型架的柔性设计
大型飞机的装配型架更加庞大，制造周期长，占地面积大。传统的装配
型架采用刚性结构，一套型架只能装配一个组合件或部件。柔性装配型架可以
装配不同产品，能够减少型架数量，从而减少工装制造周期和费用，减少生产
用地。
柔性设计的基本思想是在型架中采用可以快速调整的机构，以满足不同
装配对象的装配要求。一般型架有数个立柱，每个立柱上有多个定位件。分析
A340—600的柔性型架的桁条定位部分可以发现。柔性型架的立柱、定位件，
甚至底座都是可以移动或调整的。采用确定装配设计方法设计制造的A380壁板
装配型架有数个桁条定位在型架上。型架的立柱上有带多个坐标孔的“销钉
板”，定位桁条的刻度板通过定位销固定在“销钉板”上。立柱上的
定位指针在z向可以通过螺纹调整，通过丝杠可以在y向移动。立柱通
过底座上的导轨可作X向移动。为了保证装配对象在y向的定位，在底座上往
往有多个辅助支撑。辅助支撑通过导轨可作X向移动，y向定位点可以通过调
整伸缩顶杆来调整。空客英国公司制造的柔性高速铆接系统中有两套柔性装配
型架，可以铆接A330／340，A319／320／321；A300系列飞机机翼上下共有12
种壁板，型架经过一定的调整，还可用于8种壁板的装配。每套型架有l0个可
移动的立柱，2个围框式接头定位板，5个辅助支撑及底座。每个立棒上有一套
定位系统以满足不同壁板结构的定位要求。定位系统包括4个可调节指针定位
机构，其中上下2个指针从蒙皮外表面定位，中间2个指针从蒙皮内部对壁板
定位。
结束语
大型飞机装配型架在飞机研制过程中占有重要地位，其设计方法对飞机
研制周期有较大影响。柔性设计方法和并行设计的采用可明显缩短型架的制造
周期，减少型架数量和占地面
积，对降低成本和缩短研制周期具有重要意义。确定装配设计方法是并
行设计和柔性设计实施的基础，而确定装配设计方法必须以三维实体定义和智
能设计系统为设计工具，以高精度CNC加工设备为手段。