西北工业大学航空宇航装配研究：为大飞机组装坚实的“铠甲”

编者按：本文来自“西安日报”，作者：姜泓 ；36氪经授权转载。

团队张开富教授（左）在2018年国家科技奖励大会现场

飞机、火箭看起来坚实的“铠甲”，是怎么一块块组装起来的？你也许想象不到，在科技飞速进步的21世纪，飞机的“铠甲”很大程度上依然是由工人手工定位、制孔、铆接来实现装配的。

飞机的“铠甲”，在专业领域被称为“壁板”。随着对飞机的性能要求越来越高，壁板所承载的功能日渐增加，单块壁板的尺寸也不断增大，这样的壁板被称作“大型功能壁板”。西北工业大学航空宇航装配研究所经过十几年的不断钻研、探索和创新，通过理论创新、技术突破、装备研发、工程应用，建立了基于动态载荷跟踪测控的大型功能壁板自动精准装配技术体系，日前荣获了2018年度国家科学技术进步二等奖。

时间回到2006年，团队几位青年教师来到西飞开展技术合作。一次偶然的机会，他们与技术员在聊天中发现，飞机的壁板在装配过程中很容易产生变形、缺陷等，从而导致质量下降。当时，正处在某型号研究的关键攻关期，技术人员心急如焚。

怀着为国家重要型号服务的担当意识，课题组当即决定试一试。然而这条路究竟能不能走通，他们的心里也没底。毕竟，那时大型壁板的全新装配方法在国内还从没有人实现过，甚至在国际上也是航空制造业的一大难题。

团队在研究中发现，传统装配方法不可避免会出现毛刺、接头畸变等连接缺陷，以及阶差、缝隙、钉头凹凸等表面超差问题。因此，想要有所突破，肯定不能在手工方法上进行提升，而需要在壁板装配中引入自动化装备。国外在壁板装配自动化设备方面已有突破，然而他们对我国实行了严密的封锁。想要做出我国的壁板装配自动化设备，必须依靠自主创新。

一开始，团队从容差分配角度着手解决壁板装配过程中出现的误差和缺陷。然而，经过一段时间的探索，他们发现容差分配根本控制不了大型壁板的变形和缺陷。自己熟悉的方法解决不了，那就试试其他方法！大家又从装配工装设计、工艺参数优化等方面入手，然而都没有达到理想的效果。几经受挫后，大家并没有放弃。在不断地深入研究中，他们发现，所有的问题都指向了壁板装配过程中的“动态载荷”。

所谓动态载荷，就是在装配壁板的过程中，壁板在不同时间受到不同的外力作用，对应壁板上每一点的受力情况都在不停地变化。比如，装配过程中壁板会受到来自工装、刀具、铆钉等各方面不同的力，从而产生变形。这种受力情况在壁板的定位、制孔、连接过程中不断发生变化，非常复杂，想要提高制备精度、减少变形和质量问题，就必须克服这些问题。抓住这个核心问题，团队一头扎进西飞的装配厂，仔细研究装配过程的每个细节。经过不断摸索，他们一步步揭示了动态载荷导致各类连接缺陷和表面超差的内在规律，并在这一理论创新的支持下，与西飞、成飞一起，逐步创建了一系列技术规范，研制了一批装备，成功解决了壁板装配过程中的问题。

历时11年，项目组建立了基于动态载荷跟踪测控的大型功能壁板自动精准装配技术体系。这一体系覆盖了理论创新、技术突破、装备研发、工程应用的一整套环节。在理论创新方面，建立了动态载荷跟踪测控的功能壁板精准装配理论。在技术突破方面，提出了“瞬态诱导控载”的壁板连接缺陷精准控制技术，以及“点面均衡施载”的壁板表面误差精准控制技术。在装备研发方面，自主研发并投产了十几台/套大型功能壁板自动精准装配装备。

这一新型技术体系，成功实现了壁板由尺寸精度协调的刚性装配向动态载荷跟踪测控的自动精准装配的转变。这项技术体系在C919、ARJ21以及我国航空航天多项重点型号上得到工程应用，推动了我国航空航天型号实现“跨越式”发展。

经过十几年的发展，团队现共有教授3人、副教授4人、助理研究员1人，博士研究生20余人、硕士研究生30余人。团队科研带头人张开富教授说：“团结协作对于团队至关重要。一个团队里，大家要互相支持，相互帮助，互相鼓励，这样不仅能做出好成绩，更能让大家在这里接受磨炼，共同成长成才。”

经过长期的实践和磨炼，团队逐渐形成了“爱国、创新、力行、担当”的团队文化。团队的师生们至今难以忘记，2011年他们在还没有盖好的厂房里调试设备的经历。当时，“离厂房正式建好还有几个月，可是型号研制任务要求厂房一建好，飞机就要开装，时间不等人。”就这样，在尘土飞扬的环境中，大家开工了。

为了赶上型号研制任务，团队老师带着学生每天早上7点从住处出发，步行近4公里来到厂房，一干就是一整天，一日三餐都在厂房里解决，到了晚上厂房停电再离开。这样高强度的工作，一直持续了近一年。就是在这么艰苦的条件下，团队中从来没有一个人说过一句抱怨的话。

十几年来，团队培养了一批又一批的学生，在团队文化的熏陶下，他们主动担当国家国防科技工业发展的时代重任。从团队毕业的研究生中，有90%以上进入国防军工企业或高校工作，为祖国的国防事业和教育事业贡献着西工大力量。