西工大航空宇航装配研究所：为大飞机组装坚实的“铠甲”

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当你乘飞机旅行，或者在电视上看空火箭升空时，你有没有好奇过:飞机和火箭似乎是如何一个接一个地组装成固体炮弹的？什么样的装配技术可以使这些飞机火箭的“装甲”抵抗强大的外力？

你可能想象不到，随着人类科学技术的飞速发展，飞机的外层装甲仍然是通过人工定位、制孔和铆接来组装的。西北工业大学机电工程学院空航空航天装配研究所致力于将飞机的“装甲”装配方法从传统装配转变为自动精确装配。

飞机的“装甲”在专业领域被称为“壁板”。随着对飞机性能的要求越来越高，面板承载的功能越来越多，单个面板的尺寸也越来越大。这种面板被称为“大功能面板”。经过十多年的不断研究、探索和创新，西工大航空航天装配研究所与Xi安飞机工业(集团)有限公司(以下简称西飞)和成都飞机工业(集团)有限公司(以下简称程菲)共同组建，通过理论创新、技术突破、设备研发、工程应用，以动力为基础，1月8日，作为项目第一完成人的团队张开复教授在人民大会堂受到党和国家领导人的亲切接待。

决心为国航空领域的主要瓶颈提供独立的解决方案

早在2006年，研究组的几名年轻教师来到西飞进行技术合作。偶然的机会，当与技术人员聊天时，我们发现飞机的面板容易变形、缺损等。这导致质量下降。

“你看，虽然飞机的刚性很好，但飞机面板的刚性很差，我们很难在装配过程中实现对面板的精确控制。”一名技术人员向研究小组寻求帮助。

当时，它正处于某个模型的关键研究阶段。“这个问题不能解决，我们开发的墙板不能满足设计要求。”技术人员很着急。

怀着为重要的国家模型服务的意识，研究小组立即决定尝试一下。然而，他们不知道这条路是否行得通。毕竟，在那个时候，大型壁板的新装配方法在中国还没有实现，这是空航空制造业乃至国际上的一个大问题。

在世界范围内，随着空航空航天工业的发展，飞机和其他飞行器的性能要求不断提高，传统的模拟刚性装配方法已经不能满足壁板的新要求。本世纪初，中国、欧美国家都遇到了这个问题，甚至一些西方国家也因为技术不达标而推迟了产品的交付。大型功能壁板的装配已经成为全球导航空.领域亟待突破的主要瓶颈由于欧美工业实力雄厚，在解决面板装配问题上遇到的困难相对较少，自动化和精密面板装配技术发展相对较快。

与此同时，随着中国航空空航天工业的快速发展，各种大尺寸、高性能的新机型不断涌现，特别是大型飞机的发展，使得空航空工业迫切需要更高水平的面板装配技术和设备。

该小组的学术带头人张开复教授说:“过去，墙板的尺寸很小，最长的只有5米。现在，一块墙板有十多米长。墙板的材料不再是单一的。装配精度大大提高，从前的毫米级提高到亚毫米级。”

长度超过十米的大墙板不像普通a4纸那么坚硬。想象一下在一张a4纸上钻孔，然后用铆钉把两张纸连接起来。连接部分不仅要光滑，铆钉不应凸出或下垂，还要保证纸张不变形，气密性好，延长使用寿命。在a4纸上做这件事并不容易，更别说在一面物理性质更复杂的大墙上了，难度可想而知。

该团队发现，传统的装配方法不可避免地会导致毛刺和接头变形等连接缺陷，以及台阶差、间隙和钉头凸起等表面超差问题。因此，如果你想取得突破，你不能手动改进，但你需要在面板组件中引入自动化设备。国外在面板组装自动化设备方面取得了突破，但他们对我国实施了严密的封锁。如果我们想制造我国的墙板自动组装设备，我们必须依靠自主创新。

创新:建立从理论到技术到设备的技术体系

起初，团队开始从公差分布的角度解决面板装配过程中的错误和缺陷。然而，经过一段时间的探索，他们发现公差分配根本不能控制大型面板的变形和缺陷。如果你不能用你熟悉的方法解决它，试试其他方法！每个人都从装配工装设计和工艺参数优化方面着手，但都没有取得合理的结果。经过几次挫折，每个人都没有放弃，而是继续探索。在不断深入的研究中，思路逐渐打开，慢慢发现所有的问题都指向面板装配过程中的“动载荷”。

所谓动载荷是指在墙板组装过程中，墙板在不同时间受到不同的外力，墙板上各点的受力情况不断变化。例如，在装配过程中，面板将受到来自工具、工具、铆钉等的不同力，导致变形。

这种应力在定位、钻孔和连接面板的过程中不断变化，非常复杂。为了提高制备精度，减少变形和质量问题，我们必须克服这些问题。

抓住动载荷这一核心问题，团队深入西飞的装配厂，仔细研究了装配过程的每一个细节。经过不断的探索，他们利用大学在理论研究方面的优势，逐步揭示了由动载荷引起的各种连接缺陷和表面超差的内在规律。在这一理论创新的支持下，他们与席飞、程菲一起，逐步制定了一系列技术规范，开发了一批设备，成功地解决了面板组装过程中的问题。

11年后，在国家863计划、科技支撑计划、数控机床项目等的支持下。，项目组建立了基于动态载荷跟踪和测量的大型功能面板自动精确装配技术体系。该系统涵盖了理论创新、技术突破、设备研发和工程应用等一整套环节。在理论创新方面，建立了基于动态载荷跟踪和测量的功能面板精确装配理论。在技术突破方面，提出了“瞬态诱导载荷控制”的墙板连接缺陷精确控制技术和“点、面平衡载荷施加”的墙板表面误差精确控制技术。在设备研发方面，十多套大型功能壁板自动化精密装配设备已经独立开发并投入生产。

该项目获得了陕西省科技奖一等奖、13项授权发明专利和12项软件版权，主持制定和实施了2项航空空行业标准和10项企业标准/规范，发表了1部专著和32篇学术论文。

该团队发表的理论成果赢得了美国机械工程师学会(asme)终身成就奖获得者、《复合材料》顶级期刊主编、asme结构与材料委员会主席等国际权威专家的高度赞扬。

这一新技术系统成功地实现了从尺寸精度协调的刚性装配到具有动态载荷跟踪和控制的自动精确装配的转变。该技术体系已应用于中国国际航空空公司的c919、arj21和许多关键机型，促进了中国国际航空空公司的“跨越式”发展。

铸造灵魂:用“爱国、创新、实践、负责”的团队文化培养国防人才

“墨梅传天下，清风报国。”一位毕业于空航空工业大学航空航天装配研究所的博士生用这两句话来表明这个团队在教育人民和科学研究方面携手并进。

经过十多年的发展，团队现有教授3人，副教授4人，助理研究员1人，博士生20余人，硕士生30余人。这是一个年轻的团队，团队教师主要是70后和80后。

张开复说:“团结和合作对球队来说非常重要。在一个团队中，每个人都应该互相支持，互相帮助，互相鼓励。这不仅会有好的结果，还能让大家在这里磨练，一起成长。”

经过长期的实践和训练，团队逐渐形成了“爱国、创新、实践、负责”的团队文化。为国家做出重大贡献，爱国主义是基础和前提；创新是学术研究的灵魂。在具体工作中，你需要脚踏实地，努力工作；当遇到困难和障碍时，你需要拿出精神和勇气。

对于团队的老师和学生来说，很难忘记2011年在未完工的厂房里调试设备的经历。当时，“离工厂正式建成还有几个月的时间，但模型开发任务要求工厂一旦建成，飞机就要开放，时间不会等人。”就这样，在尘土飞扬的环境中，每个人都开始工作。

为了赶上模型开发任务，团队老师每天早上7: 00带着学生从他们的住处步行近4公里到工厂大楼。整整一天，一日三餐都在厂房里解决了。晚上，工厂停电后就离开了。这样紧张的工作已经进行了将近一年。与团队一起工作的工人一个接一个地发生变化，从最初的建筑工人，到装修工人，到清洁工，最后到装配工人和工厂工人。他们的工作环境已经逐渐从满是灰尘变成了干净整洁。当时，团队成员大多是研究生，还有几位女老师和女学生。然而，在如此困难的条件下，团队中没有人说过一句抱怨的话。

“你不觉得痛苦吗？”记者问道。

程，当时是博士生，现在是副教授，他说:“我当时真的没有这种感觉，我只是想早点调试设备。”事后看来，当时的条件确实很差。但是那时我们都很开心。每个人都在为同一个目标而努力，尤其是有动力的。”

该队年轻教师罗宾说:“我们队的气氛很好，很大程度上是因为李原老师和张开复老师树立了榜样，大家都以他们为榜样。”

不管工期多紧，工作多紧张，张开复总是骂大家:“要吃好，睡好。”因此，在最困难的时候，每个人都能睡足8个小时，中午“加鸡腿”，每周轮流休息。工厂里每天的“加班餐”也成了每个人久久不能忘记的温馨记忆。

随着时间的推移，队伍的前几名成员――刘淑暖、程辉、刘平、罗宾等。从学生逐渐成长为教师，他们逐渐意识到在那段“努力工作”的时间里，团队教师独自承受着巨大的压力，在背后鼓舞着大家，营造着良好的氛围。

记者发现，获得国家科技进步奖的李原老师是团队中年龄最大的教授。她是张开复教授的老师，程辉、刘平、罗宾团队成员的研究生导师。

“多年来，李先生为我们团队做了很多工作，但从来不算名利。可以说，没有李先生的指导，我们今天的成就是不可能取得的。然而，每当她遇到成绩和签署文件，她总是把自己放在后面，把荣誉留给年轻人。”当提到老师时，团队成员的话语充满了钦佩和热爱。

榜样胜于雄辩。通过自己的实际行动，团队的老师们向学生们传授了“三个现实，一个创新”的校风。

近年来，团队成员主持了国家自然科学基金、民机研究项目、国防基础研究项目、重大模型研究项目等近30个项目，发表sci论文50余篇，授权发明专利20余项，软件版权20余项，主持制定了2项空航空行业标准和10项企业标准规范。

该团队荣获2018年国家科技进步奖二等奖、2015年陕西省科技奖、第一批陕西省自然科学优秀青年基金、陕西省青年科技奖、陕西省中青年科技创新带头人、陕西省青年科技新星、陕西大学青年优秀人才和陕西省优秀博士论文。

十多年来，这个团队培养了一批学生。在团队文化的影响下，他们主动承担了发展国防科技工业的重任。团队毕业的研究生90%以上到国防军工企业或大学工作，为祖国的国防和教育做出了贡献。

来源：搜狐微门户