创新领航 技术升级实现航空工业高质量发展

据预测，未来20年内，全球新机交付量约为43013架，价值57878亿美元。其中，我国飞机制造业年平均增长率约为5.2%，新机交付量将达到8575架，价值约12104亿美元。航空制造产业作为国家“十三五”规划和“中国制造2025”的重点发展领域之一，已经成为国家战略性产业，对于提升整体工业实力具有重大意义。

零部件设计、工艺、装配精度是影响飞机制造的主导因素，然而在生产过程和装配过程中，往往会因为设计工艺差、零部件精度差，导致在生产程序中需要手工校正，在装配过程中出现强迫装配的问题，这是飞机制造业的一大痛点。想要攻破上述飞机制造的痛难点，就需要有针对性地辅助飞机零部件设计、装配的创新技术面世。航空航天领域专家代红辰，至今主持并成功落实过的重大飞机制造技术方案达到上百个，拥有丰富的航空航天技术经验。在多次飞机零部件装配项目处理中，代红辰也发现了零部件设计工艺对装配及后续环节影响重大的问题，基于此，他积极寻找解决问题的方法。

代红辰通过走访合作过的航空航天领域企业，收集了上百份飞机零部件设计与装配方案报告，总结出它们在零部件设计与装配过程中所遇到普遍存在的问题，以这些数据为参考进行相关新系统的研发。在系统研发之初，代红辰也收集了数十个针对提升飞机零部件设计精度和工艺水平的技术系统。他注意到近年来鲜少有结合最新技术研发的零部件设计辅助系统，技术上存在滞后性。因此代红辰选择采用CPLD技术作为新系统研发的技术支撑，即Complex Programmable Logic Device，CPLD技术是PLD技术的升级版，其逻辑元件较PLD技术更为复杂。“CPLD技术是一种用户根据各自需要而自行构造逻辑功能的数字集成电路，其基本设计方法是借助集成开发软件平台，用原理图、硬件描述语言等方法，生成相应的目标文件，通过下载电缆（在系统编程）将代码传送到目标芯片中，实现设计的数字系统，具有编程灵活、集成度高、设计开发周期短、适用范围宽、保密性强等优点”据代红辰介绍道。他在新系统研发过程中，曾遇到过最难解决的便是数据接口驱动程序异常，经过无数次排查和实验，代红辰才利用java技术栈解决了该问题。

2021年11月，“基于CPLD技术的飞机零部件设计辅助系统V1.0”在代红辰没日没夜地调试中终于面世，并在我国航空航天领域引发了一次激烈的讨论，因为该技术对于飞机零部件设计板块来说是一次重大且创新的突破。据了解，该系统通过全三维定义模型来实现产品信息完整的表达，使三维模型包含了几何信息、零部件的模型属性、工程注释、连接关系、尺寸公差、加工工艺和检验要求等属性信息。模型建立的属性信息会被系统储存在海量的信息数据库，为产品设计、试验打样、工艺规划、工装设计和加工制造等飞机零部件研制环节提供统一的数据支持。值得注意的是，系统除了前端的飞机零部件设计部分，还创新性开发了后端的飞机零部件模拟装配系统，以便通过模拟对前端的飞机零部件设计进行调整该，减少其在实际装配中的误差。后端部分系统集成了虚拟技术、激光跟踪仪检测技术与柔性定位技术，采用了基于力与位移的全闭环控制方法，借助虚拟装调系统实现关键部件的自适应定位与装夹。同时，系统采用某型机机头锥作为自适应装配验证对象，完成了对该部件的自适应精确装调，保证了虚拟安装的精度，实现了虚拟装配过程中力与位移的监控。相比市面上现有的飞机零部件设计辅助技术，该系统将飞机零部件精度提升了将近17%，达到了第一梯队的水平。

“基于CPLD技术的飞机零部件设计辅助系统V1.0”的先进程度和严谨性，对于当前飞机零部件的设计、装配工序都有非常积极的影响，先进的CPLD技术使得飞机零部件设计与装配过程变得更为透明和智能，大幅度降低了零部件误差率和人工装配的劳动力浪费，在解决当下飞机制造零部件工艺和精度差的问题有着重大突破。

“新系统的研发过程中遇到了许多突发状况，但只要冷静下来，仔细排查，问题都能被解决，可以说，技术开发非常需要耐心。”代红辰表示，他希望通过自己的技术创新，鼓励更多同行者紧随时代发展的脚步，争当航空航天技术创新领域“第一个吃螃蟹的人”。（文/周璇）