对学生要求的先修课程、要掌握的知识能力：

学习了《飞行器制造技术基础》，了解飞机自动化装配和大部件对接的基础知识。学习了《金属塑性成形原理》以及《飞机钣金成形技术》，了解了飞机钣金零件的成形工艺，了解金属材料塑性变形的物理基础和力学基础理论。 具备了机器人学、线性代数、计算机图形学等方面的基本知识。

实验对应课程：

《现代飞机装配技术》、《飞机钣金成形技术》、《飞机自动钻铆技术》、《飞机装配工装设计与制造》等。

实验过程中的要求：

自备相关手册、书籍等资料，，如《飞机钣金成形技术》、《飞机装配技术》、《航空工程制造手册》等。同时，可以参考以下资料：

[1]《航空制造工程手册》总编委会. 航空制造工程手册:飞机工艺装备[M]. 北京：航空工业出版社.

[2]《航空制造工程手册》总编委会. 航空制造工程手册.飞机钣金工艺[M]. 北京：航空工业出版社.

[3] 《航空制造工程手册》总编委会.航空制造工程手册：飞机装配[M].北京：航空工业出版社.

[4]翟平. 飞机钣金成形原理与工艺[M]. 西安：西北工业大学出版社.

[5]王云渤等. 飞机装配工艺学[M]. 北京: 国防工业出版社.

[6]陈文亮、安鲁陵等. 飞行器制造技术基础[M].北京：北京航空航天大学出版社.

[7]JIANG Liping, CHEN Wenliang, WANG Min*, et al. An Approach to Interference Riveting Process Control of Aircraft Automatic Drilling and Riveting. Transactions of Nanjing University of Aeronautics & Astronautics, 2014, 31(6)

[8]陈文亮, 姜丽萍, 王 珉. 大型客机铝锂合金壁板自动钻铆技术. 航空制造技术, 2015, (4)

[9]Cheraghi S.Hossein. Effect of variations in the riveting process on the quality of riveted joints. International Journal of Advanced Manufacturing Technology，2008, 39 (11-12): 1144-1 155.

[10] 黄翔, 李泷杲, 陈磊等. 民用飞机大部件数字化对接关键技术[J]. 航空制造技术, 2010(3):61-64.

[11]Zhu Yongguo, Huang Xiang, Fang Wei, Li Shuanggao. Trajectory Planning Algorithm Based on Quaternion for 6-DOF Aircraft Wing Automatic Position and Pose Adjustment Method [J]. Chinese Journal of Aeronautics, 2010(23):707-714.

飞机制造是工业之花，飞机装配是飞机制造中的最关键环节，随着我国大飞机和新一代军机的研制和批产，飞机装配具有工作量大、工艺装备多且复杂、质量要求高、周期长等特点， 占到飞机制造周期的50%~75%，对掌握扎实的飞机装配知识和具备飞机装配工程实践能力的专业人才的需求非常迫切。

与一般产品不同，飞机制造采用大部件装配来完成机体制造，大部件装配主要工艺流程从蒙皮成形（零件制造）到壁板钻铆（组件装配）到大部件对接（部件装配）， 对应的专业知识是飞行器制造工程专业《飞机装配技术》和《飞机钣金成形技术》等重要核心课程的主要内容。

目前各高校均没有飞机大部件装配实验平台，严重影响了对飞行器制造工程专业人才的工程实践能力和创新能力的培养，主要原因如下：

（1）由于实验场地大、设备大、部件大、工艺流程复杂等因素，学校难以复制飞机装配现场。

（2）装配实验操作需要有相应的专业资质和上岗证，师生均无法达到基本安全要求。

（3）飞机大部件装配实验需要不断升级大型专业设备和工装，消耗大量昂贵的实验材料，物理实验成本极高。

（4）传统的实验只支持重复认知型实验，无法开展飞机大部件装配的高探究性实验，直接影响了学生创新能力的提升。

图1 飞机装配机场

因此，依托南京航空航天大学航空宇航科学与技术国家重点学科，国家级航空工程实验教学示范中心和工信部航空航天制造技术实验教学示范中心， 项目组将“虚拟现实+互联网”技术融入实验教学项目，坚持“学生中心、产出导向、持续改进”的原则，突出大飞机工程应用驱动、面向行业和社会资源共享， 开发飞机大部件装配虚拟仿真实验项目，填补当前我国飞行器制造工程专业在飞机装配虚拟仿真实践教学平台方面的空白。

飞机蒙皮成形工艺设计实验原理：以飞机上的双曲度蒙皮为成形对象，通过在数字化的蒙皮拉形机、工装以及产品零件搭建的虚拟环境中， 根据蒙皮零件的拉形过程，通过选择、计算来设计拉形过程的工艺参数，开展探究性虚拟实验，设计蒙皮拉形的工艺过程，并对成形质量进行分析和提出改进措施，掌握蒙皮拉形的成形原理、工艺、参数、质量控制的方法。

飞机壁板自动化装配实验原理：通过在数字化的自动钻铆机、工装和产品零件搭建的环境中，根据飞机壁板自动化装配的工艺，按照实际自动化装配的过程， 通过选择和设置自动化装配的工艺参数，开展探究性虚拟实验，掌握壁板自动化装配的工艺、过程、参数、质量检测的方法。

翼身对接实验原理：通过大尺寸测量系统（激光跟踪仪）测量机身、机翼上预设的调姿基准点，确定部件当前空间位置和姿态（简称位姿）与理论位姿的偏差， 进而应用机器人运动学等相关知识计算消除该位姿偏差所需的调姿运动量，依次完成机身调姿、机翼调姿以及最终的翼身对合三个工艺过程。

实验设计原则

根据飞行器制造工程专业培养方案和飞机装配技术特点，按照体系化设想，以飞机零部件为主线，以飞机大部件为目标，根据知识结构， 由毛坯→蒙皮成形实验→钣金零件→部件装配实验→装配部件→翼身对接实验→飞机大部件，构成一个飞机大部件装配的实验体系（如图3所示）。 该体系涵盖了《飞机装配技术》、《飞机钣金成形技术》、《飞机自动钻铆技术》、《飞机装配工装设计与制造》等课程，梳理出 飞机蒙皮成形工艺设计实验、飞机壁板自动钻铆工艺设计实验 和飞机翼身对接实验三个典型的探究性实验项目，从而使学生系统地掌握主流先进制造技术原理、工艺设计方法、实验分析方法。

图3 实验与知识点、课程对应关系

本实验 根据飞行器制造工程专业培养方案和飞机装配技术特点，按照体系化设想，面向《飞机装配技术》、《飞机钣金成形技术》等专业核心课程的关键知识点， 梳理出三个典型的飞机先进装配技术环节（如图2所示），开展探究性虚拟仿真教学实验，达到以下实验目的： 

（1）通过飞机蒙皮成形工艺设计实验模块，帮助学生掌握蒙皮拉形的基本原理、工艺过程和工艺参数设计及优化方法； 探索面向工程问题的钣金工艺分析和优化过程；训练针对成形结果的缺陷原因分析能力和工艺研究总结能力。

（2）通过飞机壁板自动钻铆工艺设计实验模块，帮助学生掌握壁板自动钻铆的基本原理、工艺过程和工艺参数优化方法； 探索面向工程问题的壁板自动钻铆工艺分析和优化过程；训练针对钻铆结果的合格性检测、工艺研究总结能力。

（3）通过飞机翼身对接实验模块 ，帮助学生掌握飞机翼身对接的基本原理、工艺过程和运动学分析方法；探索面向工程问题的大尺寸空间坐标系构建和对接调姿方法；训练面向实际工程问题的研究总结能力。

图2 飞机典型装配环节生产现场

本实验项目考核由过程性考核和实验报告两部分构成，其中，过程性考核占总成绩的60%，实验报告成绩占总成绩的40%。。

（1）过程性考核（60%）：

实验过程中嵌入了各工艺过程的工艺参数的设计，需要学生线下结合所学知识并查阅相关资料方可完成，旨在考察学生对该实验项目对应知识点的掌握情况和灵活应用能力，不同工艺参数获得实验结果也不同。

● 蒙皮拉形工艺设计实验模块

序号 考核点 考核标准（按照100分计算） 1 实验准备 打开预习实验指南+10分 2 模具选择 一次选择正确+10分；

二次选择正确+5分；

二次以上不得分；

3 拉形机选择 一次选择正确+10分；

二次选择正确+5分；

二次以上不得分；

4 工艺参数设置（包括：工作台上升速度;工作台行程;夹钳拉伸量）

根据最终设置工艺参数进行后台计算，所得结果和最优结果进行比较：

相对误差在10%以内+50分；

相对误差在20%以内+45分；

相对误差在30%以内+40分；

相对误差在40%以内+30分；

相对误差在50%以内+20分；

相对误差在50%以下不得分；

5 工艺参数优化次数 根据修改参数的次数评价：

修改参数5次以内+20分；

修改参数10次以内+15分；

修改参数15次以内+10分；

修改参数15次以上+5分；

● 壁板自动钻铆工艺设计实验模块

序号 考核点 考核标准（按照100分计算） 1 实验准备 打开预习实验指南+10分 1 实验准备 打开预习实验指南+10分 2 刀具选择 刀具选对+10；

刀具选错 +0分；

3 制孔工艺参数设置（包括：制孔转速;进给量;） 根据最终设置工艺参数和最优结果进行比较：

相对误差在10%以内+30分；

相对误差在20%以内+25分；

相对误差在30%以内+20分；

相对误差在40%以内+10分；

相对误差在40%以下不得分；

4 铆接工艺参数设置（可选镦头高度/铆接力） 根据最终设置工艺参数进行后台计算，所得结果和最优结果进行比较：

相对误差在20%以内+30分；

相对误差在30%以内+25分；

相对误差在30%以上，但在工艺规范范围之内+20分；

工艺规范范围之外+15分；

工艺规范范围之外且与边界值误差超过10%+0分；

5 试片工艺参数优化次数 根据修改参数的次数评价：

试片修改参数5次以内+20分；

试片修改参数10次以内+15分；

试片修改参数20次以内+10分；

试片修改参数20次以上+5分；

6 壁板工艺参数修改次数 修改次数为0不扣分；

修改1次 -20分；

修改2次 -30分并停止；

● 翼身对接实验模块

序号 考核点 考核标准（按照100分计算） 1 实验准备 打开预习实验指南+10分 1 实验准备 打开预习实验指南+10分 2 激光跟踪仪放置 +10分 3 机身位置调整值计算和设置 根据最终设置结果和后台计算正确结果进行比较：

1次调整成功+30分；

3次调整内成功+25分；

5次调整内成功+20分；

10次调整内成功+15分；

最终调整内成功+10分；

4 机翼位置调整值计算和设置 根据最终设置结果和后台计算正确结果进行比较：

1次调整成功+30分；

3次调整内成功+25分；

5次调整内成功+20分；

10次调整内成功+15分；

最终调整内成功+10分；

5 对合调整 根据最终对合间隙满足要求的调整次数考核

3次调整内成功+20分；

5次调整内成功+15分；

最终调整内成功+10分；

不成功不得分；

（2）实验报告（40%）：

实验结束后，学生需按要求完成并上传实验报告，报告中应包含对实验结果的分析和提出的改进措施，以考察学生对实验相关知识的掌握情况。

学生需在线提交实验报告，由后台老师进行批改并在系统里反馈成绩。

序号 考核点 考核标准（按照100分计算） 1 实验准备 打开预习实验指南+10分 1 对结果的判断 清楚实验结果是否理想+20分;

不清楚实验结果是否理想+10分;

没有实验结果分析+0分;

2 分析结果原因 结果正确且分析了正确的原因+40分;

结果不理想但分析出了缺陷原因+35分;

分析不清楚 +15分;

没有分析 +0分;

3 对实验参数的改进措施 对实验参数提出合理的改进措施+20分;

对实验参数提出了改进措施+10分;

对实验参数没有提出改进措施+0分;

4对实验方案（工艺次数优化）的改进措施对实验方案提出合理的改进措施+20分;

对实验方案提出了改进措施+10分;

对实验方案没有提出改进措施+0分;