飞机在航空运输、抢险救灾和国防安全等方面具有重要作用。飞机制造环节的龙头是部件装配，其过程包括：制孔铆接和部件对接两个核心工序，即通过制孔铆接将蒙皮和框梁连接形成飞机部件，再将飞机部件进行对接形成整机，因此部件装配直接决定着飞机性能指标和使用寿命。由此带来两个技术难题：一是飞机的外形尺寸超大且材质多样、部件超重，导致制孔铆接过程的误差来源多、部件对接过程的状态不确定度高，装配工况极其复杂；二是飞机的外形尺寸和表面质量精度高、装配应力要求高，导致装配难度大幅提升。原有技术的位姿控制存在“控不准”、形状测量“测不精”、力控决策“对不顺”的问题，严重制约了飞机的制造质量和效率，亟需突破智能装配高精测控技术的瓶颈。

十余年来，清华大学联合成都飞机工业（集团）有限责任公司、中国航空制造技术研究院以及苏州星祥益精密制造有限公司积极投身理论创新，攻克飞机部件装配的一系列科技难题，实现了大工作空间中的精准位姿控制、复杂工况下的全域形状测量以及多接触约束下的高效力控决策重大技术成果，搭建飞机部件智能装配的测控体系，扭转飞机部件装配技术依赖国外、缺乏国产装备的局面。

在位姿控制方面，部件制孔过程中飞机部件尺寸大造成制孔装备的工作范围大，误差来源多，高精度位置控制难以实现。同时，飞机部件表面纹理弱，制孔装备调整姿态时缺乏相应视觉特征，难以达到高精度要求。针对上述难题，研发团队潜心钻研，创新开发基于物理模型与数据驱动的位置控制技术、基于菱形布局的测距传感器法矢测量方法以及基于主动投影的姿态视觉伺服控制技术。通过这些技术的应用，制孔装备位姿控制精度达到国际同类公开技术数倍水平，在大工作空间位姿精准控制领域实现重大突破，有效提升了该领域技术水平。

部件对接系统

在形状测量方面，在铆接质量检测过程中飞机部件曲率变化大导致物距变化超出相机景深范围，引起图像模糊，造成三维测量点云精度下降。同时，材质多样导致反射光强变化超出相机曝光范围，引起过曝或欠曝，造成三维测量点云缺失。项目研发出模型驱动的变频条纹投影大视场复杂结构测量技术以及材质智能辨识与亮度动态变化技术。运用这些技术后，表面形状测量精度达到国际同类公开技术数倍水准，在复杂条件下全域形状测量方面取得显著进展，有力推动了该领域的技术发展。

表面形状检测系统

在力控决策方面，飞机部件对接过程中对装配应力要求很高。然而，飞机机翼等大部件质量大，配合交点多且精度高，原有方法无法满足配应力的要求。基于以上需求，成功研发出专家策略驱动的连续装配动作层级学习技术，以及基于动态柔顺与螺旋运动的重型单轴孔插装技术。通过这些技术的运用，实现先进飞机大部件多交点的智能高精度对接，以及大质量单轴孔部件的低应力装配，在多接触约束下的高效力控决策方面收获重大技术成果，有力地促进了飞机装配技术的发展。

部件钻铆系统

针对飞机部件装配缺乏关键智能高精测控装备的问题，本项目整合一系列创新成果，创新开发融合位姿控制、形状测量、力控决策功能的智能测控装备，并成功研制拥有自主知识产权的飞机部件智能化装配线。该装配线凭借智能测控装备，全面适配高精度测控需求，在飞机部件装配过程中，显著提升了装配质量与效率，为飞机部件装配测控装备领域带来全新的解决方案，推动行业进入高质量发展新阶段。

本项目深挖智能装配测控技术根源，推进理论创新，在IEEE TASE、TRO、TPAMI、TIM等自动化、机器人等领域的顶级期刊与会议上发表超百篇 SCI/EI 论文，获多位院士及 Fellow 引用。同时，以理论为基开展技术攻关，授权超百项国家发明专利。主要性能指标优异，实现位姿控制精准、形状测量精确、力控决策顺畅，相关成果有力推动我国飞机部件智能装配测控行业发展。

目前，飞机部件智能装配测控关键技术已在十余家航空制造、维修和进出口企业中得到应用，完成了多个国家重点型号飞机的装配任务，项目研制的精确位姿控制、全域形状测量和高效力控决策技术成功应用于飞机部件的制孔铆接、质量检测和部件对接等工序，实现了飞机部件装配自动化、智能化，取得了飞机部件从人工低质到智能高精的跨越式进展，部分技术还出口至“一带一路”沿线国家，实现优势技术走向国际市场，近三年经济效益显著。

本项目研发的飞机部件智能装配测控关键技术，助力科技自主可控，促进产业结构优化，服务国家重大战略。实现减尘降噪，守护生态环境与工人健康，同时打造了一支高水平科研与技术人才队伍，助力“国家高端航空装备技术创新中心”建设，推动我国飞机部件智能装配技术飞跃发展。此外，项目中的形位测量、位姿控制和力控决策等共性技术，不仅服务航空制造业，还能推广至航天航海等高端装备制造行业，应用前景广阔，经济效益与社会效益巨大。